技術創(chuàng)新

Technological Innovation

中科院在塑料生物降解領域取得重大突破

中科院科學家近日在塑料生物降解領域取得重大突破：研究人員首次發(fā)現(xiàn)能夠高效降解聚氨酯塑料的新菌種——塔賓曲霉菌，該真菌有望成為未來治理白色污染的“利器”。這項成果已發(fā)表在國際權威期刊《環(huán)境污染》上。

“聚氨酯的快速發(fā)展帶來了其廢棄物污染環(huán)境等問題。”據(jù)論文通訊作者、項目負責人中科院昆明植物研究所研究員許建初介紹，目前聚氨酯材料的化學降解主要包括水解、熱降解、光降解等，但這類降解成本高且易產(chǎn)生二次污染，而更為環(huán)保的生物降解一直是全球塑料污染研究的難點。

“真菌的生物降解是治理合成塑料污染的重要途徑，”許建初指出，全球科學家在上世紀90年代就開始研究塑料生物降解，先后發(fā)現(xiàn)了幾十種降解塑料的真菌，但由于其降解效率低、降解不徹底而作罷。

此次中科院研究組從城市垃圾中分離出的用于降解塑料的新型真菌，被鑒定命名為“塔賓曲霉菌”。實驗室研究發(fā)現(xiàn)，它可以在聚氨酯表面生長，并通過生長過程中產(chǎn)生的酶和塑料發(fā)生生物反應，破壞塑料分子間或聚合物間的化學鍵；同時，這一真菌還利用了其菌絲的物理強度，用以“掰開”塑料聚合物。

研究指出，在“塔賓曲霉菌”作用下，原本在自然環(huán)境中難以降解的塑料，兩周就可以明顯看到生物降解過程，兩個月后其培養(yǎng)基上的塑料聚合物基本消失?！爱斎黄浣到庑蔬€受到多種環(huán)境因素影響，包括酸堿度、溫度以及所使用的培養(yǎng)基類型，”許建初表示，“未來，科研人員將逐步確定這一真菌大規(guī)?？焖俜敝澈退芰仙锝到獾睦硐霔l件，為產(chǎn)業(yè)化利用真菌降解塑料垃圾、治理塑料垃圾污染奠定基礎。

寧波材料所在生物可降解油水分離材料研究中取得進展

近些年，石油泄漏事故頻發(fā)，引發(fā)了嚴重的環(huán)境污染問題，給經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展以及人們的生產(chǎn)生活帶來了嚴重影響。為了維護良好的生態(tài)環(huán)境和人類的健康，保護有限的水資源，對含油污水體進行有效分離就顯得尤為重要，也因此，具有油水分離功能的新型材料成為了科學家關注的焦點之一。目前，利用特殊浸潤性表面比如超疏水表面、超親水表面等進行油水分離已成為功能材料研究的熱點。然而，盡管目前已有多種具有良好油水分離功能的特殊浸潤性材料問世，但其大部分的材料主體多為不可降解或難降解的高分子材料特別是親油型油水分離材料由于其親油的特性使得這種材料在處理含油污水過程中易被污染，使用后往往產(chǎn)生大量的難以處理的污染垃圾及廢料，不僅容易對環(huán)境造成二次污染，而且后處理的綜合成本較高，已成為制約油水分離材料實際應用的重要因素之一。構建環(huán)境友好型的油水分離材料成為亟待解決的重要課題。

近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子材料團隊以生物相容性較好、可降解的生物基高分子材料聚乳酸（PLA）無紡布為主要原料，制備出具有特殊浸潤性的生物可降解的環(huán)境友好型油水分離材料。研究人員利用聚多巴胺作為材料表面處理的“功能涂層”，實現(xiàn)對聚乳酸無紡布中纖維表面進行簡單有效的修飾，進而利用聚多巴胺含有的羥基、亞胺基等官能團作為進一步功能化的“橋梁”，將納米級的二氧化硅粒子（SiO2）和微米級的聚苯乙烯微球負載到聚乳酸纖維表面，從而巧妙地構建一種具有微納米多級組裝結構的聚乳酸無紡布復合材料（圖1）。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種新型的聚乳酸無紡布材料不僅具有較高的表面粗糙度，當水滴接觸表面時可以達到超疏水狀態(tài)，更重要的是，無紡布表面超疏水的穩(wěn)定性非常高，即使經(jīng)過多次摩擦或拉伸變形后，無紡布仍然保持穩(wěn)定的微觀結構和超疏水的表面性能（圖2A）。利用這一優(yōu)勢，研究人員將其用于吸油實驗和分離油水混合物，結果發(fā)現(xiàn)這種改性后的聚乳酸無紡布不僅可以快速吸附大量的有機溶劑，還可以在重力作用下對油水混合物進行快速有效分離，而且重復利用率高，分離效果十分穩(wěn)定（圖2B，2C）。該研究工作為有效分離廢水以及被污染的分離材料的后處理提供了新的思路，在發(fā)展綠色環(huán)保的油污水分離材料方面具有重要的指導意義。目前，相關工作已發(fā)表在美國化學會期刊ACS Applied Materials & Interfaces（2017, 9, 5968-5973）。

該研究得到了國家自然科學基金（51603216）、中科院前沿科學和教育局（QYZDB-SSW-SLH036）、浙江省公益技術應用研究計劃（2 015C33031）、中科院青年創(chuàng)新促進會（2017337、2016268）以及中科院海洋新材料與應用技術重點實驗室開放課題（2016Z01、2017K03）等項目的資助。

圖1 超疏水性聚乳酸無紡布的制備過程示意圖。

圖2 （A）超疏水功能化聚乳酸無紡布的微觀結構及其耐摩擦和耐拉伸性能；聚乳酸無紡布的吸油性能（B）和油水分離性能（C）。

中國在生物基元阻燃材料研究方面取得進展

隨著全球綠色戰(zhàn)略的日益深化，人們認識到“從自然中來，到自然中去”是人與自然和諧共處的最佳方式，也是實現(xiàn)材料可持續(xù)發(fā)展的必然途徑。阻燃劑作為高分子材料安全使用的必要助劑也不例外，因此發(fā)展源于生物的阻燃劑也成了關注的焦點。然而天然的原材料往往具有許多缺點，如耐熱性差、阻燃效率低等，阻礙了其作為優(yōu)秀的阻燃劑使用。因此必須對其進行合理的化學改性，賦予其優(yōu)良的熱分解性能，克服其作為阻燃劑存在的問題。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所精細磷化工團隊根據(jù)膨脹型阻燃劑的作用機理，將核苷酸分子嵌入到三聚氰胺甲醛樹脂的結構中，形成具有阻燃功能的微球;由于核苷酸本身的活性基團被屏蔽，耐熱性得到改善，在膨脹阻燃聚丙烯(PP)中獲得了良好的阻燃效果，僅添加1wt%微球就可以使阻燃劑的用量減少30%以上。但是由于磷酸直接連著五碳糖，造成加工過程中極易催化炭化致使樣品變色，因此又通過將核苷酸成鹽，進一步調(diào)控了其熱分解行為，使其在加工過程中穩(wěn)定，而在高溫下發(fā)揮阻燃作用。這一工作有助于推動生物基元阻燃劑的制備和應用技術的發(fā)展。相關研究成果發(fā)表在Journal of Analytical and Applied Pyrolysis (2016,121:394-402), ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2017,5,2375-2383);申請專利3件 (CN 2015109808051, CN201611014774.5，CN201611262420.2)。此項研究得到了寧波市科技創(chuàng)新團隊項目的資助。

當前，全球四大塑料阻燃劑市場分別為：美國、歐洲、日本以及其他亞太地區(qū)。在四個市場中，用量增長最快的是亞洲其他國家地區(qū)。資料顯示，2006～2010年，全球塑料阻燃劑用量的年均增長率為4.1%，而亞洲其他國家和地區(qū)年均增長率為12.5%。據(jù)預測，2008～2014年，全球塑料阻燃劑用量的年平均增長率可達4.9%，銷售額可達7%，即2014年全球塑料阻燃劑的用量及銷售額可分別達到2620及61億美元(折合人民幣400億元)。

由于國際下游產(chǎn)業(yè)鏈的轉移，國內(nèi)塑料阻燃劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快。目前，中國塑料阻燃劑的用量為18萬～22萬噸/年。2007～2011年，中國塑料阻燃劑使用量年均增長15%左右。

目前，對于塑料阻燃劑影響較大的條約和法規(guī)主要有《斯德哥爾摩公約》和歐盟ROHS和REACH。其中已經(jīng)被《斯德哥爾摩公約》列入持久性有機污染物名單的塑料阻燃劑為十溴二苯醚和六溴環(huán)十二烷。隨著人們環(huán)保意識的提升，開發(fā)低毒、低煙的環(huán)保型塑料阻燃劑將成為我國塑料阻燃劑產(chǎn)業(yè)的追求目標。例如，阻燃聚苯乙烯泡沫至多達到B2阻燃標準，已在許多發(fā)達國家被禁止用作建筑外墻保溫材料。

因此，如果一旦國家確立建材保溫材料要達到B1阻燃標準，則市場上大量使用的溴系塑料阻燃劑EPS等將面臨退出，從而轉向使用磷系塑料阻燃劑的聚氨酯泡沫。

蘭蒂奇集團推出創(chuàng)新型特殊尼龍系列

針對擠出市場，蘭蒂奇集團(RadiciGroup)高性能塑料事業(yè)部專門開發(fā)了新型特殊聚酰胺材料。

迄今為止，Radilon產(chǎn)品系列，不僅包含耐高溫性能更優(yōu)的高技術聚酰胺(Radilon A HHR、Radilon XTreme)、增強的塑代鋼材料(Radilon A RW、Radilon S URV高流動性)，還包含長鏈尼龍。

其中有PA6.10的Radilon D系列，以可再生能源為基材。PA6.12的Radilon DT系列及共聚物PA6.10/6.6 的RADILON CD系列，都是來自純天然的生物基材。此類聚酰胺具有特殊化學和物理特性，性能更優(yōu)，可以滿足不同終端客戶的需求。

共聚物6.10和6.6是包裝、薄膜及纏繞膜的理想材料，也可以用于對透明度，熱成型和抗水蒸汽要求高的食品行業(yè)。

基于這項新技術，蘭蒂奇可以用此聚合物合成金屬可探測材料，可以用來制造食品行業(yè)清潔設備上使用的刷子。使用這種材料，可以輕易地檢測并取出食品上殘留的塑料，可以很好地保證食品安全和健康。同時，也可以證明蘭蒂奇集團是一家創(chuàng)新公司，能夠不斷滿足客戶最新需求。

科思創(chuàng)與同濟大學共同建立創(chuàng)新研究院

全球領先的高科技聚合物材料生產(chǎn)商科思創(chuàng)（Covestro）與中國最具聲望大學之一的同濟大學簽署合作協(xié)議，共同建立同濟-科思創(chuàng)創(chuàng)新研究院。

過去五年，雙方通過同濟-科思創(chuàng)生態(tài)建筑與材料研究院在建筑領域開展了成功的合作，未來，雙方將在新的名稱和機制下運營該研究院，并將合作領域進一步擴大。

同濟-科思創(chuàng)創(chuàng)新研究院的目標是探索和推廣創(chuàng)新的產(chǎn)學研合作模式來促進交通和建筑領域創(chuàng)新成果的產(chǎn)業(yè)化，并在相關領域提供教育和人才培養(yǎng)項目。

科思創(chuàng)董事會成員、負責創(chuàng)新兼首席商業(yè)官的施樂文博士表示：“我們非常高興能夠繼續(xù)壯大與同濟的合作，并將我們的合作伙伴關系帶入新階段。作為聚氨酯和聚碳酸酯的發(fā)明者，我們清晰地看到創(chuàng)新為推動自身業(yè)務和社會發(fā)展帶來的價值。通過雙方的合作，創(chuàng)新研究院將成為加速材料創(chuàng)新成果市場轉化的動力引擎，并充當一個致力容納產(chǎn)業(yè)價值鏈合作伙伴的開放式創(chuàng)新平臺。”

同濟大學和科思創(chuàng)一起，旨在通過教育、科研項目與人才培養(yǎng)，在促進中國的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮核心作用，支持中國向創(chuàng)新驅動型經(jīng)濟轉型?！蓖瑵髮W材料科學與工程學院學術委員會主任黃云輝教授表示，“同濟-科思創(chuàng)創(chuàng)新研究院將作為一個增強孵化器，致力于推進交通和建筑領域的科研，新材料科技的產(chǎn)業(yè)化以及培養(yǎng)學生的創(chuàng)業(yè)能力?！?/p>

同時，創(chuàng)新研究院將作為同濟大學學生的培訓基地，通過開展創(chuàng)新項目、安排國際知名教授和專家的進行講座及研討班、以及授予獎學金給相關領域的杰出學生，提高學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力。同濟-科思創(chuàng)創(chuàng)新研究院由科思創(chuàng)和同濟大學共同領導，每年將有230萬人民幣的資金支持。

冠豪高新多項技術項目獲獎

近日，冠豪高新“一種新型紙張安全線防偽技術的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目”“熱升華數(shù)碼印花轉印紙高速涂布工藝研究項目”分獲廣東省湛江市2017年度科技進步一等獎、三等獎，“一種隱色防偽涂料及隱色防偽紙”發(fā)明專利獲湛江市2017年度專利金獎。

“一種新型紙張安全線防偽技術的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目”是使用公司自行設計制造的專用噴涂設備，在紙張濕紙幅上定向線狀施放防偽涂料，并嵌入原紙內(nèi)部結構中，防偽性能新穎、獨特，已獲得國家稅務總局授權并應用于生產(chǎn)新型增值稅專用發(fā)票用紙，自2014年試產(chǎn)至2016年底，新型安全線增值稅專用防偽票據(jù)用紙銷售額超過4億元。

“熱升華數(shù)碼印花轉印紙高速涂布工藝研究項目”是公司2016年針對推廣熱升華轉印紙開展的研究項目，項目采用自主創(chuàng)新的雙層刮棒涂布工藝，實現(xiàn)每分鐘550米高速涂布穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)品性能優(yōu)越。

“一種隱色防偽涂料及隱色防偽紙”是通過涂布在票據(jù)紙張涂上有特殊的隱色防偽涂料，從而實現(xiàn)隱色防偽特征，已應用生產(chǎn)全國各省市地稅、國稅等稅票用紙，至2016年底已實現(xiàn)銷售額超過3億元。

國際橡塑展將展示智能生活創(chuàng)新解決方案

“CHINAPLAS 2017國際橡塑展”同期活動—“設計x創(chuàng)新”將于2017年5月16至19日在廣州·琶洲·中國進出口商品交易會展館舉行。作為CHINAPLAS的重磅級保留節(jié)目，活動旨在推動優(yōu)秀產(chǎn)品設計與創(chuàng)新成果轉化。在2017年的“設計x創(chuàng)新”活動中，巴斯夫與CHINAPLAS將更進一步展示改善智能生活的非凡產(chǎn)品原型。這些原型均是由頂級設計師和品牌商聯(lián)合開發(fā)，并由巴斯夫輔助開發(fā)及提供先進材料。這些共創(chuàng)項目被稱為“塑”三角（TRIO），以體現(xiàn)巴斯夫、設計師和品牌商的合作。

此外融入交互虛擬和增強現(xiàn)實技術的展臺設計將提升訪客的參觀體驗，幫助觀眾更加直觀地了解創(chuàng)新材料如何改善產(chǎn)品設計以及功能性。

塑料科技的飛速發(fā)展及踴躍創(chuàng)新，為工業(yè)產(chǎn)品設計靈感的釋放提供了越來越多的可能性。包括工程塑料復合材料（PA、PBT、POM）和聚氨酯（聚氨酯解決方案、多元醇類和熱塑性聚氨酯彈性體）在內(nèi)的高性能塑料，由于其輕盈質(zhì)量、新穎外觀、新成分或新功能，有助于將設計理念轉變?yōu)楝F(xiàn)實，或啟迪設計理念的發(fā)展。智能生活創(chuàng)新產(chǎn)品解決方案就是當中非常重要的應用領域。高性能塑料的性能優(yōu)于許多其他材料，包括韌性、耐磨性、耐化學性和耐熱性，以及易加工性，均能夠使其更加有助于設計。特別是塑料材料可以被塑造成各種復雜的形狀，在這點上像沖壓鋼就很難做到。為此，高性能創(chuàng)新材料應用領域不斷擴大。

巴斯夫作為全球化工巨頭，以如上創(chuàng)新材料為產(chǎn)品原型提供諸多材料靈感，并憑借強大的研發(fā)、技術、工程和模擬能力，對創(chuàng)新產(chǎn)品進行優(yōu)化，提高生產(chǎn)可行性，降低開發(fā)成本，并加快商業(yè)化步伐。

在“CHINAPLAS 2017國際橡塑展”上，參觀者還將體驗到其它由巴斯夫designfabrik?設計咨詢中心提供設計靈感并采用巴斯夫先進材料實現(xiàn)的創(chuàng)新設計，如TeamUP座椅。該產(chǎn)品由巴斯夫與ITO Design和Interstuhl專門為現(xiàn)代辦公環(huán)境制造，從腳輪到墊襯共采用了20種不同的材料。一同展出的還有葡萄科技的PaiBand兒童成長手環(huán)。該產(chǎn)品采用巴斯夫高性能熱塑性聚氨酯（TPU）Elastollan制造，具有優(yōu)異的舒適性和耐用性。巴斯夫憑借在化學領域的專長和先進科技，不斷成就現(xiàn)代和可持續(xù)的生活。在CHINAPLAS期間，巴斯夫將展示ecovio?制成的可堆肥購物袋，ecovio?是巴斯夫經(jīng)認證的含生物基成分可堆肥聚合物。該款購物袋為客戶提供了額外的優(yōu)勢。它們不僅非常結實，可作為購物袋反復使用，最后還可用于收集有機垃圾。不論是ecovio?購物袋還是有機垃圾袋，都可以用于廚余垃圾的衛(wèi)生收集，并一起轉化為堆肥，從而杜絕了難聞的臭味和害蟲的孳生。

印度發(fā)明“可食用”塑料袋

塑料袋因其難降解性，給環(huán)境帶來的很大傷害，包括中國、印度在內(nèi)的很多國家還為此推出了“限塑令”。

為了應對塑料污染，印度公司Envi Green花4年時間研發(fā)出可生物分解塑料袋，使用“可食用”材料打造。

Envi Green公司負責人Ashwath Hedge看到人們肆無忌憚的使用塑料袋，于是想要發(fā)明可以被環(huán)境降解的塑料袋。

他花了四年研究各種材料，最后選定：玉米、馬鈴薯、天然淀粉、香蕉、蔬菜油等12種成分，把這些食材變成液體之后再經(jīng)過六道獨家步驟，就能成為一個能被生物降解的塑料袋，丟棄后完全降解只需180天，在熱水中甚至只要15秒。不過這樣的天然袋的成本更高，比一般塑料袋高35%左右。