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技术创新

2017-06-01

绿色包装 2017年4期

技术创新

Technological Innovation

中科院在塑料生物降解领域取得重大突破

中科院科学家近日在塑料生物降解领域取得重大突破：研究人员首次发现能够高效降解聚氨酯塑料的新菌种——塔宾曲霉菌，该真菌有望成为未来治理白色污染的“利器”。这项成果已发表在国际权威期刊《环境污染》上。

“聚氨酯的快速发展带来了其废弃物污染环境等问题。”据论文通讯作者、项目负责人中科院昆明植物研究所研究员许建初介绍，目前聚氨酯材料的化学降解主要包括水解、热降解、光降解等，但这类降解成本高且易产生二次污染，而更为环保的生物降解一直是全球塑料污染研究的难点。

“真菌的生物降解是治理合成塑料污染的重要途径，”许建初指出，全球科学家在上世纪90年代就开始研究塑料生物降解，先后发现了几十种降解塑料的真菌，但由于其降解效率低、降解不彻底而作罢。

此次中科院研究组从城市垃圾中分离出的用于降解塑料的新型真菌，被鉴定命名为“塔宾曲霉菌”。实验室研究发现，它可以在聚氨酯表面生长，并通过生长过程中产生的酶和塑料发生生物反应，破坏塑料分子间或聚合物间的化学键；同时，这一真菌还利用了其菌丝的物理强度，用以“掰开”塑料聚合物。

研究指出，在“塔宾曲霉菌”作用下，原本在自然环境中难以降解的塑料，两周就可以明显看到生物降解过程，两个月后其培养基上的塑料聚合物基本消失。“当然其降解效率还受到多种环境因素影响，包括酸碱度、温度以及所使用的培养基类型，”许建初表示，“未来，科研人员将逐步确定这一真菌大规模快速繁殖和塑料生物降解的理想条件，为产业化利用真菌降解塑料垃圾、治理塑料垃圾污染奠定基础。

宁波材料所在生物可降解油水分离材料研究中取得进展

近些年，石油泄漏事故频发，引发了严重的环境污染问题，给经济社会的可持续发展以及人们的生产生活带来了严重影响。为了维护良好的生态环境和人类的健康，保护有限的水资源，对含油污水体进行有效分离就显得尤为重要，也因此，具有油水分离功能的新型材料成为了科学家关注的焦点之一。目前，利用特殊浸润性表面比如超疏水表面、超亲水表面等进行油水分离已成为功能材料研究的热点。然而，尽管目前已有多种具有良好油水分离功能的特殊浸润性材料问世，但其大部分的材料主体多为不可降解或难降解的高分子材料特别是亲油型油水分离材料由于其亲油的特性使得这种材料在处理含油污水过程中易被污染，使用后往往产生大量的难以处理的污染垃圾及废料，不仅容易对环境造成二次污染，而且后处理的综合成本较高，已成为制约油水分离材料实际应用的重要因素之一。构建环境友好型的油水分离材料成为亟待解决的重要课题。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队以生物相容性较好、可降解的生物基高分子材料聚乳酸（PLA）无纺布为主要原料，制备出具有特殊浸润性的生物可降解的环境友好型油水分离材料。研究人员利用聚多巴胺作为材料表面处理的“功能涂层”，实现对聚乳酸无纺布中纤维表面进行简单有效的修饰，进而利用聚多巴胺含有的羟基、亚胺基等官能团作为进一步功能化的“桥梁”，将纳米级的二氧化硅粒子（SiO2）和微米级的聚苯乙烯微球负载到聚乳酸纤维表面，从而巧妙地构建一种具有微纳米多级组装结构的聚乳酸无纺布复合材料（图1）。

研究人员发现，这种新型的聚乳酸无纺布材料不仅具有较高的表面粗糙度，当水滴接触表面时可以达到超疏水状态，更重要的是，无纺布表面超疏水的稳定性非常高，即使经过多次摩擦或拉伸变形后，无纺布仍然保持稳定的微观结构和超疏水的表面性能（图2A）。利用这一优势，研究人员将其用于吸油实验和分离油水混合物，结果发现这种改性后的聚乳酸无纺布不仅可以快速吸附大量的有机溶剂，还可以在重力作用下对油水混合物进行快速有效分离，而且重复利用率高，分离效果十分稳定（图2B，2C）。该研究工作为有效分离废水以及被污染的分离材料的后处理提供了新的思路，在发展绿色环保的油污水分离材料方面具有重要的指导意义。目前，相关工作已发表在美国化学会期刊ACS Applied Materials & Interfaces（2017, 9, 5968-5973）。

该研究得到了国家自然科学基金（51603216）、中科院前沿科学和教育局（QYZDB-SSW-SLH036）、浙江省公益技术应用研究计划（2 015C33031）、中科院青年创新促进会（2017337、2016268）以及中科院海洋新材料与应用技术重点实验室开放课题（2016Z01、2017K03）等项目的资助。

图1 超疏水性聚乳酸无纺布的制备过程示意图。

图2 （A）超疏水功能化聚乳酸无纺布的微观结构及其耐摩擦和耐拉伸性能；聚乳酸无纺布的吸油性能（B）和油水分离性能（C）。

中国在生物基元阻燃材料研究方面取得进展

随着全球绿色战略的日益深化，人们认识到“从自然中来，到自然中去”是人与自然和谐共处的最佳方式，也是实现材料可持续发展的必然途径。阻燃剂作为高分子材料安全使用的必要助剂也不例外，因此发展源于生物的阻燃剂也成了关注的焦点。然而天然的原材料往往具有许多缺点，如耐热性差、阻燃效率低等，阻碍了其作为优秀的阻燃剂使用。因此必须对其进行合理的化学改性，赋予其优良的热分解性能，克服其作为阻燃剂存在的问题。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所精细磷化工团队根据膨胀型阻燃剂的作用机理，将核苷酸分子嵌入到三聚氰胺甲醛树脂的结构中，形成具有阻燃功能的微球;由于核苷酸本身的活性基团被屏蔽，耐热性得到改善，在膨胀阻燃聚丙烯(PP)中获得了良好的阻燃效果，仅添加1wt%微球就可以使阻燃剂的用量减少30%以上。但是由于磷酸直接连着五碳糖，造成加工过程中极易催化炭化致使样品变色，因此又通过将核苷酸成盐，进一步调控了其热分解行为，使其在加工过程中稳定，而在高温下发挥阻燃作用。这一工作有助于推动生物基元阻燃剂的制备和应用技术的发展。相关研究成果发表在Journal of Analytical and Applied Pyrolysis (2016,121:394-402), ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2017,5,2375-2383);申请专利3件 (CN 2015109808051, CN201611014774.5，CN201611262420.2)。此项研究得到了宁波市科技创新团队项目的资助。

当前，全球四大塑料阻燃剂市场分别为：美国、欧洲、日本以及其他亚太地区。在四个市场中，用量增长最快的是亚洲其他国家地区。资料显示，2006～2010年，全球塑料阻燃剂用量的年均增长率为4.1%，而亚洲其他国家和地区年均增长率为12.5%。据预测，2008～2014年，全球塑料阻燃剂用量的年平均增长率可达4.9%，销售额可达7%，即2014年全球塑料阻燃剂的用量及销售额可分别达到2620及61亿美元(折合人民币400亿元)。

由于国际下游产业链的转移，国内塑料阻燃剂产业发展很快。目前，中国塑料阻燃剂的用量为18万～22万吨/年。2007～2011年，中国塑料阻燃剂使用量年均增长15%左右。

目前，对于塑料阻燃剂影响较大的条约和法规主要有《斯德哥尔摩公约》和欧盟ROHS和REACH。其中已经被《斯德哥尔摩公约》列入持久性有机污染物名单的塑料阻燃剂为十溴二苯醚和六溴环十二烷。随着人们环保意识的提升，开发低毒、低烟的环保型塑料阻燃剂将成为我国塑料阻燃剂产业的追求目标。例如，阻燃聚苯乙烯泡沫至多达到B2阻燃标准，已在许多发达国家被禁止用作建筑外墙保温材料。

因此，如果一旦国家确立建材保温材料要达到B1阻燃标准，则市场上大量使用的溴系塑料阻燃剂EPS等将面临退出，从而转向使用磷系塑料阻燃剂的聚氨酯泡沫。

兰蒂奇集团推出创新型特殊尼龙系列

针对挤出市场，兰蒂奇集团(RadiciGroup)高性能塑料事业部专门开发了新型特殊聚酰胺材料。

迄今为止，Radilon产品系列，不仅包含耐高温性能更优的高技术聚酰胺(Radilon A HHR、Radilon XTreme)、增强的塑代钢材料(Radilon A RW、Radilon S URV高流动性)，还包含长链尼龙。

其中有PA6.10的Radilon D系列，以可再生能源为基材。PA6.12的Radilon DT系列及共聚物PA6.10/6.6 的RADILON CD系列，都是来自纯天然的生物基材。此类聚酰胺具有特殊化学和物理特性，性能更优，可以满足不同终端客户的需求。

共聚物6.10和6.6是包装、薄膜及缠绕膜的理想材料，也可以用于对透明度，热成型和抗水蒸汽要求高的食品行业。

基于这项新技术，兰蒂奇可以用此聚合物合成金属可探测材料，可以用来制造食品行业清洁设备上使用的刷子。使用这种材料，可以轻易地检测并取出食品上残留的塑料，可以很好地保证食品安全和健康。同时，也可以证明兰蒂奇集团是一家创新公司，能够不断满足客户最新需求。

科思创与同济大学共同建立创新研究院

全球领先的高科技聚合物材料生产商科思创（Covestro）与中国最具声望大学之一的同济大学签署合作协议，共同建立同济-科思创创新研究院。

过去五年，双方通过同济-科思创生态建筑与材料研究院在建筑领域开展了成功的合作，未来，双方将在新的名称和机制下运营该研究院，并将合作领域进一步扩大。

同济-科思创创新研究院的目标是探索和推广创新的产学研合作模式来促进交通和建筑领域创新成果的产业化，并在相关领域提供教育和人才培养项目。

科思创董事会成员、负责创新兼首席商业官的施乐文博士表示：“我们非常高兴能够继续壮大与同济的合作，并将我们的合作伙伴关系带入新阶段。作为聚氨酯和聚碳酸酯的发明者，我们清晰地看到创新为推动自身业务和社会发展带来的价值。通过双方的合作，创新研究院将成为加速材料创新成果市场转化的动力引擎，并充当一个致力容纳产业价值链合作伙伴的开放式创新平台。”

同济大学和科思创一起，旨在通过教育、科研项目与人才培养，在促进中国的创新生态系统中发挥核心作用，支持中国向创新驱动型经济转型。”同济大学材料科学与工程学院学术委员会主任黄云辉教授表示，“同济-科思创创新研究院将作为一个增强孵化器，致力于推进交通和建筑领域的科研，新材料科技的产业化以及培养学生的创业能力。”

同时，创新研究院将作为同济大学学生的培训基地，通过开展创新项目、安排国际知名教授和专家的进行讲座及研讨班、以及授予奖学金给相关领域的杰出学生，提高学生的创新能力和创业能力。同济-科思创创新研究院由科思创和同济大学共同领导，每年将有230万人民币的资金支持。

冠豪高新多项技术项目获奖

近日，冠豪高新“一种新型纸张安全线防伪技术的开发及产业化项目”“热升华数码印花转印纸高速涂布工艺研究项目”分获广东省湛江市2017年度科技进步一等奖、三等奖，“一种隐色防伪涂料及隐色防伪纸”发明专利获湛江市2017年度专利金奖。

“一种新型纸张安全线防伪技术的开发及产业化项目”是使用公司自行设计制造的专用喷涂设备，在纸张湿纸幅上定向线状施放防伪涂料，并嵌入原纸内部结构中，防伪性能新颖、独特，已获得国家税务总局授权并应用于生产新型增值税专用发票用纸，自2014年试产至2016年底，新型安全线增值税专用防伪票据用纸销售额超过4亿元。

“热升华数码印花转印纸高速涂布工艺研究项目”是公司2016年针对推广热升华转印纸开展的研究项目，项目采用自主创新的双层刮棒涂布工艺，实现每分钟550米高速涂布稳定生产，产品性能优越。

“一种隐色防伪涂料及隐色防伪纸”是通过涂布在票据纸张涂上有特殊的隐色防伪涂料，从而实现隐色防伪特征，已应用生产全国各省市地税、国税等税票用纸，至2016年底已实现销售额超过3亿元。

国际橡塑展将展示智能生活创新解决方案

“CHINAPLAS 2017国际橡塑展”同期活动—“设计x创新”将于2017年5月16至19日在广州·琶洲·中国进出口商品交易会展馆举行。作为CHINAPLAS的重磅级保留节目，活动旨在推动优秀产品设计与创新成果转化。在2017年的“设计x创新”活动中，巴斯夫与CHINAPLAS将更进一步展示改善智能生活的非凡产品原型。这些原型均是由顶级设计师和品牌商联合开发，并由巴斯夫辅助开发及提供先进材料。这些共创项目被称为“塑”三角（TRIO），以体现巴斯夫、设计师和品牌商的合作。

此外融入交互虚拟和增强现实技术的展台设计将提升访客的参观体验，帮助观众更加直观地了解创新材料如何改善产品设计以及功能性。

塑料科技的飞速发展及踊跃创新，为工业产品设计灵感的释放提供了越来越多的可能性。包括工程塑料复合材料（PA、PBT、POM）和聚氨酯（聚氨酯解决方案、多元醇类和热塑性聚氨酯弹性体）在内的高性能塑料，由于其轻盈质量、新颖外观、新成分或新功能，有助于将设计理念转变为现实，或启迪设计理念的发展。智能生活创新产品解决方案就是当中非常重要的应用领域。高性能塑料的性能优于许多其他材料，包括韧性、耐磨性、耐化学性和耐热性，以及易加工性，均能够使其更加有助于设计。特别是塑料材料可以被塑造成各种复杂的形状，在这点上像冲压钢就很难做到。为此，高性能创新材料应用领域不断扩大。

巴斯夫作为全球化工巨头，以如上创新材料为产品原型提供诸多材料灵感，并凭借强大的研发、技术、工程和模拟能力，对创新产品进行优化，提高生产可行性，降低开发成本，并加快商业化步伐。

在“CHINAPLAS 2017国际橡塑展”上，参观者还将体验到其它由巴斯夫designfabrik®设计咨询中心提供设计灵感并采用巴斯夫先进材料实现的创新设计，如TeamUP座椅。该产品由巴斯夫与ITO Design和Interstuhl专门为现代办公环境制造，从脚轮到垫衬共采用了20种不同的材料。一同展出的还有葡萄科技的PaiBand儿童成长手环。该产品采用巴斯夫高性能热塑性聚氨酯（TPU）Elastollan制造，具有优异的舒适性和耐用性。巴斯夫凭借在化学领域的专长和先进科技，不断成就现代和可持续的生活。在CHINAPLAS期间，巴斯夫将展示ecovio®制成的可堆肥购物袋，ecovio®是巴斯夫经认证的含生物基成分可堆肥聚合物。该款购物袋为客户提供了额外的优势。它们不仅非常结实，可作为购物袋反复使用，最后还可用于收集有机垃圾。不论是ecovio®购物袋还是有机垃圾袋，都可以用于厨余垃圾的卫生收集，并一起转化为堆肥，从而杜绝了难闻的臭味和害虫的孳生。