低劣植物油“摇身”变为生物基材料——记江苏省科学技术奖一等奖新型高性能生物基聚氨酯及其关键制造技术

　　低劣植物油也可以“变废为宝”。在南京工业大学生物与制药工程学院郭凯教授团队完成的新型高性能生物基聚氨酯及其关键制造技术项目中，蓖麻油、棉籽油、地沟油等低劣植物油“华丽转身”为生物基材料，与异氰酸酯合成生物基聚氨酯，并实现具有自主知识产权的万吨级规模产业化。日前，该项目获得2023年度江苏省科学技术奖一等奖。

　　聚氨酯由多元醇和异氰酸酯聚合而成，其原料对石化资源依赖重，并且聚氨酯涂料、软泡、黏合剂等高端产品目前进口依存度仍较高。“开发生物基聚氨酯及单体料多元醇可对石化基产品形成补充，且能高效固碳。”郭凯教授介绍说，研究团队以蓖麻油、棉籽油、地沟油等非食用性油脂为原料，开发出植物油多元醇，并由此开发出生物基聚氨酯特种结构胶、防腐涂料、建筑结构胶、电子灌封胶、软泡5种高性能材料，成本低、性能强且环保。

　　在开发多元醇的过程中，传统的环氧开环反应是通过釜式反应技术实现，但其反应选择性控制难、两相传质、效率较低，生产的产品质量和稳定性较差。为此，郭凯教授团队通过微尺度效应调控机制研究，创新微化工及微化工—釜式集成成套技术及装备，提高了反应效率。植物油转化为生物基聚氨酯单体过程对反应均一性、过程可控性及绿色化程度方面要求较高，而采用这种微化工反应方式解决了传统反应存在的技术难题。此外，该团队还通过流场结构设计，将边界尺度有效外扩，完成单通道万吨产能，结合可控聚合技术，实现系列生物基聚氨酯材料开发及多场景下游应用。

　　据悉，该项目建成了国际上最大规模的年产量达5万吨的生物基聚氨酯生产线，广泛应用于建材胶粘、电子灌封、家居医护等领域。对标石化同类产品，项目开发的生物基聚氨酯特种结构胶产品填补了国内外空白，该产品主要用于铁路隧道建设中的保温隔水领域。“在此之前，铁路隧道中的保温隔水材料主要采用聚烯烃卷材，此类材料导热系数偏高、耐久性和稳定性较弱、施工和储运复杂，生物基聚氨酯特种结构胶材料的保温隔水性能大幅优于现行聚烯烃卷材，且是唯一一款可现场喷涂的材料。”据项目组成员方正教授介绍，他们开发的生物基聚氨酯特种结构胶材料广泛应用于川藏线拉月隧道、沈白线白城隧道、滨州线新沙力隧道、海拉尔2号隧道、卧虎山隧道、格库铁路隧道等铁路隧道工程建设中，有效解决了我国高铁等铁路隧道保温隔水“卡脖子”问题。

　　生物基聚氨酯防腐涂料可实现锌粉零添加，达到石化聚氨酯需添加65%以上锌粉的重防腐水平，其附着力相较石化同类产品提升约65%。产品已广泛应用于包括越南平顺和胜风电场、西气东输四线天然气管道工程、广州白云国际机场三期扩建工程等在内的六十余项重要工程中，解决了我国风电桥梁等动态领域的防腐难题。