20多年努力，做中國(guó)人自己的聚乳酸生產(chǎn)線

灰藍(lán)色的海面上，一船船“洋垃圾”在汽笛聲中進(jìn)入中國(guó)海域。海邊的小鎮(zhèn)上，紅色、藍(lán)色、綠色的塑料飲料瓶密密匝匝，像小山一樣堆起來(lái)。

從20世紀(jì)80年代起，中國(guó)曾有20年備受“洋垃圾”困擾。單是塑料垃圾，我國(guó)的輸入量就占全球的70%。廣東、浙江是接收“洋垃圾”的大省，當(dāng)?shù)卦S多居民靠拆解洋垃圾過(guò)活，鎮(zhèn)上的河水、井水也因此變成黑水。

在報(bào)紙上看到“洋垃圾”的新聞時(shí)，還在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)從事生物物理與生物化學(xué)專(zhuān)業(yè)博士后工作的陳學(xué)思心痛不已，想通過(guò)自己的科研工作，為祖國(guó)消除“洋垃圾”中的“白色污染”盡一份力。

1999年，陳學(xué)思?xì)w國(guó)加入中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)長(zhǎng)春應(yīng)化所）。通過(guò)20多年的不懈努力，他離自己當(dāng)時(shí)設(shè)定的科研目標(biāo)越來(lái)越近。

1一拍即合，做中國(guó)人自己的聚乳酸生產(chǎn)線

陳學(xué)思面前的白驊不太像“大老板”，身為浙江海正集團(tuán)董事長(zhǎng)的他背著一個(gè)小包，出差連助理都不帶。陳學(xué)思被他干事的魄力吸引了。

而白驊眼中的長(zhǎng)春應(yīng)化所研究員陳學(xué)思，思維活躍、衣著簡(jiǎn)單，絲毫沒(méi)有“派頭”，與刻板印象里的科學(xué)家相去甚遠(yuǎn)。

1999年10月，在時(shí)任長(zhǎng)春應(yīng)化所副所長(zhǎng)董麗松的牽線下，兩人一見(jiàn)如故，聊了很久。他們聊的話題是一種“明星”環(huán)保材料——聚乳酸。它看起來(lái)就像一顆顆晶瑩、略發(fā)白的米粒，與普通的塑料顆粒并無(wú)二致?？删褪撬?，把“從自然中來(lái)，到自然中去”的特性發(fā)揮得淋漓盡致，從源頭上切斷了一次性包裝塑料帶來(lái)“白色污染”的可能性。

聚乳酸是一種綠色塑料，取材自玉米、木薯、纖維素等，在一定化學(xué)工藝下變?yōu)闃?shù)脂原材料，可制成吸管、餐具、地膜、手術(shù)縫合線、骨釘、骨板等。將它們埋在土里或嵌入人體，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月到幾年時(shí)間，便會(huì)降解為小分子，最終成為水和二氧化碳，消失得無(wú)影無(wú)蹤。而且，其生產(chǎn)過(guò)程排放的二氧化碳量?jī)H為傳統(tǒng)塑料的一半甚至更低，對(duì)環(huán)境、人體影響甚小。

這樣的“明星”環(huán)保材料誰(shuí)不渴望得到？然而，在科技發(fā)展史上，科研人員竟一次次與它擦肩而過(guò)。

1913年，法國(guó)科學(xué)家通過(guò)縮聚方法首次合成聚乳酸，但其產(chǎn)量低、分子量小、力學(xué)性能差，幾乎沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。

1932年，美國(guó)杜邦公司科學(xué)家卡羅瑟斯間接制備出高分子量的聚乳酸。然而，他想得到的是一種高熔點(diǎn)、具有出色耐久性的聚酯纖維材料，因此聚乳酸被過(guò)早放棄。

直到1962年，美國(guó)一家公司發(fā)現(xiàn)用聚乳酸做成的手術(shù)縫合線可被機(jī)體吸收，才正式打開(kāi)了聚乳酸的醫(yī)用大門(mén)。

從此，聚乳酸就像一顆冉冉升起的新星，備受科研界、環(huán)保界、資本界矚目。這其中就包括一拍即合的陳學(xué)思、白驊。兩人志向不小，“我們要做中國(guó)人自己的聚乳酸生產(chǎn)線”。

白驊此前找過(guò)不少大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)，可幾乎每次都無(wú)功而返。問(wèn)題的關(guān)鍵在于，聚乳酸的單體丙交酯當(dāng)時(shí)在中國(guó)沒(méi)有人能做出來(lái)，更不用說(shuō)下一步的聚合了。遇到陳學(xué)思，他算找對(duì)了人。

2000年，陳學(xué)思帶領(lǐng)課題組開(kāi)始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)。合成高分子量聚乳酸的關(guān)鍵是除去反應(yīng)過(guò)程中的水分，而乳酸聚合過(guò)程卻會(huì)釋放出水分子。產(chǎn)業(yè)界的通行做法雖然可以徹底除去水分，但無(wú)法做到高效合成丙交酯，這一難題制約了整個(gè)聚乳酸產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

低聚乳酸的分子量多少合適？裂解溫度多高？如何防止裂解結(jié)焦？能否把裂解產(chǎn)率提升至90%以上？裂解殘?jiān)绾胃咝Щ厥绽?？這些問(wèn)題始終困擾著研發(fā)人員。

經(jīng)過(guò)3年摸索，陳學(xué)思帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)篩選百余種催化劑、探索上千種實(shí)驗(yàn)條件，提出了具有工業(yè)化前景的技術(shù)總體方案，使丙交酯的產(chǎn)量從幾克達(dá)到幾十克、幾百克，產(chǎn)率達(dá)到95%以上，實(shí)現(xiàn)了百克級(jí)丙交酯的穩(wěn)定制備。這是中國(guó)在生物可降解塑料領(lǐng)域邁出的關(guān)鍵一步，為生物可降解塑料的產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

21世紀(jì)初，丙交酯1公斤市場(chǎng)售價(jià)為1萬(wàn)元左右，即便如此高價(jià)，市場(chǎng)上依然供不應(yīng)求。長(zhǎng)春應(yīng)化所實(shí)現(xiàn)了丙交酯國(guó)產(chǎn)化、填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白后，丙交酯的價(jià)格一下子“被打了下來(lái)”，如今1公斤僅售15元左右，與當(dāng)初的萬(wàn)元天價(jià)相差數(shù)百倍。

2允許失敗，挑戰(zhàn)“不可能完成的任務(wù)”

邊新超是陳學(xué)思團(tuán)隊(duì)的第一名成員。2000年，陳學(xué)思推著自行車(chē)把他接到了所里。

邊新超回憶說(shuō)，21世紀(jì)初，化工界的口號(hào)是，石油只能再用50年，煤炭只能再用100年，急需生物基材料、生物降解材料進(jìn)行替代。但當(dāng)時(shí)市場(chǎng)對(duì)這類(lèi)材料的接受度仍然不高，大多數(shù)企業(yè)持觀望態(tài)度。

陳學(xué)思最初瞄準(zhǔn)的是文具市場(chǎng)。邊新超扛著一個(gè)裝著原材料的麻袋，去了浙江寧海一家知名文具廠。他當(dāng)場(chǎng)用注塑機(jī)做了一把聚乳酸尺子，老板夸了一句“東西真好”，就再也沒(méi)有下文了。

2003年，把實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的工藝條件基本摸索清楚后，陳學(xué)思又派邊新超到浙江省臺(tái)州市建設(shè)30噸中試生產(chǎn)線。那一年是邊新超工作的第三年，他帶領(lǐng)的8人團(tuán)隊(duì)中，部分同事比他還要年長(zhǎng)、有經(jīng)驗(yàn)。

從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，中間過(guò)程絕不是簡(jiǎn)單放大。在很多科研人眼中，這一環(huán)節(jié)最艱難。當(dāng)時(shí)的臺(tái)州天氣悶熱，車(chē)間溫度達(dá)50℃，技術(shù)人員極度疲勞。為了激勵(lì)自己，邊新超把手機(jī)鈴聲設(shè)置成了電影《碟中諜》的主題曲《不可能完成的任務(wù)》。

陳學(xué)思的父親陳文啟是長(zhǎng)春應(yīng)化所的研究員，也是搞合成研究的能手，退休后返聘加入聚乳酸研發(fā)團(tuán)隊(duì)。為了順利完成中試，當(dāng)時(shí)年近80歲的“老陳老師”特地去臺(tái)州指導(dǎo)生產(chǎn)，一待就是半個(gè)多月。

邊新超最擔(dān)心的是示范生產(chǎn)線出問(wèn)題，可是怕什么來(lái)什么。2007年2月，示范生產(chǎn)線突然因不明原因停工，管路堵塞、找不到堵點(diǎn)?！懊刻煜喈?dāng)于燒掉一輛帕薩特”，這樣的狀況整整持續(xù)了3個(gè)月。

“快倒閉了吧？”在食堂吃飯時(shí)，有人揶揄道。

雖然陳學(xué)思、白驊一次次鼓勵(lì)自己“不要退縮”，可眼看真金白銀不斷往里投，邊新超的內(nèi)心久久不能平靜。將所有設(shè)備檢查了一遍又一遍后，他發(fā)現(xiàn)真空度下降得厲害，懷疑是齒輪泵漏氣導(dǎo)致了失敗。來(lái)不及多想，他和同事趕緊把重約300斤的齒輪泵拆下來(lái)抬上了大巴。邊新超獨(dú)自一人坐了一天一夜的長(zhǎng)途車(chē)來(lái)到河北滄州，找到廠家，終于發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在，并快速拿出了解決方案。

那陣子，大家都覺(jué)得邊新超的舉止有些怪異，總是用手捂著臉。原來(lái)在一次試車(chē)中，邊新超發(fā)現(xiàn)工人排料操作不當(dāng)存在生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，于是搶先一步關(guān)閉閥門(mén)，可是部分高溫熔體還是噴濺出來(lái)，落到地面又彈起來(lái)，把他的臉和手都燙傷了。彼時(shí)，邊新超剛結(jié)婚4個(gè)月，他不敢告訴妻子，怕她擔(dān)心，更怕她把自己叫回去。

就是通過(guò)這樣忘我的努力，長(zhǎng)春應(yīng)化所與企業(yè)終于在2007年建成了5000噸/年產(chǎn)能的示范線。這是國(guó)內(nèi)第一條聚乳酸示范線，也是全球第二條聚乳酸生產(chǎn)線。

其間還有一個(gè)小插曲：原本對(duì)我國(guó)技術(shù)保密的日本帝仁株式會(huì)社，看到陳學(xué)思團(tuán)隊(duì)的成熟樣品后，徹底公開(kāi)了中試生產(chǎn)線的工藝。

2015年，陳學(xué)思團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的同時(shí)，把這條生產(chǎn)線擴(kuò)產(chǎn)至1.5萬(wàn)噸/年，使得這項(xiàng)技術(shù)真正成熟。

至此，長(zhǎng)春應(yīng)化所幫助企業(yè)首次在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)噸級(jí)聚乳酸穩(wěn)定生產(chǎn)，2004年到2015年累計(jì)產(chǎn)值超過(guò)10億元。隨著中國(guó)的加入，美國(guó)、中國(guó)、歐洲在全球聚乳酸行業(yè)形成了三足鼎立的態(tài)勢(shì)。

3迭代升級(jí)，拿捏聚乳酸的“小脾氣”

用聚乳酸制作的杯子一般用手掰不斷，但從桌面掉到地面卻極有可能被摔碎。用聚乳酸制作的運(yùn)動(dòng)T恤，抑菌、抑制汗臭的效果好，但由于可降解性強(qiáng)，腋下總是最先破口……早期的聚乳酸產(chǎn)品的確存在各種問(wèn)題。

面對(duì)方方面面的挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持工程化與基礎(chǔ)研究“兩條腿走路”。

化學(xué)制品的生成離不開(kāi)催化劑。之前設(shè)計(jì)催化劑的思路是，讓它擁有所需要的所有活性位點(diǎn)，但這樣往往導(dǎo)致活性位點(diǎn)數(shù)量不夠多，催化效率很低。

有一天，團(tuán)隊(duì)成員、長(zhǎng)春應(yīng)化所研究員龐烜突然從電視劇中的狙擊小分隊(duì)獲得科研靈感，激動(dòng)得直拍大腿：“狙擊小分隊(duì)由一名狙擊手、一名觀察手、一名隨隊(duì)負(fù)責(zé)警戒保衛(wèi)的步槍手組成，大家各司其職。借用到催化劑活性位點(diǎn)上，就是把1個(gè)活性位點(diǎn)變成3個(gè)，一個(gè)負(fù)責(zé)把單體吸引過(guò)來(lái)，一個(gè)負(fù)責(zé)把環(huán)打開(kāi)，一個(gè)負(fù)責(zé)把它接上鏈，這樣效率一下子就上去了?！?/span>

陳學(xué)思向來(lái)鼓勵(lì)有科學(xué)依據(jù)的奇思妙想，這一次也不例外。大家說(shuō)干就干。

一開(kāi)始合成確實(shí)困難，龐烜反復(fù)試驗(yàn)，不僅要使3個(gè)活性位點(diǎn)之間的距離合適，而且要證明它們確實(shí)能按照預(yù)期各司其職、分工協(xié)作。隨著問(wèn)題被逐一破解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓龐烜十分驚訝——效率提升遠(yuǎn)不止之前估計(jì)的3倍，而是200倍！

改進(jìn)催化劑的直觀效果就是，將聚乳酸的熔點(diǎn)做到全球最高，可達(dá)179℃，這非常接近理論上的最高溫度。過(guò)去聚乳酸制造的嬰兒奶瓶，連一次蒸汽消毒都扛不過(guò)去；改進(jìn)催化劑后生產(chǎn)的聚乳酸耐熱溫度升至120℃以上，制成奶瓶后進(jìn)行蒸汽消毒完全不在話下。

針對(duì)聚乳酸產(chǎn)品不耐摔的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)通過(guò)提升缺口沖擊強(qiáng)度，把聚乳酸杯子的韌性提升了30倍，穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)通過(guò)了1.5米跌落試驗(yàn)。

“在聚乳酸使用壽命方面，通過(guò)加入抗水解劑，我們做到了聚乳酸壽命長(zhǎng)短可控。”團(tuán)隊(duì)成員、長(zhǎng)春應(yīng)化所研究員劉焱龍表示。

地膜保水、增溫、除草，在我國(guó)大面積推廣使用。過(guò)去6微米以下的超薄地膜被疾風(fēng)一吹便成了白條條，回收難度極大。通過(guò)控制可降解的速度，聚乳酸地膜3到6個(gè)月內(nèi)便會(huì)自動(dòng)消失，無(wú)須動(dòng)用大型拖拉機(jī)專(zhuān)門(mén)回收。汽車(chē)后視鏡等塑料配件的使用周期一般是15年，聚乳酸原本達(dá)不到這么長(zhǎng)的壽命，但團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)努力，將這一不可能完成的任務(wù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，有望減少大量汽車(chē)報(bào)廢后的污染。

2019年1月，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的專(zhuān)家組鑒定認(rèn)為，長(zhǎng)春應(yīng)化所團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“萬(wàn)噸級(jí)聚乳酸產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)及系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”整體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

該團(tuán)隊(duì)突破了聚乳酸產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的系列關(guān)鍵技術(shù)，獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利46件，開(kāi)發(fā)了乳酸低聚、裂解、丙交酯聚合3種高效催化劑，研制了導(dǎo)流筒臥式乳酸脫水、低聚乳酸膜式裂解、塔式丙交酯聚合反應(yīng)器等關(guān)鍵設(shè)備，開(kāi)發(fā)了高效的聚乳酸成核劑、增容劑、擴(kuò)鏈劑等助劑，突破了系列改性和加工關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)品具有優(yōu)異的耐熱和力學(xué)性能。

4不惜代價(jià)，一定要做好產(chǎn)業(yè)化

作為一個(gè)強(qiáng)政策驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)業(yè)，究竟政策頒布與聚乳酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展是“先有雞后有蛋”，還是“先有蛋后有雞”？

2015年，吉林省在全國(guó)范圍內(nèi)率先頒布禁塑令。隨后，海南、河南等多個(gè)省份紛紛頒布禁塑令。2018年，我國(guó)全面禁止進(jìn)口固體廢物，國(guó)外向我國(guó)傾銷(xiāo)“洋垃圾”的時(shí)代徹底結(jié)束。

禁塑令、“洋垃圾”禁令執(zhí)行后，“可消失的塑料”——聚乳酸一度供不應(yīng)求，單價(jià)從每噸1.8萬(wàn)元飆升至4萬(wàn)元。找邊新超要材料的廠商，可謂絡(luò)繹不絕。有人羨慕他們，“不用干別的，光倒騰原材料就可以實(shí)現(xiàn)財(cái)富自由”。陳學(xué)思聽(tīng)了，只是笑笑：“這種事情，我們不會(huì)去做，也不能做?！?/span>

隨著碳減排、碳中和等理念和政策的提出、實(shí)施，陳學(xué)思篤信綠色環(huán)保是大勢(shì)所趨，同時(shí)也對(duì)團(tuán)隊(duì)的科技創(chuàng)新成果非常有信心：“這一次，我們一定不能受制于他國(guó)?！?/span>

2021年，邊新超再次領(lǐng)命，去安徽蕪湖創(chuàng)辦普立思生物科技有限公司，一期項(xiàng)目7.5萬(wàn)噸乳酸和5萬(wàn)噸聚乳酸連續(xù)生產(chǎn)線已穩(wěn)定投產(chǎn)，產(chǎn)品應(yīng)用于一次性吸管、一次性紙杯、生物降解膠帶、無(wú)紡布等領(lǐng)域，下一步將朝著國(guó)家制定的30萬(wàn)噸聚乳酸目標(biāo)進(jìn)發(fā)。

在聚乳酸的高端應(yīng)用上，在長(zhǎng)春蓮花山產(chǎn)業(yè)園，陳學(xué)思一口氣布局了可吸收敷料、鼻腔止血材料、可吸收縫合線等六七個(gè)醫(yī)用產(chǎn)品，一期廠房建設(shè)已完成、設(shè)備正在安裝，預(yù)計(jì)2024年內(nèi)陸續(xù)投產(chǎn)。

一步步走來(lái)并不容易。“產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證階段最需要經(jīng)費(fèi)支持，可此時(shí)外界對(duì)項(xiàng)目往往有諸多質(zhì)疑，導(dǎo)致最需要經(jīng)費(fèi)時(shí)卻拿不到，讓人很頭疼?！标悓W(xué)思說(shuō)。

陳學(xué)思為在中國(guó)科學(xué)院工作而感到幸運(yùn)。在聚乳酸順利產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，長(zhǎng)春應(yīng)化所每年持續(xù)提供的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、中國(guó)科學(xué)院“科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃”以及科技部、吉林省多個(gè)專(zhuān)項(xiàng)的支持，都為成果轉(zhuǎn)化提供了堅(jiān)強(qiáng)保障。

“一定要做好產(chǎn)業(yè)化?！标悓W(xué)思內(nèi)心篤定。從小目睹父親為顯影劑、合成橡膠、尼龍-11等項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化不斷忙碌的陳學(xué)思，決心繼承包括父親在內(nèi)的老一輩科學(xué)家的優(yōu)良傳統(tǒng)，懷著家國(guó)情懷帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)接續(xù)奮斗，為中國(guó)創(chuàng)造一個(gè)更加綠色的未來(lái)。