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【公告】2017技术发明奖公示内容

浏览次数: 日期:2017-01-10 15:58:38
一、项目名称:生物基聚乳酸产业化的关键技术研发及应用推广
 
二、推荐单位(专家)意见:
  该项目从解决 “白色污染”、保护环境和生态平衡的角度出发,开发了新型环境友好材料----聚乳酸(PLA)。2000年以来,该项目组与浙江海正集团合作,突破了聚乳酸产业化过程中的关键科学与技术问题,取得了多项创新性成果。该项目建成了我国首家1.5万吨/年PLA生产线,实现了继美国NatureWorks后世界第二家PLA规模化生产和应用。开发了30余种专用树脂牌号,广泛用于挤出、注塑、薄膜、纤维,发泡和3D打印等领域。其中3D打印PLA耗材占全国市场的60%以上,加速推动了以聚乳酸为龙头的生物可降解塑料行业的发展。
 
  该项目共获授权发明专利20件,申请发明专利33件,发表SCI论文130篇。获中国石油和化学工业协会技术发明一等奖(2011年),中国化工学会“第六届侯德榜化工科学技术奖”(2014年),中国科学院科技促进发展奖科技贡献奖一等奖(2014年),并牵头起草聚乳酸国家标准(GB/T 29284-2012)。
 
  拟推荐该项目为国家技术发明二等奖。
 
三、项目简介:
  该项目隶属于高分子化学研究领域。不可降解的一次性石油基塑料制品导致的塑料废弃物污染(即通常所谓的白色污染)已成为我国生态环境的重要污染源之一。该项目从解决 “白色污染”、保护环境和生态平衡的角度出发,开发了新型环境友好材料----聚乳酸(PLA),力图采用聚乳酸类材料代替石油基塑料,彻底根治白色污染。PLA是一种来源于植物资源的热塑性脂肪族聚酯,具有完全生物可降解性,物理机械性能与聚丙烯相近,广泛用于包装薄膜、泡沫、餐具、纺织纤维、农业、医疗等领域,预计2025年PLA全球市场需求将达到300万吨。2000年以来,该项目组与浙江海正集团合作,突破了聚乳酸产业化过程中的关键科学与技术问题,取得了如下创新性成果:
 
  (1)发明了苯甲酸亚锡等系列催化剂,乳酸低聚裂解收率从92%提高到98%,生产成本降低600元/吨;聚合反应时间从30小时缩短至6小时以内,生产效率提高4倍;聚乳酸左旋纯度高达99.5%;解决了乳酸低聚、裂解制备丙交酯及其聚合生产聚乳酸的催化效率低以及立体结构消旋化的技术难题。
 
  (2)发明了乳酸脱水缩聚导流筒卧式反应器,缩聚反应时间从30小时缩短到8小时,生产效率提高近3倍;发明了低聚乳酸裂解专用膜式反应器,将裂解反应温度从240℃降低到195℃;发明了具有静态混合功能和平推流效果的塔式聚合反应器,解决了单体本体聚合过程中高黏度体系的传质传热瓶颈问题,实现了PLA分子量及其分布的精确调控。
 
  (3)发明了一种PLA树脂的快速成核剂,PLA结晶速度提高60倍,提高了制品的抗老化性和耐热性,耐热使用温度从60℃提高到120℃,注塑加工周期从300秒缩短到40秒;发明了一种耐热型PLA立体复合材料,耐热使用温度进一步提高到180℃。上述两类原料的生产和加工技术达到世界领先水平。
 
  (4)发明了多种用于共混改性PLA基体树脂的PLA嵌段共聚物、聚氨酯类和聚醚聚酯的增韧剂,以及含有环氧基团的PLA基抗水解剂,显著提高了树脂的柔韧性,断裂伸长率从4%提高到280%,熔体粘度提高近2个数量级,熔体强度显著提高,实现PLA树脂应用领域从刚性制品到柔性制品的突破。
 
  该项目建成了我国首家1.5万吨/年PLA生产线,实现了继美国NatureWorks后世界第二家PLA规模化生产和应用。开发了30余种专用树脂牌号,广泛用于挤出、注塑、薄膜、纤维,发泡和3D打印等领域。其中3D打印PLA耗材占全国市场的60%以上。产品通过了美国FDA安全认证和中、美、日、韩及欧盟等国家的生物降解认证。根据相关企业反馈的销售数据,PLA及其制品的产值达9.5亿元,累计销售已超9亿元。2015年1月,吉林省实施全国首个省级“禁塑令”并建成全球首个聚乳酸产业园,该项目不仅为 “禁塑令”保驾护航,更加速推动了以聚乳酸为龙头的生物可降解塑料行业的发展。
 
  该项目共获授权发明专利20件,申请发明专利33件,发表SCI论文130篇。获中国石油和化学工业协会技术发明一等奖(2011年),中国化工学会“第六届侯德榜化工科学技术奖”(2014年),中国科学院科技促进发展奖科技贡献奖一等奖(2014年),并牵头起草聚乳酸国家标准(GB/T 29284-2012)。
 

四、客观评价:

聚乳酸是世界公认的21世纪最具发展前景的绿色环保材料,其生产步骤多,工艺复杂,涉及化学和化工技术范围广,是世界各国竞相研发的热点。目前主要生产国家有美国、日本、德国等,但是由于技术原因,只有美国NatureWorks公司达到了大批量的产业化,实际产量达到7万吨/年。目前国内只有采用该项目技术的浙江海正生物材料股份有限公司实现了产业化,达到了1.5万吨/年的产业化生产能力,并已开工建设5万吨/年生产线。该项目实施过程中取得了重要的研究成果,得到国内外的广泛好评。授权国家发明专利20项,申请发明专利33项,发表SCI收录论文130篇。

1.      学术评价

Web of Science上以(biodegrad* poly*) or (stereoselect* polymeriz*) or (poly* lact*)为标题检索,在聚乳酸基础研究及产业化应用相关领域,项目第一完成人在1999-2016年间,发表的论文总量及去除自引的被引频次均排名第一,被引频次及H指数排名第二。【附件3.1

该项目的相关工作发表综述论文聚乳酸的基础研究及产业化应用(Polylactic acid (PLA): Research, development and industrialization” Biotechnol. J. 2010, 5, 1125-1136. 影响因子:3.708)。【附件5.2】该论文他引54次,美国学者Miller, S. ACS Macro Lett. 2013, 2, 550-554上多次引用并给予高度评价。我们在J. Phys. Chem. B, 2012, 116, 9983-9991【附件5.7】上发表的关于多臂聚乳酸形成立构复合物行为的论文被葡萄牙学者Florindo, H. 等人在国际知名期刊J. Control Release, 2013, 168, 179-199引用,并借鉴该论文的合成表征方法开展了聚乳酸载体用于癌症免疫系统激活疗法的研究工作。瑞典皇家工程院Albertsson, A-C.院士在Biomacromolecules, 2012, 13, 1212-1222上引用了我们发表在J. Phys. Chem. B, 2011, 115, 2864−2869的论文【附件5.10】,并指出我们的研究工作成功地解释了聚乳酸立构复合物材料的结晶行为和机理。

2.      行业评价

2007年,第四届世界华商组织高峰会议授予该项目组“生物可降解材料聚乳酸树脂及制品”成果“世界华商创新奖”。【附件4.1

2011年“聚乳酸新材料关键技术研发与产业化应用”获“中国石油和化学工业联合会技术发明奖”。【附件4.2

2014年,“聚乳酸新材料关键技术研发与产业化应用”团队荣获“中国科学院科技促进发展奖科技贡献奖一等奖”。【附件4.3

2014年,该项目第一完成人获得第六届侯德榜化工科技创新奖。【附件4.4

2016年,该项目第一完成人入选世界生物材料委员会会士。【附件4.5

2008年,浙江省科技厅组织专家对“生物降解塑料聚乳酸”项目进行鉴定。专家组一致认为海正聚乳酸“生产工艺合理先进,在催化体系及连续聚合等方面具有重大创新”。【附件2.9

该项目5000/年生产线获国家发展和改革委员会颁发的《国家高技术产业化示范工程》。万吨级聚乳酸项目被列入国家工信部新材料产业“十二五”发展规划重点产品名录。

该项目组作为牵头单位起草聚乳酸国家标准GB/T 29284-2012。【附件3.2

3.      用户评价

2008年至今,浙江翔光新能源科技有限公司,东莞凯美特塑胶有限公司,等数十家公司都与我们建立了长期的合作关系,上述企业均认为我们生产的聚乳酸原料树脂及改性树脂质量稳定,各项性能指标均能满足要求,并且在挤片机组上使用情况良好,达到稳定生产。吸塑成型产品性能优良,外形美观,产品质量符合客户要求,目前市场前景良好。并纷纷表示今后愿意继续加强合作,进一步开拓聚乳酸制品市场【附件1.5-1.15

2009年至今,BASFIdealitalyTorayUMG,统奕等多家国外及台湾地区知名企业积极试用海正各种牌号的聚乳酸产品,尤其是高熔点牌号(REVODE190REVODE290),并对树脂性能给出积极评价:海正树脂在熔点、MFR、稳定性等方面均能满足客户要求。用海正树脂制成的耐久性注塑产品,加工性优良,制品抗老化性强,耐热度高,光泽度好,优于市场上其他同类产品。今后愿意与海正生物材料开展合作,实现双方的共同发展。

 

五、推广应用情况:

1.推广应用情况

聚乳酸产业化顺利实施之后,根据聚乳酸材料的特点,推出一系列改性牌号,极大地拓展了聚乳酸应用领域。现拥有聚乳酸及聚乳酸改性牌号约30个,其中主力销售牌号6个。与相关企业合作将聚乳酸及改性塑料用于工业化生产,先后在十余家企业成功应用,产品包括一次性耐热餐具、餐盘、水杯、户外水壶、超市购物袋、文具等。截止目前,根据相关企业反馈的销售数据,聚乳酸及其制品的产值达到9.5亿元,累计销售已超9亿元。代表性应用情况如下表:

 

 

 

 

主要应用单位情况表

应用单位名称

应用技术

应用的起止时间

应用单位联系人/电话

应用情况

东莞市樟木头凯美特塑胶原料经营部

 

增韧聚乳酸改性技术

2010.1-2016.6

陈建华13712733939

该单位应用该项目的聚乳酸原料树脂1200吨,共产生经济效益额3500万元。

大川(清新)塑料制品有限公司

低成本挤片吸塑技术

2009.1-2016.6

王经理07635775189

该单位应用该项目的聚乳酸原料树脂REVODE 190/290/721共计850吨,共产生经济效益额2600万元。

浙江翔光新能源科技有限公司

耐热改性聚乳酸模内结晶技术

2008.2-2016.6

孙立辉13736686411

该单位认为该项目的聚乳酸树脂质量稳定,各项性能指标均能满足要求,并且在注塑机组上使用情况良好,达到稳定生产。

台州市西元吸塑厂

挤片吸塑加工技术

2011.1-2016.6

陈辉

1301888656

该单位认为该项目的聚乳酸原料树脂在挤片、吸塑应用性能优良,生产稳定,产品质量符合客户要求。

谷的家(上海)生物科技有限公司

耐热改性聚乳酸热处理技术

2011.2-2016.6

冯旻021-39889071

该单位认为该项目的耐热改性聚乳酸树脂注塑成型产品性能优良,外观漂亮。

 

 

2.近三年经济效益                                               

单位:万元人民币

自 然 年

完成单位

其他应用单位

新增销售额

新增利润

新增销售额

新增利润

2014年

6500

85

9600

330

2015 年

8900

110

13000

416

2016 年

12000

220

25000

850

累    计

27400

415

47600

1596

主要经济效益指标的有关说明:

上述数据主要来自完成单位浙江海正生物材料有限公司和应用单位东莞市樟木头凯美特塑胶原料经营部、长春益田生物科技有限公司、大川(清新)塑料制品有限公司、浙江翔光新能源科技有限公司等企业由于应用该项目技术等带来的新增经济效益。上述数据直接反映了该项目技术应用后对企业经济效益的贡献。

各企业的具体经济效益见附件的应用证明。

其他经济效益指标的有关说明:

 

 

 

 

 

 

 

                                

 

 

3.社会效益

PLA作为新型环保材料,在自然界中可完全降解,是解决目前世界上普遍存在的“白色污染”的重要途径,被誉为21世纪最有发展前途的合成高分子材料。我国是农业大国,每年全国玉米产量2.1亿吨,全国每年有废弃的玉米秸秆4.3亿吨,可生产出5000万吨的PLA,原料充足。因此,可形成“玉米(秸秆)乳酸聚乳酸各种应用产品制备”的产业链,大大提高玉米的利用率及其附加值。此项目不仅可以增加农民收入,缓解我国卖粮难的问题,同时还对促进产业结构调整及保护环境和生态平衡具有积极的作用。项目产品市场前景广阔,具有巨大的社会效益。该项目的实施,可带动聚乳酸相关产业的发展,迅速形成我国生物质产业的新优势,是大力推进“循环经济”,建设“和谐社会”和“环境友好型社会”的具体实践。

该项目共获权发明专利20项,申请发明专利33项。发表SCI论文130篇,其中影响因子>3.060篇,培养博士研究生26,硕士研究生8人。

 

六、主要知识产权证明目录:

 

知识产权类别

知识产权具体名称

国家

(地区)

授权号

授权日期

证书编号

权利人

发明人

发明专利有效状态

发明专利

苯甲酸亚锡的新合成方法

中国

CN100526282C

2009.08.12

535939

浙江海正生物材料有限公司,中国科学院长春应用化学研究所

陈学思,白骅,边新超,陈志明;黄景琴;项盛,梁奇志,陈文启

有效

发明专利

一种聚乳酸树脂的快速成核剂

中国

CN101423625A

2009.05.06

770081

浙江海正生物材料有限公司,中国科学院长春应用化学研究所

边新超,高战团,冯立栋,陈志明,白骅,陈学思,陈文启

有效

发明专利

一种耐热聚乳酸复合材料及其制备方法

中国

CN101602884B

2012.02.22

912179

浙江海正生物材料股份有限公司

边新超,刘炎龙,梁伟  陈学思,陈志明,王若松

有效

发明专利

苯甲酸亚锡作为催化剂的用途

中国

CN100518937C

 

2009.07.29

529704

浙江海正生物材料有限公司,中国科学院长春应用化学研究所

边新超,白骅,陈志明,庄秀丽,黄景琴,项盛,梁奇志,陈学思,陈文启

有效

发明专利

一种成核剂及其制备方法

中国

CN103694656B

2015.12.02

第1871659号

中国科学院长春应用化学研究所

孙志强, 张 涵, 庞 烜, 庄秀丽, 边新超, 陈文启, 陈学思

有效

发明专利

一种聚乳酸嵌段共聚物及改性聚乳酸的制备

中国

CN102863956B

2014.05.21

1405546

中国科学院长春应用化学研究所

陈学思,张宝,李杲,黄绍永,

庄秀丽

有效

发明专利

一种聚乳酸嵌段共聚物及其制备方法

中国

CN102838734B

2014.04.09

1380188

中国科学院长春应用化学研究所

陈学思,张宝,李杲,庄秀丽,边新超,孙敬茹

有效

发明专利

一种聚乳酸嵌段共聚物的制备方法

中国

CN102786672B

2014.03.26

1368576

中国科学院长春应用化学研究所

陈学思,张宝,庄秀丽  李杲,边新超

有效

发明专利

一种低光学纯度高分子量聚乳酸的制备方法,

中国

CN104861157A.

2015.08.26

2251402

中国科学院长春应用化学研究所

冯立栋,边新超,张瑜,李杲,陈学思

有效

发明专利

一种耐热型聚乳酸共混物及其制备方法

中国

CN101157793

200849

791546

浙江海正生物材料股份有限公司,中国科学院长春应用化学研

究所

韩常玉,陈志明,白,董丽松

有效

 

 

 

七、主要完成人情况:

 

陈学思,排名1,研究员,工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。作为该项目的总负责人,全面安排和指导具体工作。与浙江海正集团长期合作完成了聚乳酸产业化项目。作为企业总工程师负责聚乳酸产业化的技术工作,具体进行了聚乳酸实验室研究,产业化中试开发15000吨产业化生产线设计、建设、调试、生产。目前达到了年产15000/年的生产能力。本人在该项技术研发工作中投入的工作量占本人工作总量的70%。对该项目所有技术发明都有贡献。证明材料见主要知识产权目录1-9

边新超,排名2,副研究员,工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。自2000年参加聚乳酸产业化项目,经历了从实验室小试,到30吨生产中试,再到5000吨产业化生产线的研发工作。尤其是在产业化中试和生产线的工作中,从开始的生产工艺设计、生产设备设计、委托加工、安装、调试,直到生产管理,作为长春应化所的在企业委派的负责人直接参与管理和生产工作。在高左旋聚乳酸树脂和耐热树脂的开发中起到了主要作用。目前作为企业的副总经理和生产车间主任直接负责生产技术和生产管理。对该项目所有技术发明有贡献,投入该项目工作量为95%。证明材料见主要知识产权目录1-47-9

庞烜,排名3,副研究员,工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。参与设计和制备了一系列高效的新型苯甲酸亚锡催化剂,分别用于低聚乳酸裂解制备丙交酯单体和丙交酯聚合制备聚乳酸。设计了新型催化剂,可选择性聚合丙交酯得到高熔点的聚乳酸。参与设计了聚乳酸树脂的成核剂,可促进结晶的生长、细化晶体尺寸,成核效果好,结晶速度较快、具有较强的抗氧化性能、耐热性、抗水解性。对本项目的第一项和第二项技术发明做出贡献。本人在该项技术研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。证明材料见主要知识产权目录5

陈志明,排名4,高级工程师,工作单位和完成单位均为浙江海正生物材料股份有限公司。作为浙江海正生物材料股份有限公司的总经理全面直接负责聚乳酸产业化的研发,生产和销售。在设备的高温高真空方面提出了具体的研发思想,解决了实际应用问题,对该化工产业领域高温高真空设备的发展起到关键的作用。对该项目的第二项和第三项技术发明做出贡献。本人在该项技术研发工作中投入的工作量占本人工作总量的90%。证明材料见主要知识产权目录1- 410

董丽松,排名5,研究员,工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。针对该项目在不同发展阶段所得到的聚乳酸进行改性,解决聚乳酸热稳定性、物理力学性能和加工成型等方面的关键问题,研发出耐热、高熔体强度、高韧性等系列聚乳酸专用树脂,并结合市场需求,开发了注塑、吸塑和吹塑成型等聚乳酸制品,促进了聚乳酸树脂产业化和带动聚乳酸产业发展。对该项目所有技术发明有贡献,本人在该项技术研发工作中投入的工作量占本人工作总量的75%。证明材料见主要知识产权目录10

刘焱龙,排名6,副研究员,工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。自2009年博士毕业后即从事聚乳酸产业化推广工作,作为长春应化所的在企业委派人员直接参与聚乳酸的改性研发工作。针对聚乳酸的性能缺陷如韧性、耐热性进行改进,通过开发系统的专有助剂及相应加工工艺,使聚乳酸韧性得到明显提高,耐热性由不足60℃提高至120℃以上,进一步增强了聚乳酸产品的市场竞争力。目前作为企业的技术主管负责改性新产品的开发及售后技术服务工作。对该项目的第二项和第三项技术发明做出贡献。本人在该项技术研发工作中投入的工作量占本人工作总量的70%。证明材料见主要知识产权目录3

 

八、完成人合作关系说明:

 

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