高分子材料领域“武松”,打破欧美技术垄断,实现里程碑式国产替代

材料铺子 2023-05-05
3059 字丨阅读本文需 7 分钟

青年一代有理想、有本领、有担当,国家就有前途、民族就有希望。“分子新材料”领域的科研带头人李武松,不断克服困难,攻克难题,让中国做到树枝状聚合物实现国产替代,一举打破欧美技术垄断。

关于树枝状聚合物

生活中能看见各种各样的树,那你知道分子树吗?分子树其实就是树枝状聚合物,这种结构应用于热固性树脂、电池电极、纳米复合材料,以及化学添加剂中的分散剂、触变剂等等,结构应用广泛。

根据聚合物中结构单元连接形式的不同,聚合物可分为线型聚合物、支链型聚合物和体型聚合物三种。

a)线性聚合物 b)支链型聚合物 c)体型聚合物

线性聚合物是最简单的连接形式,结构单元通常是两价原子团,聚合物呈单线式的连接。

超支化聚合物‍(支链型聚合物),是分子支化结构不完善,分子内存在三种类型的结构单元的结构,呈现扇形。

树枝状聚合物‍(体型聚合物),是每个重复单元上带有树脂化基元的线状聚合物,具有规则的和可控制的支化结构,高代数呈球形。

1、树枝状聚合物‍有什么用呢?

通俗的讲,由这种材料制成的涂层在西瓜表面喷上一层薄薄一层,锋利的斧头怎么都劈不破;给车身涂上一层薄薄的涂层,车辆越野的各种冲撞,在车身上不留一丝伤痕……

这就是前沿树枝状大分子技术,具有抗撞、耐磨、防腐、防弹、防爆等的特性。

它属于新材料行业的先进高分子材料,行业朝着多功能化、环保化、高性能化发展。与聚丙烯酸、环氧树脂、沥青等传统涂层材料相比,性能强,纯绿色环保,使用寿命长,核心指标上达到传统材料10倍以上,实现了多功能高性能的新技术标准,节省了95%以上固化时间,环保无毒,使用寿命达到传统材料的10倍。一般材料的“拉升强度”和“韧性”呈反相关,但这种树枝状聚合物,兼具了韧性和拉伸强度“鱼和熊掌兼得”的特性。

2、相对于其他结构聚合物,树枝状聚合物又有哪些特点呢?

传统线形聚合物链段中,中性部分占主体,支化点较少且程度低,分子链段较长,容易发生分子纠缠,体系粘度随着相对分子质量的增大而迅速增大,超支化聚合物和树枝状聚合物则不会,且分子中带有许多功能性端基,可改善对溶剂、树脂相容性。

树枝状聚合物则综合了线性聚合物和超支化聚合物的特点。超支化聚合物和树枝状聚合物尽管这两类聚合物在结构和性质上存在明显区别,但化学性质和物料性质十分相近,两者均能形成较低的粘度,且Tg不受到分子结构影响。

打破垄断,让树枝状聚合物实现国产替代

就是这样一种神奇材料却曾一直被欧美技术垄断,早在上世纪90年代,欧美国家就已将树枝状聚合物应用于塑料、水处理和生物等领域,而在国内,这种新材料长期处于实验室研发阶段。

可是我们泱泱大国又岂会缺少人才,北京大学高分子化学与物理专业博士——李武松就带头打破垄断局面,打造出亚洲首条百吨级树枝状聚合物产业化生产线。

1、任何事,做到极致就是艺术

李武松就在做这样一件“艺术品”,在这个北京大学高分子科学博士眼中,它配得上完美一词。

它是第8代树枝状高分子聚酰胺胺,拥有官能团1024个,相对分子质量233383,分子结构呈现为高度几何对称性的树枝状球形。

曾就职于美国500强企业罗门哈斯的李武松,现为亚洲首家研发和生产树枝状高分子新材料的高新技术型企业——威海晨源分子新材料有限公司总经理。他被山东省组织部评为“泰山产业科技创业领军人才”,创立了亚洲首家研发和生产树枝状大分子的高新技术企业,被山东省评为“隐形冠军企业”。

树枝状聚合物是第四代高分子材料,它的分子结构特殊,性能优异,是出色强大的特种防护新材料,具有轻量化、高强度、高韧性、高抗冲、强耐磨、重防腐、防弹、防爆等优良特性,也是高性能防火阻燃涂料,阻燃达到V0级,可广泛应用于水处理、涂料油墨、纳米材料、塑料改性、催化剂载体、生物、新能源、工业、轨道交通、军工及消费端等诸多领域,在过去的该材料领域,一直以来只有欧美有限的几个公司可以生产。2003年到2008年,李武松在北京大学读博期间,就曾探索将天然氨基酸合成的树枝状聚合物,制成智能型凝胶,这种凝胶有望将治疗癌症的药物导入到肿瘤组织,实现靶向给药和靶向治疗。功夫不负有心人,他的研究获得北大的“优秀学术奖励”,以及国外的“杜邦最佳研究奖”。

“有了研究成果,我开始关心如何将科技转化成生产力。”李武松博士表示,“早在上世纪90年代,欧美国家就已将树枝状聚合物应用于塑料、水处理和生物等领域,而在国内,这种新材料长期处于实验室研发阶段。”

2011年,李武松以技术入股的形式成立威海市晨源化工新材料有限公司,成为亚洲首家研发和生产树枝状聚合物材料的高新技术型企业,该公司拥有独立的新产品开发实验室、半成品及成品检测实验室,拥有专业研发队伍。

随后,凭借自己前期积累的人脉资源,李武松通过努力,让公司与北京大学建立起长期的战略合作伙伴关系。

公司成立后,李武松的研究成果陆续被北京大学、清华大学、中国科学院用于科学实验,这为他实现树枝状高分子的产业化奠定了坚实基础。

并从国外引进先进生产设备,打造出亚洲首条百吨级树枝状聚合物产业化生产线,并于2014年顺利通过省级科技成果鉴定。

李武松,也被称为国内树枝状高分子聚合物产业化“第一人”。

他有自己的一套“人生化学反应定律”:不断进阶的人生,就像一场聚合反应。漫长时间,适宜条件,有效催化,配得上更多优秀属性的“官能团”,进而成为更好的自己。

2、攻克产业化难题,打破欧美垄断

李武松心里有个“梗”。

在外企公司,美国人的技术优越感,让他自尊心受挫。

他决定攻克树枝状高分子聚合物产业化壁垒,在这个领域,当时中国没有一家产业化的公司,整个行业被欧美企业死死把控。

当时放眼望去,没有可以参考的经验,全部靠自己摸索。单单做实验室和厂房,投入都是百万千万级别,资金链一度断裂。

一分钱也能难倒英雄汉。

李武松把房子抵押了,贷款了近两百万元。家里人心惊肉跳,他却要咬着牙坚持做下去。

同时,研发也很不顺利,产量从克到吨,横亘在团队眼前的,不止是简单计量单位上的差别,而是一道肉眼难见的技术鸿沟——随着产量放大,树枝状高分子材料在提纯技术、确保批次质量稳定性等方面的困难也被数倍放大。

从10升的反应釜实验,再到100升,再到一吨,花了一年多时间,李武松的团队做了上百次实验,全都失败了。

因为太难,辛辛苦苦栽培的技术人才走了,整个团队,支离破碎。

就当撑不下去的时候,应了中国一句老话,否极泰来。

做树枝状高分子工业化生产线,前期可能会比较缓慢,但是到了转折点,就是快速爆发的阶段。

实验取得了突破性进展的同时,资金问题也有了解决。

在各部门的协调下,李武松与年产值超过10亿元的知名化工企业——威海金泓集团有限公司牵手,金泓集团是国内特种化学材料领域的龙头企业,其丙烯酸酯类、氯化聚乙烯和聚苯砜产品在国内销售额均名列前茅。

2013年,晨源分子公司建成了亚洲第一条树枝状聚合物生产线,打破了之前这一领域产品由欧美企业为主导的国际市场格局。

原本从国外进口1克材料,得上万元。如今只需要一半价格,就能从晨源分子买到,大大降低了成本。从国外进口材料需要一个多月才能收到货,晨源分子不到一个星期就可以交货。

这是一个数百亿的市场。

树枝状聚合物的产业化打破了欧美的垄断,填补了国内空白,使中国拥有了自己的树枝状聚合物生产能力,在国际市场有了定价权和话语权。

3、人无我有,人有我精

中国不需要看别人脸色

这些年积累的成就并没有令李武松停下脚步,他利用特种高分子的交联结构,在填补国内空白、打破欧美垄断的研究路上越走越远。

2017年,李武松又成立了第二家公司,专攻特种高分子产业链下游,研发特种防护材料。

当时我国的高端防护涂料市场,还是一片空白,长期依赖进口,杜邦、巴斯夫、PPG等外资企业,占据了中国80%的市场份额。

经过艰苦的攻关,李武松团队所研发的高端防护涂料,在产品性能上已经能够基本匹配欧美进口产品,同时价格更具竞争力。

李武松曾经送给小女儿一件礼物,用自己研发的防护涂料包裹的一枚鸡蛋,女儿很喜欢,说爸爸像打不破的鸡蛋一样坚强。

目前,李武松研发的20余种树枝状高分子产品,逐渐成功应用至生物医疗、塑料橡胶、复合材料、水处理、改性环氧树脂、3D打印等领域。

其中,树枝状高分子聚酰胺胺已经研究到第8代,由0代的4个官能团,发展到如今的1024个,应用范围也越来越广,尤其在癌症靶向药的载体应用上表现突出。

李武松的成绩也被更多人看到。

文章来源: 浪潮新闻,核心化学,威海新闻网

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