低劣植物油也可以“變廢為寶”。在南京工業大學生物與制藥工程學院郭凱教授團隊完成的新型高性能生物基聚氨酯及其關鍵制造技術項目中，蓖麻油、棉籽油、地溝油等低劣植物油“華麗轉身”為生物基材料，與異氰酸酯合成生物基聚氨酯，并實現具有自主知識產權的萬噸級規模產業化。日前，該項目獲得2023年度江蘇省科學技術獎一等獎。
聚氨酯由多元醇和異氰酸酯聚合而成，其原料對石化資源依賴重，并且聚氨酯涂料、軟泡、黏合劑等高端產品目前進口依存度仍較高。“開發生物基聚氨酯及單體料多元醇可對石化基產品形成補充，且能高效固碳。”郭凱教授介紹說，研究團隊以蓖麻油、棉籽油、地溝油等非食用性油脂為原料，開發出植物油多元醇，并由此開發出生物基聚氨酯特種結構膠、防腐涂料、建筑結構膠、電子灌封膠、軟泡5種高性能材料，成本低、性能強且環保。
在開發多元醇的過程中，傳統的環氧開環反應是通過釜式反應技術實現，但其反應選擇性控制難、兩相傳質、效率較低，生產的產品質量和穩定性較差。為此，郭凱教授團隊通過微尺度效應調控機制研究，創新微化工及微化工—釜式集成成套技術及裝備，提高了反應效率。植物油轉化為生物基聚氨酯單體過程對反應均一性、過程可控性及綠色化程度方面要求較高，而采用這種微化工反應方式解決了傳統反應存在的技術難題。此外，該團隊還通過流場結構設計，將邊界尺度有效外擴，完成單通道萬噸產能，結合可控聚合技術，實現系列生物基聚氨酯材料開發及多場景下游應用。
據悉，該項目建成了國際上最大規模的年產量達5萬噸的生物基聚氨酯生產線，廣泛應用于建材膠粘、電子灌封、家居醫護等領域。對標石化同類產品，項目開發的生物基聚氨酯特種結構膠產品填補了國內外空白，該產品主要用于鐵路隧道建設中的保溫隔水領域。“在此之前，鐵路隧道中的保溫隔水材料主要采用聚烯烴卷材，此類材料導熱系數偏高、耐久性和穩定性較弱、施工和儲運復雜，生物基聚氨酯特種結構膠材料的保溫隔水性能大幅優于現行聚烯烴卷材，且是唯一一款可現場噴涂的材料。”據項目組成員方正教授介紹，他們開發的生物基聚氨酯特種結構膠材料廣泛應用于川藏線拉月隧道、沈白線白城隧道、濱州線新沙力隧道、海拉爾2號隧道、臥虎山隧道、格庫鐵路隧道等鐵路隧道工程建設中，有效解決了我國高鐵等鐵路隧道保溫隔水“卡脖子”問題。
生物基聚氨酯防腐涂料可實現鋅粉零添加，達到石化聚氨酯需添加65%以上鋅粉的重防腐水平，其附著力相較石化同類產品提升約65%。產品已廣泛應用于包括越南平順和勝風電場、西氣東輸四線天然氣管道工程、廣州白云國際機場三期擴建工程等在內的六十余項重要工程中，解決了我國風電橋梁等動態領域的防腐難題。
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