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在我國(guó)培育和壯大新質(zhì)生產(chǎn)力、推進(jìn)綠色發(fā)展的當(dāng)下，以生物基材料替代傳統(tǒng)石化資源成為工業(yè)發(fā)展的重要方向。在化工領(lǐng)域，聚氨酯廣泛應(yīng)用于建筑、電器、家居、航天等諸多行業(yè)，被譽(yù)為“第五大塑料”，但其生產(chǎn)仍高度依賴(lài)石化原料，面臨環(huán)境友好性不足、高端產(chǎn)品進(jìn)口依存度高等問(wèn)題。生物基聚氨酯的研發(fā)與應(yīng)用成為行業(yè)焦點(diǎn)。

南京工業(yè)大學(xué)郭凱教授團(tuán)隊(duì)以非食用性植物油為原料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，通過(guò)微化工技術(shù)實(shí)現(xiàn)高性能生物基聚氨酯多元醇的精確制造，實(shí)現(xiàn)了新型生物基聚氨酯材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用?；谠摷夹g(shù)獲得的發(fā)明專(zhuān)利“一種植物油多元醇及其制備方法與應(yīng)用”（專(zhuān)利號(hào)：ZL201510767650.3）獲得第二十五屆中國(guó)專(zhuān)利金獎(jiǎng)。前段時(shí)間，本報(bào)記者對(duì)該專(zhuān)利發(fā)明人、南京工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)郭凱進(jìn)行專(zhuān)訪(fǎng)，了解其金獎(jiǎng)背后的故事。

郭凱團(tuán)隊(duì)科研人員對(duì)生物基材料進(jìn)行紅外壓片與測(cè)試

“科學(xué)研究需要打破慣性思維”

2010年，郭凱從國(guó)外歸來(lái)后入職南京工業(yè)大學(xué)。彼時(shí)，生物基聚氨酯的制備面臨兩大難題：如何開(kāi)發(fā)高性能生物基聚氨酯多元醇新結(jié)構(gòu)？如何在工業(yè)上通過(guò)植物油為原料高效精準(zhǔn)地制備出這個(gè)新產(chǎn)品？

為此，郭凱團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了大量實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，設(shè)計(jì)了高性能生物基聚氨酯多元醇新結(jié)構(gòu)?！暗俏覀冞\(yùn)用的原料是植物油，它本身里面的組分就是不穩(wěn)定的，同時(shí)傳統(tǒng)工業(yè)制造難以精準(zhǔn)控制反應(yīng)過(guò)程，我們用微流場(chǎng)技術(shù)解決了這個(gè)問(wèn)題?！惫鶆P告訴記者。

微流場(chǎng)技術(shù)又叫微化工技術(shù)，就是把大型的化工裝置微型化?！叭绻麄鹘y(tǒng)的化工過(guò)程是‘燉羊肉’，我們就是在‘涮羊肉’。”郭凱用一個(gè)比喻形容微流場(chǎng)技術(shù)：其目標(biāo)是一致的，都是把“肉”做熟；方法也是一致的，都是用“水”去煮。但是，燉羊肉需要很長(zhǎng)時(shí)間，涮羊肉只需幾秒。這是因?yàn)殇萄蛉鈺r(shí)，羊肉切成片后受熱面積大幅增加，少量的水就可以把肉煮熟，能耗被節(jié)約了下來(lái)。

“這樣的創(chuàng)新實(shí)際上是打破了科研的慣性思維。尋常從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)應(yīng)用，大家總想將反應(yīng)放大，我們反其道而行，以更小的尺度來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)?！惫鶆P介紹，這樣可以把反應(yīng)速率提升百倍甚至千倍，傳質(zhì)傳熱的效率提升千倍。十幾個(gè)小時(shí)的反應(yīng)，有時(shí)幾秒鐘到幾十秒鐘就可以做完；以往兩三層樓高的反應(yīng)釜才能完成的化工過(guò)程，通過(guò)把大型的化工過(guò)程微型化，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)茶水柜大小的反應(yīng)裝置中完成，被業(yè)界稱(chēng)為桌面上的綠色工廠(chǎng)。

郭凱團(tuán)隊(duì)科研人員觀(guān)察熱壓成型的生物基材料

郭凱團(tuán)隊(duì)推進(jìn)了微流場(chǎng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)到工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，無(wú)論是對(duì)裝置制造，還是對(duì)整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的集成要求都比較高。“我們當(dāng)時(shí)在國(guó)際上比較早提出來(lái)通過(guò)流場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，去拓展它的邊界。我們希望在保證它百微米級(jí)別的反應(yīng)效率情況下，把這個(gè)通道做大。對(duì)于很多反應(yīng)，我們目前可以做到厘米級(jí)別，也就是說(shuō)在工業(yè)上，單個(gè)通路每年的處理量就能做到萬(wàn)噸?！惫鶆P說(shuō)。

“把論文寫(xiě)在車(chē)間里、裝置上、產(chǎn)品中”

“習(xí)近平總書(shū)記指出‘廣大科技工作者要把論文寫(xiě)在祖國(guó)的大地上’。我們踐行總書(shū)記指示，把論文寫(xiě)在車(chē)間里、裝置上、產(chǎn)品中，所以我們一直關(guān)注如何將實(shí)驗(yàn)室里的研發(fā)成果運(yùn)用在工業(yè)上。”郭凱說(shuō)。

從實(shí)驗(yàn)室到工程化再到產(chǎn)業(yè)化，一路走來(lái)，隨著不斷貼近應(yīng)用，郭凱團(tuán)隊(duì)考慮問(wèn)題的角度也在不斷變化。郭凱向記者分享：“我們最早開(kāi)展這項(xiàng)研究的時(shí)候，是用豆油作為基礎(chǔ)原料。當(dāng)時(shí)我們只是考慮在實(shí)驗(yàn)室做成這件事，而豆油是最易獲得的植物油原料。真正進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化以后，我們就要考慮‘不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地’的問(wèn)題了，這時(shí)顯然不能拿可以食用的豆油作為生產(chǎn)原料。現(xiàn)在我們更多地用棉籽油、蓖麻油這類(lèi)非食用油作為原料。這就是典型的從學(xué)術(shù)思維到產(chǎn)業(yè)思維的轉(zhuǎn)變?！?/p>

技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地后，郭凱團(tuán)隊(duì)開(kāi)始思考，如果將蓖麻油作為原料，是否可以帶動(dòng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展？比如，可以利用蓖麻的耐鹽堿性，在江蘇與鹽堿地的利用進(jìn)行聯(lián)動(dòng)?！拔覀兛紤]在鹽堿地上種蓖麻，再把產(chǎn)出的蓖麻油嫁接到工業(yè)體系里去。”郭凱說(shuō)。

“如今，我們的技術(shù)在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平，更需要用完備的知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局來(lái)保護(hù)這些創(chuàng)新成果。”郭凱介紹，依托此次獲金獎(jiǎng)專(zhuān)利，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出新結(jié)構(gòu)、新工藝、新裝備、新應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出系列針對(duì)各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景的高性能生物基聚氨酯新材料，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利60余件，其中國(guó)際專(zhuān)利14件，構(gòu)建了完備專(zhuān)利群并形成技術(shù)保護(hù)，并通過(guò)專(zhuān)利許可方式在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。專(zhuān)利技術(shù)開(kāi)發(fā)的生物基聚氨酯材料成功應(yīng)用于鐵路隧道保溫隔水、海上風(fēng)電動(dòng)態(tài)防腐等國(guó)家重大工程。

創(chuàng)新寄語(yǔ)

“創(chuàng)新成果要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，需要到產(chǎn)業(yè)中去尋找問(wèn)題，而不是在文章中找熱點(diǎn)，只有貼近產(chǎn)業(yè)、走向產(chǎn)業(yè)、擁抱產(chǎn)業(yè)，把自己的所長(zhǎng)跟國(guó)家所需、行業(yè)所盼有機(jī)結(jié)合，才能讓創(chuàng)新成果更高質(zhì)量地獲得應(yīng)用?！惫鶆P表示。（圖/文 本報(bào)記者 吳珂）

2025年11月21日《中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)》第12版：https://sz.iprchn.com/bz/html/content.html?date=2025-11-21&pageId=59884e99-0578-4341-9fca-5fd8484fa751&pageIndex=12&cid=1&articleId=61c7bb8b-a92b-4c63-9cfa-9cea0130918e&articleIndex=2