山西省化工研究所——新功能高效能助剂先驱者

  山西省化工研究所(有限公司)塑料助剂创新团队是我国专业从事聚合物添加剂开发研究的技术创新机构。成立于1964年,原名化工部太原化工研究所;1970年下放至山西省,更名为山西省化工研究所。当时确定了两个研究方向:以光气为源头的合成材料研究方向及塑料、橡胶、纤维三大合成材料助剂研究方向。90年代科研经费不足的情况下,将现有设备进行技术改造,组建形成了现在的三大自主产业——聚氨酯弹性体、橡胶助剂和新功能高效能塑料助剂。2002年,转制改企;2013年更名为山西省化工研究所(有限公司)。

  山西省化工研究所(有限公司)是我国聚氨酯弹性体和聚合物助剂技术研发领域的奠基者和重要的研发基地,也是目前山西省省属科研院所中规模较大、技术力量较强的技术开发类科研单位。

  以山西省化工研究所(有限公司)总工程师王克智为带头人的煤基聚合物及其功能化助剂山西省科技创新重点团队形成于1993年,是山西省化工研究所塑料助剂创新团队成核剂专题组的基础上发展起来的科研团队,属目前国内为数不多的聚合物助剂研发团队。团队成立20年来,基本形成了聚烯烃通用塑料工程化改性及其功能化助剂的研发、工程塑料及其合金加工技术与功能化助剂的研发和生物基与生物可降解塑料加工改性技术及其功能化助剂的研发三个主导研究方向。

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山西省化工研究所(有限公司)总工程师王克智

  团队首先从最典型的生物基与生物可降解塑料聚乳酸着手,进入生物基与可降解塑料助剂领域。开始研究后团队发现生物基与生物可降解塑料主要指脂肪族聚酯及脂肪族和芳香族的共聚酯。这种树脂本身存在以下缺陷:1.结晶型聚酯结晶速度慢,导致成型加工效率低、热稳定性低;2、本身链结构不是很强,加工受热过程中容易断裂;3.水解稳定性差,在高温高湿环境中使用时耐久性不足;4.熔体强度低,吹膜、发泡、注塑等加工中容易出现熔体破裂导致制品疵点甚至难以成型。

  针对以上问题,团队选择从助剂角度寻找解决方法,从以聚乳酸为主的聚乳酸专用成核剂,聚合型环氧官能化扩链剂,熔体增强剂以及抗水解剂着手,针对不同问题提供不同产品解决方案。发展到现阶段,是国内唯一一家系统化研究生物基与生物可降解塑料系列化助剂,产品适用于PLA、PBS、PHAs等多种生物基与生物可降解塑料改性,并实现规模化生产。现有聚乳酸专用成核剂TMC系列产品、聚合型环氧官能化扩链剂KL-E系列产品、熔体增强剂ACR-RT系列产品以及抗水解剂Bio-SW系列产品。

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  另外,主要针对PBAT和PLA共混相容的环氧扩链剂,团队正在探索从后端改性扩链转移到前端合成的釜内扩链。这项技术的重要意义在于PBAT是嵌段共聚物,拥有两个链段,一个链段聚1,4-丁二醇的己二酸酯,一个链段聚乙二醇的对苯二甲酸酯,两个链段缩聚温度不同。按照过去传统缩聚办法,反应温度高,持续时间长,能耗高,生产效率很难提高;使用扩链剂后,反应温度降低,持续时间减少一半,降低能耗,提高产能,减少成本。对行业来说是技术上革命性的改变。目前扩链剂有三个品种:KL-E4370及KLE4370B及专为釜内扩链研究的新品种。

  在抗水解剂碳化二亚胺方面,目前有两种产品:单体型碳化二亚胺Bio-SW100及聚合型碳化二亚胺Bio-SW500。SW100目前已经上市,但其需要使用危险化学品二硫化碳,在环保方面存在一定问题,因此正在原有基础上改变工艺。聚合型碳化二亚胺是未来的发展趋势,但目前只有日本和德国两家企业在做。产品SW500预计上半年中试,下半年正式投入市场,该产品上市后,可以打破国外的垄断,让国内企业进入用得起的阶段。

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  作为科研单位,除了开发新的产品,解决行业关键问题以外,王总带领着团队将目光聚焦在行业内难点问题,他认为这不单单是取得效益的问题,更是一种社会责任。团队目前着手于地膜,王总认为可降解地膜存在一定的问题:与PE相比,其对水蒸气阻隔性不足,团队经过多年研究发现,尽管PPC树脂本身很难单独作为地膜材料,但其拥有对水蒸气的高阻隔性的特点,所以团队考虑能否利用其特点,将其作为阻隔性填充材料添加到PBAT/PLA共混料中,构成PBAT/PPC/PLA三元共混体系。解决三者的相容性问题是助剂研究者义不容辞的责任。第二个问题是老化时间短,紫外光照射易降解。团队正在研究能否通过选择一些紫外线吸收剂解决这个问题。

  团队目前在布局新的研究方向——塑料再生可回收助剂,怎样通过助剂使回收过程性能不降低或者少降低。目前最难的一点是惰性树脂,因其没有活性官能团。团队目前正在探究能否从共晶方面和动态共价键方面解决所遇到的问题。

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  团队目前已经形成从结构设计到合成研究再到理化表征,性能测试最终到工程化市场化,创新链上每一个环节都已经建立起来了。团队申请60多项专利,获得授权发明专利25项,获得省、市科技进步奖11项,国际先进水平的科研成果18项。将技术优势发挥到极致是团队始终坚持的理念,也是未来前进的方向。


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