全球高分子材料市场规模超2万亿美元,其中,塑料制品是高分子材料市场中最大的应用领域,占据约60%的市场份额。
然而,我国用于高分子材料的助剂,因其性能指标差异,且含有铅、镉、砷等重金属元素,不仅不能满足高端用户需求,还会造成不同程度的环境污染。而进口助剂虽绿色环保却价格昂贵,又为下游用户增添了成本负担。
稀土是我国重要战略资源,稀土高分子功能助剂具有绿色环保、相容性好、成本低、高效等优势,是实现高分子材料高性能化、精细化、功能化、专用化和系列化的有利材料;稀土高分子功能助剂以拓展镧铈轻稀土应用为出发点,响应我国新材料产业发展高要求,是集原材料催化合成、高分子改性、产品制造于一体的新型产业。
基于此,经过20余年的深耕探索,包头稀土研究院创新研究团队负责人、全国高分子材料领域专家曹鸿璋带领团队开辟了稀土在塑料、橡胶、涂料等高分子材料中作为功能助剂应用这一全新领域。曹鸿璋团队利用稀土化合物独特的物理、化学特性,通过结构设计引入高分子材料助剂,提高助剂与高分子材料基材的相容性、分散性和功能性, 成功开发出稀土热稳定剂、稀土复合阻燃剂等多种高分子材料用稀土功能助剂,不仅有效解决我国镧铈轻稀土过剩积压、应用不平衡难题,还打破了同性能产品长期依赖进口的局面。
但在研发过程中,团队掌握核心技术并非一蹴而就。
曹鸿璋说,为了解决聚氯乙烯(PVC)热稳定性差的缺点,团队做了大量实验进行性能指标比对,研发出了符合欧盟RoHS指令及REACH法规要求的绿色环保PVC稀土热稳定剂,解决了稀土稳定剂初始稳定性差难题。研究成果经内蒙古自治区科技厅组织专家鉴定,达到国际先进水平。
该团队还利用镧铈稀土协效改善高分子材料耐热性能和抑烟性能的优势,发明了适用于不同橡塑制品的稀土复合阻燃剂制备技术,目前已完成了从小试到中试再到工业试验的全过程验证。经第三方成果评价机构组织院士专家评价,达到国内领先水平。
针对聚乳酸(PLA)硬且脆、耐热性不佳,以及高端助剂仍依赖进口的“卡脖子”问题,曹鸿璋团队发明了特殊形貌和粒度的系列无机稀土化合物制备方法,形成了系列稀土聚乳酸功能助剂关键制备技术,经第三方成果评价机构组织院士专家评价,达到国际领先水平。目前,以上研究成果已全部得到应用,均成功实现产业化。
“一路走来,科研项目得以顺利开展,除了研发人员的攻坚克难、不懈努力,更离不开各级政府在资金、场地等方面的大力支持。其间,为了加速科技成果转移转化,我们还建设了一条年产5000吨稀土复合稳定剂的中试生产示范线,孵化了内蒙古自治区首家国有企业股权激励科技公司。”曹鸿璋表示。
为打通成果转化落地“最后一公里”,将项目研究成果转化成实实在在的经济效益,曹鸿璋还积极推动制造模式和商业模式“双创新”,面向个性化、定制化消费需求,实施“一包化技术定制”模式,提供一站式技术服务,先后在华南、华东、华北地区等几十家企业做连续生产工业试验,认真整理反馈信息进行技术改进,促进产品精益求精。目前,已与十余家应用单位建立了供货关系。
“积跬步,行千里。在当前稀土行业供需格局重塑和高质量发展的迫切需求下,我和团队将一起攻坚克难,在推动自身技术升级的同时,积极布局新领域、开发新产品,推动稀土产业链向终端应用延伸,在稀土高分子材料科研领域不断创造新的奇迹,为包头‘两个稀土基地’建设贡献新的力量。”曹鸿璋说。