20多年努力，做中國人自己的聚乳酸生產線

聚乳酸樹脂。

聚乳酸制作的餐具。

陳學思（左）在聚乳酸生產線出料間作技術講解。

聚乳酸生產車間。

聚乳酸生產廠房。長春應化所供圖

■本報記者 溫才妃

灰藍色的海面上，一船船“洋垃圾”在汽笛聲中進入中國海域。海邊的小鎮上，紅色、藍色、綠色的塑料飲料瓶密密匝匝，像小山一樣堆起來。

從20世紀80年代起，中國曾有20年備受“洋垃圾”困擾。單是塑料垃圾，我國的輸入量就占全球的70%。廣東、浙江是接收“洋垃圾”的大省，當地許多居民靠拆解洋垃圾過活，鎮上的河水、井水也因此變成黑水。

在報紙上看到“洋垃圾”的新聞時，還在美國賓夕法尼亞大學從事生物物理與生物化學專業博士后工作的陳學思心痛不已，想通過自己的科研工作，為祖國消除“洋垃圾”中的“白色污染”盡一份力。

1999年，陳學思歸國加入中國科學院長春應用化學研究所（以下簡稱長春應化所）。通過20多年的不懈努力，他離自己當時設定的科研目標越來越近。

1一拍即合，做中國人自己的聚乳酸生產線

陳學思面前的白驊不太像“大老板”，身為浙江海正集團董事長的他背著一個小包，出差連助理都不帶。陳學思被他干事的魄力吸引了。

而白驊眼中的長春應化所研究員陳學思，思維活躍、衣著簡單，絲毫沒有“派頭”，與刻板印象里的科學家相去甚遠。

1999年10月，在時任長春應化所副所長董麗松的牽線下，兩人一見如故，聊了很久。他們聊的話題是一種“明星”環保材料——聚乳酸。它看起來就像一顆顆晶瑩、略發白的米粒，與普通的塑料顆粒并無二致。可就是它，把“從自然中來，到自然中去”的特性發揮得淋漓盡致，從源頭上切斷了一次性包裝塑料帶來“白色污染”的可能性。

聚乳酸是一種綠色塑料，取材自玉米、木薯、纖維素等，在一定化學工藝下變為樹脂原材料，可制成吸管、餐具、地膜、手術縫合線、骨釘、骨板等。將它們埋在土里或嵌入人體，經過幾個月到幾年時間，便會降解為小分子，最終成為水和二氧化碳，消失得無影無蹤。而且，其生產過程排放的二氧化碳量僅為傳統塑料的一半甚至更低，對環境、人體影響甚小。

這樣的“明星”環保材料誰不渴望得到？然而，在科技發展史上，科研人員竟一次次與它擦肩而過。

1913年，法國科學家通過縮聚方法首次合成聚乳酸，但其產量低、分子量小、力學性能差，幾乎沒有實用價值。

1932年，美國杜邦公司科學家卡羅瑟斯間接制備出高分子量的聚乳酸。然而，他想得到的是一種高熔點、具有出色耐久性的聚酯纖維材料，因此聚乳酸被過早放棄。

直到1962年，美國一家公司發現用聚乳酸做成的手術縫合線可被機體吸收，才正式打開了聚乳酸的醫用大門。

從此，聚乳酸就像一顆冉冉升起的新星，備受科研界、環保界、資本界矚目。這其中就包括一拍即合的陳學思、白驊。兩人志向不小，“我們要做中國人自己的聚乳酸生產線”。

白驊此前找過不少大學、研究機構，可幾乎每次都無功而返。問題的關鍵在于，聚乳酸的單體丙交酯當時在中國沒有人能做出來，更不用說下一步的聚合了。遇到陳學思，他算找對了人。

2000年，陳學思帶領課題組開始進行產業化技術開發。合成高分子量聚乳酸的關鍵是除去反應過程中的水分，而乳酸聚合過程卻會釋放出水分子。產業界的通行做法雖然可以徹底除去水分，但無法做到高效合成丙交酯，這一難題制約了整個聚乳酸產業鏈的發展。

低聚乳酸的分子量多少合適？裂解溫度多高？如何防止裂解結焦？能否把裂解產率提升至90%以上？裂解殘渣如何高效回收利用？這些問題始終困擾著研發人員。

經過3年摸索，陳學思帶領團隊篩選百余種催化劑、探索上千種實驗條件，提出了具有工業化前景的技術總體方案，使丙交酯的產量從幾克達到幾十克、幾百克，產率達到95%以上，實現了百克級丙交酯的穩定制備。這是中國在生物可降解塑料領域邁出的關鍵一步，為生物可降解塑料的產業化奠定了堅實的基礎。

21世紀初，丙交酯1公斤市場售價為1萬元左右，即便如此高價，市場上依然供不應求。長春應化所實現了丙交酯國產化、填補國內空白后，丙交酯的價格一下子“被打了下來”，如今1公斤僅售15元左右，與當初的萬元天價相差數百倍。

2允許失敗，挑戰“不可能完成的任務”

邊新超是陳學思團隊的第一名成員。2000年，陳學思推著自行車把他接到了所里。

邊新超回憶說，21世紀初，化工界的口號是，石油只能再用50年，煤炭只能再用100年，急需生物基材料、生物降解材料進行替代。但當時市場對這類材料的接受度仍然不高，大多數企業持觀望態度。

陳學思最初瞄準的是文具市場。邊新超扛著一個裝著原材料的麻袋，去了浙江寧海一家知名文具廠。他當場用注塑機做了一把聚乳酸尺子，老板夸了一句“東西真好”，就再也沒有下文了。

2003年，把實驗室內的工藝條件基本摸索清楚后，陳學思又派邊新超到浙江省臺州市建設30噸中試生產線。那一年是邊新超工作的第三年，他帶領的8人團隊中，部分同事比他還要年長、有經驗。

從實驗室技術到產業化技術，中間過程絕不是簡單放大。在很多科研人眼中，這一環節最艱難。當時的臺州天氣悶熱，車間溫度達50℃，技術人員極度疲勞。為了激勵自己，邊新超把手機鈴聲設置成了電影《碟中諜》的主題曲《不可能完成的任務》。

陳學思的父親陳文啟是長春應化所的研究員，也是搞合成研究的能手，退休后返聘加入聚乳酸研發團隊。為了順利完成中試，當時年近80歲的“老陳老師”特地去臺州指導生產，一待就是半個多月。

邊新超最擔心的是示范生產線出問題，可是怕什么來什么。2007年2月，示范生產線突然因不明原因停工，管路堵塞、找不到堵點。“每天相當于燒掉一輛帕薩特”，這樣的狀況整整持續了3個月。

“快倒閉了吧？”在食堂吃飯時，有人揶揄道。

雖然陳學思、白驊一次次鼓勵自己“不要退縮”，可眼看真金白銀不斷往里投，邊新超的內心久久不能平靜。將所有設備檢查了一遍又一遍后，他發現真空度下降得厲害，懷疑是齒輪泵漏氣導致了失敗。來不及多想，他和同事趕緊把重約300斤的齒輪泵拆下來抬上了大巴。邊新超獨自一人坐了一天一夜的長途車來到河北滄州，找到廠家，終于發現了問題所在，并快速拿出了解決方案。

那陣子，大家都覺得邊新超的舉止有些怪異，總是用手捂著臉。原來在一次試車中，邊新超發現工人排料操作不當存在生產風險，于是搶先一步關閉閥門，可是部分高溫熔體還是噴濺出來，落到地面又彈起來，把他的臉和手都燙傷了。彼時，邊新超剛結婚4個月，他不敢告訴妻子，怕她擔心，更怕她把自己叫回去。

就是通過這樣忘我的努力，長春應化所與企業終于在2007年建成了5000噸/年產能的示范線。這是國內第一條聚乳酸示范線，也是全球第二條聚乳酸生產線。

其間還有一個小插曲：原本對我國技術保密的日本帝仁株式會社，看到陳學思團隊的成熟樣品后，徹底公開了中試生產線的工藝。

2015年，陳學思團隊在進行技術改進的同時，把這條生產線擴產至1.5萬噸/年，使得這項技術真正成熟。

至此，長春應化所幫助企業首次在國內實現了萬噸級聚乳酸穩定生產，2004年到2015年累計產值超過10億元。隨著中國的加入，美國、中國、歐洲在全球聚乳酸行業形成了三足鼎立的態勢。

3迭代升級，拿捏聚乳酸的“小脾氣”

用聚乳酸制作的杯子一般用手掰不斷，但從桌面掉到地面卻極有可能被摔碎。用聚乳酸制作的運動T恤，抑菌、抑制汗臭的效果好，但由于可降解性強，腋下總是最先破口……早期的聚乳酸產品的確存在各種問題。

面對方方面面的挑戰，團隊始終堅持工程化與基礎研究“兩條腿走路”。

化學制品的生成離不開催化劑。之前設計催化劑的思路是，讓它擁有所需要的所有活性位點，但這樣往往導致活性位點數量不夠多，催化效率很低。

有一天，團隊成員、長春應化所研究員龐烜突然從電視劇中的狙擊小分隊獲得科研靈感，激動得直拍大腿：“狙擊小分隊由一名狙擊手、一名觀察手、一名隨隊負責警戒保衛的步槍手組成，大家各司其職。借用到催化劑活性位點上，就是把1個活性位點變成3個，一個負責把單體吸引過來，一個負責把環打開，一個負責把它接上鏈，這樣效率一下子就上去了。”

陳學思向來鼓勵有科學依據的奇思妙想，這一次也不例外。大家說干就干。

一開始合成確實困難，龐烜反復試驗，不僅要使3個活性位點之間的距離合適，而且要證明它們確實能按照預期各司其職、分工協作。隨著問題被逐一破解，實驗結果讓龐烜十分驚訝——效率提升遠不止之前估計的3倍，而是200倍！

改進催化劑的直觀效果就是，將聚乳酸的熔點做到全球最高，可達179℃，這非常接近理論上的最高溫度。過去聚乳酸制造的嬰兒奶瓶，連一次蒸汽消毒都扛不過去；改進催化劑后生產的聚乳酸耐熱溫度升至120℃以上，制成奶瓶后進行蒸汽消毒完全不在話下。

針對聚乳酸產品不耐摔的問題，團隊通過提升缺口沖擊強度，把聚乳酸杯子的韌性提升了30倍，穩穩當當通過了1.5米跌落試驗。

“在聚乳酸使用壽命方面，通過加入抗水解劑，我們做到了聚乳酸壽命長短可控。”團隊成員、長春應化所研究員劉焱龍表示。

地膜保水、增溫、除草，在我國大面積推廣使用。過去6微米以下的超薄地膜被疾風一吹便成了白條條，回收難度極大。通過控制可降解的速度，聚乳酸地膜3到6個月內便會自動消失，無須動用大型拖拉機專門回收。汽車后視鏡等塑料配件的使用周期一般是15年，聚乳酸原本達不到這么長的壽命，但團隊經過努力，將這一不可能完成的任務變為現實，有望減少大量汽車報廢后的污染。

2019年1月，中國石油和化學工業聯合會組織的專家組鑒定認為，長春應化所團隊研發的“萬噸級聚乳酸產業化成套技術及系列產品開發”整體技術處于國際領先水平。

該團隊突破了聚乳酸產業化過程中的系列關鍵技術，獲授權中國發明專利46件，開發了乳酸低聚、裂解、丙交酯聚合3種高效催化劑，研制了導流筒臥式乳酸脫水、低聚乳酸膜式裂解、塔式丙交酯聚合反應器等關鍵設備，開發了高效的聚乳酸成核劑、增容劑、擴鏈劑等助劑，突破了系列改性和加工關鍵技術，產品具有優異的耐熱和力學性能。

4不惜代價，一定要做好產業化

作為一個強政策驅動的產業，究竟政策頒布與聚乳酸產業發展是“先有雞后有蛋”，還是“先有蛋后有雞”？

2015年，吉林省在全國范圍內率先頒布禁塑令。隨后，海南、河南等多個省份紛紛頒布禁塑令。2018年，我國全面禁止進口固體廢物，國外向我國傾銷“洋垃圾”的時代徹底結束。

禁塑令、“洋垃圾”禁令執行后，“可消失的塑料”——聚乳酸一度供不應求，單價從每噸1.8萬元飆升至4萬元。找邊新超要材料的廠商，可謂絡繹不絕。有人羨慕他們，“不用干別的，光倒騰原材料就可以實現財富自由”。陳學思聽了，只是笑笑：“這種事情，我們不會去做，也不能做。”

隨著碳減排、碳中和等理念和政策的提出、實施，陳學思篤信綠色環保是大勢所趨，同時也對團隊的科技創新成果非常有信心：“這一次，我們一定不能受制于他國。”

2021年，邊新超再次領命，去安徽蕪湖創辦普立思生物科技有限公司，一期項目7.5萬噸乳酸和5萬噸聚乳酸連續生產線已穩定投產，產品應用于一次性吸管、一次性紙杯、生物降解膠帶、無紡布等領域，下一步將朝著國家制定的30萬噸聚乳酸目標進發。

在聚乳酸的高端應用上，在長春蓮花山產業園，陳學思一口氣布局了可吸收敷料、鼻腔止血材料、可吸收縫合線等六七個醫用產品，一期廠房建設已完成、設備正在安裝，預計2024年內陸續投產。

一步步走來并不容易。“產業化驗證階段最需要經費支持，可此時外界對項目往往有諸多質疑，導致最需要經費時卻拿不到，讓人很頭疼。”陳學思說。

陳學思為在中國科學院工作而感到幸運。在聚乳酸順利產業化過程中，長春應化所每年持續提供的項目經費、中國科學院“科技服務網絡計劃”以及科技部、吉林省多個專項的支持，都為成果轉化提供了堅強保障。

“一定要做好產業化。”陳學思內心篤定。從小目睹父親為顯影劑、合成橡膠、尼龍-11等項目產業化不斷忙碌的陳學思，決心繼承包括父親在內的老一輩科學家的優良傳統，懷著家國情懷帶領團隊接續奮斗，為中國創造一個更加綠色的未來。

（原標題：為了中國的“可消失塑料”）

《中國科學報