| 產學研合作 推動環(huán)氧樹脂活性稀釋劑產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展 |
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環(huán)氧樹脂活性稀釋劑系列產品是一類多品種多用途的精細化工產品，廣泛應用于國民經濟各領域和國防工業(yè)。國外上世紀50至60年代已開發(fā)出環(huán)氧樹脂活性稀釋劑系列產品，主要有烯丙基、丁基、辛基、C12-14 烷基等單縮水甘油醚、乙二醇、丁二醇等多縮水甘油醚系列，品種數量有幾十種之多。國內起步較晚，上世紀90年代開始重視環(huán)氧樹脂活性稀釋劑應用研究和產業(yè)化開發(fā)，雖陸續(xù)有多個品種面市，但品種不全，與國外相比質量有差距。南京林業(yè)大學朱新寶教授通過產學研合作，組成創(chuàng)新團隊，瞄準市場需求，立足自主創(chuàng)新，歷時十余年，取得了國內首創(chuàng)、產品性能達到國際先進水平的新成果，并取代了進口并實現批量出口，創(chuàng)造了顯著的環(huán)境效益、經濟效益和社會效益。
一個優(yōu)秀的團隊必然擁有一位優(yōu)秀的領軍人物，團隊帶頭人、博士生導師朱新寶教授長期從事化學(化工)專業(yè)的教學和科研工作，重點進行環(huán)氧化合物的精細衍生產品開發(fā)研究，分別對二元醇單醚及其酯系列、二元醇雙醚高級溶劑系列、封端聚醚系列、環(huán)氧樹脂活性稀釋劑系列高級溶劑與活性單體的清潔生產工藝技術進行了深入的研究。合作組建了多個產學研基地，分別建立了江蘇省醇醚工程技術研究中心、安徽省環(huán)氧樹脂及助劑工程技術研究中心;完成了20多個新產品和新技術的成果轉化，實現產值約50億元，利稅超10億元;發(fā)表了50多篇科技論文，主編教材1部;申報了41項中國發(fā)明專利(20項已獲授權);完成了18項省級科技成果鑒定，獲中國石油化工協(xié)會科技進步二等獎3項、三等獎1項，梁希林業(yè)科學技術獎三等獎1項，江蘇省科技進步二等獎1項，安徽省科技進步二等獎3項、三等獎1項，黃山市科技合作獎1項。
朱新寶教授十分重視科技成果轉化，在學校、學院大力支持下，發(fā)揮科研優(yōu)勢，與企業(yè)建立緊密的產學研合作關系，推進科技成果轉化。他以研發(fā)成果“環(huán)氧樹脂活性稀釋劑生產工藝”與安徽新遠科技有限公司進行產學研合作，將大專院�？蒲袃�(yōu)勢與企業(yè)設施設備、工程技術及資金優(yōu)勢充分結合，通過共同努力，凝心聚力持續(xù)創(chuàng)新，在不斷取得顯著成果的同時，安徽新遠科技有限公司也從一家小微企業(yè)發(fā)展成為國內最大的環(huán)氧樹脂活性稀釋劑生產企業(yè)，并先后被認定為高新技術企業(yè)和國家火炬計劃高新技術企業(yè)。
環(huán)氧樹脂活性稀釋劑是含有環(huán)氧基團的低分子環(huán)氧化合物，具有粘度低柔性好等特點，它們可以參加環(huán)氧樹脂的固化反應，成為環(huán)氧樹脂固化物交聯(lián)網絡結構的一部分，能促進環(huán)氧樹脂的流動性，降低固化物的收縮，提高固化物的韌性，主要用作環(huán)氧樹脂灌封料、澆鑄料、浸漬料、膠粘劑和涂料降粘等，應用領域廣泛，是重要的精細化工產品。但是傳統(tǒng)工藝生產該類產品污染較重。朱教授領銜的技術開發(fā)團隊，遵照循環(huán)經濟理念，以綠色制造為發(fā)展目標，開發(fā)出二步合成法清潔生產工藝，實現了環(huán)氧樹脂活性稀釋劑生產工藝的重大技術創(chuàng)新。他們采用特殊工藝，產品生產過程清潔，做到了基本無污染物排放，對保護環(huán)境和生態(tài)產生了十分有益的影響，順應當今社會對環(huán)保的要求，符合國家產業(yè)政策導向。先進技術工藝的應用和新產品的不斷開發(fā)，不僅改變了國內環(huán)氧樹脂活性稀釋劑品種單一、產品檔次及技術水平低、高端產品需從國外進口的現狀，而且填補了我國在環(huán)保型高端環(huán)氧樹脂活性稀釋劑產品產業(yè)化上的空白。
其中環(huán)氧樹脂活性稀釋劑重要品種之一C12-14 烷基縮水甘油醚就是朱新寶教授團隊與安徽新遠科技有限公司產學研合作的重要成果。C12-14 烷基縮水甘油醚沸點高、刺激性低、毒性小，含有活潑的環(huán)氧基可參與固化反應，有效地改善了操作與制品性能，除起到稀釋作用外還可使固化產物柔韌性增加，是傳統(tǒng)的丁基縮水甘油醚理想的替代品。國外生產 C12-14 烷基縮水甘油醚采用的工藝是 C12-14 醇與環(huán)氧氯丙烷在均相液體路易斯酸性催化劑作用下進行開環(huán)反應，生成 C12-14 烷基氯醇醚中間體;氯醇醚中間體與低濃度液堿進行閉環(huán)反應，反應產物分出飽和鹽水，精制得 C12-14 烷基縮水甘油醚。該項工藝開環(huán)反應使用均相路易斯酸催化劑存在較多缺點，如：加料時接觸空氣“冒煙”，對操作人員危害大;遇水敏感、失活，對原料含水量要求高;對生產設備腐蝕嚴重等等。同時，閉環(huán)反應生成飽和鹽水，分離反應產物后，用水稀釋再進行生化處理，排放雖能達標，但該飽和鹽水 COD 在30000mg/L 左右，生化處理負荷大，稀釋水用量多，不利于節(jié)能減排。
針對 C12-14 烷基縮水甘油醚生產工藝中存在的環(huán)境污染等缺點，“C12-14 烷基縮水甘油醚清潔生產工藝關鍵技術及產業(yè)化”項目團隊以天然的 C12-14 脂肪醇為起始原料，開發(fā)了具有自主知識產權的 C12-14 烷基縮水甘油醚二步法綠色生產工藝技術，并實現了技術成果產業(yè)化。
“C12-14 烷基縮水甘油醚清潔生產工藝關鍵技術及產業(yè)化”項目由南京林業(yè)大學與安徽新遠科技有限公司承擔完成，主要完成人有朱新寶、程振朔、朱凱、王芳、周孜、楊云、李大錢，其中教授2人、副教授1人、博士2人、工程師2人。
一、產品開發(fā)的總體思路
以天然的 C12-14 脂肪醇為原料，進行 C12-14 烷基縮水甘油醚綠色生產工藝技術開發(fā)。首先采用二步法工藝進行 C12-14 烷基縮水甘油醚生產工藝技術研究，開發(fā)新型開環(huán)反應高活性、選擇性好的固體路易斯酸催化劑，C12-14 醇與環(huán)氧氯丙烷進行開環(huán)催化反應，提高 C12-14 烷基氯醇醚中間體選擇性;再與 40% 以上高濃度氫氧化鈉在相轉移催化劑作用下進行閉環(huán)反應，制得 C12-14 烷基縮水甘油醚粗品，通過水洗、減壓蒸餾低沸物等精制處理，制得 C12-14 烷基縮水甘油醚產品。固體鹽通過飽和鹽水多次萃取、洗滌，可精制為工業(yè)用鹽;飽和鹽水采用熱泵蒸發(fā)技術回收鹽，從而實現 C12-14 烷基縮水甘油醚綠色生產。
二、形成的主要創(chuàng)新點
1.開發(fā)了環(huán)氧氯丙烷開環(huán)反應選擇性高的新型固體路易斯酸催化劑。新型固體路易斯酸催化劑選擇性好，加料方便，克服了常用的液態(tài)路易斯酸催化劑的毒性、對原料中水敏感失活、腐蝕性等問題。
2.將閉環(huán)反應與低成本副產鹽回收工藝有機結合，開發(fā)了高濃度堿閉環(huán)反應、固體鹽精制回收關鍵工藝設備。篩選出低毒季銨鹽相轉移催化劑，反應活性高;采用 40% 以上的 NaOH 進行閉環(huán)，副產固體 NaCl 多，飽和鹽水少;設計了閉環(huán)反應釜的高固鹽含量攪拌器，有利于閉環(huán)反應順利進行;設計了反應產物與固體鹽的飽和鹽水萃取分離系統(tǒng)，在閉環(huán)反應釜中方便地分離出反應產物;設計了固體鹽及鹽水送鹽精制回收系統(tǒng)，可低成本回收工業(yè)級 NaCl。
3.開發(fā)了飽和鹽水熱泵蒸發(fā)及有機物回收利用技術。該飽和鹽水有機物含量約為 3%，在熱泵蒸發(fā)濃縮過程中不斷積累，定期排放，排出的濃縮液含有機物 30%，水 50% 左右，其它為鹽。該有機物富含羥基(570mgKOH/g)，采用一步法工藝，與環(huán)氧氯丙烷、氫氧化鈉進行反應，精制處理制得環(huán)氧化合物，可用作防腐涂料。
4.開發(fā)了較高含鹽廢水生化處理系統(tǒng)。生產工藝中含鹽污水的鹽含量為 5000 ～ 6000mg/L，項目組開發(fā)了具有自主知識產權的耐鹽菌種以及耐鹽菌種培養(yǎng)和加料系統(tǒng)，在送循環(huán)經濟園污水處理系統(tǒng)前，通過厭氧、好氧等生化處理，使廢水 COD 小于 150 mg/L。
三、應用推廣及效益情況
在創(chuàng)新小試研究工藝基礎上，項目組以 600t/a縮水甘油醚中試生產裝置為擴試研究平臺，進行清潔生產工藝技術擴試研究，建立了 3000t/a C12-14烷基縮水甘油醚生產線。同時不斷進行產業(yè)化清潔生產關鍵技術再創(chuàng)新，其間生產過程穩(wěn)定，產品質量高，至 2016 年 底實現銷售收入8.72億元，利稅1.28億元。C12-14 烷基縮水甘油醚產品可替代進口，緩解了我國對高端活性稀釋劑類產品的迫切需求，帶動和促進了涂料、電子化學品和膠粘劑等領域的產品向高檔化、環(huán)保型的高層次技術方向發(fā)展，產品批量出口至東南亞、西歐和美國，得到了國外客戶的好評。
此項目是根據國家政策導向，瞄準市場需求，通過產學研合作，自主創(chuàng)新取得的成果。該清潔生產技術為國內首創(chuàng)，產品性能達到國際先進水平，取代了進口并實現出口。通過使用高濃度氫氧化鈉原料副產固體萃取鹽精制處理、熱泵技術蒸發(fā)飽和鹽水回收副產鹽，以較低成本消除了副產鹽對環(huán)境的影響，實現了清潔化生產，具有顯著的環(huán)境效益、經濟效益和社會效益。
朱新寶教授代表南京林業(yè)大學與多家企業(yè)進行了緊密的產學研合作，不斷實現科技成果轉化，推動產業(yè)創(chuàng)新，對我國環(huán)氧樹脂活性稀釋劑產業(yè)的快速具有深遠意義。
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