(来源:中化新网)
近日,由四川大学王琪院士团队牵头,金发科技作为主要完成单位参与的“塑料废弃物低碳高质回收再制造关键技术及应用”项目,荣获2025年度国家科学技术进步奖二等奖。该项目构建了从“塑料废弃物”到“高品质再生材料”的全链条技术体系,解决了再生塑料杂质去除不彻底、性能衰减快、应用领域受限等核心技术瓶颈。应用该技术生产的再生塑料,在特定品类、关键性能和目标应用上达到或接近原生料的品质标准,被广泛用于汽车、家电、高端包装等对材料性能要求严苛的领域。
欧洲工程院院士、俄罗斯工程院外籍院士、金发科技首席科学家李建军博士在接受《中国化工报》记者采访时表示:“这是金发科技第五次获得国家科学技术进步奖。我们感到非常振奋,也深感责任重大。获奖不是终点,而是新的起点。”
主动出击破解塑料困局
“塑料本身是一个性价比很高、应用范围很广的人造材料。”李建军介绍说,“塑料诞生至今不过150年,1950年全球产量仅200万吨,到2024年已增至4.3亿吨。我国每年废塑料回收量超过4000万吨,但回收率仍不足30%。大自然尚未进化出能够高效降解塑料的微生物,我们人类就要主动对它进行处理,解决塑料污染问题。”
谈及获奖成果的意义,李建军将其概括为“三个转变”。
第一个转变是从“末端处置”转向“全链条高质循环”。过去废塑料回收更多解决的是“有没有地方去”的问题,很多材料只能降级使用,甚至焚烧或填埋。项目把智能识别、精准分选、绿色清洗、性能修复、结构调控、再制造和高端应用贯通起来,提升的不只是回收量,更是回收后的材料品质和价值。
第二个转变是从主要处理相对洁净、组分单一的热塑性废料,拓展到覆盖单材型、共混型和交联型三大结构类型。共混塑料组分不相容、黏度不匹配,交联塑料不熔也不溶,长期以来都是传统熔融再生技术难以解决的问题。项目采用固相剪切碾磨、可控解交联、界面调控、功能化改性等方法,使一批过去“难分、难熔、难用”的废弃塑料重新具备加工和应用价值。
第三个转变,是从“低值替代”转向“高性能材料再制造”。项目形成的再生材料已进入汽车、家电、新能源等对材料性能要求较高的领域。“这意味着再生塑料不只是原生料的低端补充,也能够通过科学的质量控制和性能重构,成为稳定、可靠的工业材料。”李建军补充道。
多维攻关实现料尽其用
“废旧塑料再利用主要有四大痛点。”李建军继续介绍道,首先是“分不开、难再生”,废旧塑料来源广、品种多、混杂程度高,外观相近的材料化学结构可能完全不同,比如聚丙烯和聚乙烯看似相近,实际上很难分离;再比如交联型热固性塑料既不溶于溶剂,加热也无法熔融,传统热塑加工路线基本失效。
其次是“分不准、难纯化”,分选精度不足,导致杂质多,很难纯化,进一步导致再生料纯度降低。
再次是“洗不净,污染大”,废旧塑料含有油墨、热熔胶、油污以及金属杂质,清洗不干净,会影响再生料的气味、颜色和加工稳定性等,若采用强酸强碱等粗放处理方式,又会产生二次污染。
最后是“性能差,难修复”,经过长期使用和多次加工,即使是单材型废料也会面临分子链损伤、性能衰减,简单熔融造粒难以重回汽车、家电等高要求领域。
针对这四大痛点,项目构筑了废旧塑料智能识别、精准分选、绿色清洗、品寿分级、梯级再生到高质化应用全流程的完整闭环技术体系,逐步达到了“分得开、分得准、洗得净、修复好、应用好”的效果。
分得开、分得准。利用近红外、静电、磁力、重力等多种手段外场协同进行智能识别和精准分选,开发AI智能分选装备可识别分选17种塑料,处理能力达到3.58吨/时,分选纯度超过98.44%,分选成本降低67%。
洗得净。采用机械能、热能和化学能协同的绿色清洗工艺,以及用生物基清洁剂替代传统方法使用的强酸强碱,金属杂质含量低于0.02%,单位能耗降低33%,单位水耗降低20%。
修复好。李建军用一个形象的比喻解释老化的本质:高分子链就像人手牵手,用久了链就会松了、断了,塑料的强度和韧性就垮了。同时,废旧塑料里还有大量自由基,加速材料进一步老化。
团队针对“病因”开出了三道药方:自由基清除——把捣乱分子抓走,端基扩链和熔融增黏——把断裂的分子链重新接上并加固,三级高真空脱挥和定向去味——把异味和挥发性有机物(VOCs)抽干净。修复后,汽车用再生材料的VOCs排放比现有技术降低30%,气味等级达到大众汽车内饰材料标准的3.5级要求,再生聚丙烯经150℃高温、1000小时热老化后,拉伸强度保持率仍达到国际同类产品领先水平。
针对共混型和交联型废料,项目通过固相剪切碾磨实现室温超细粉碎和快速微纳分散,就像用石磨磨面粉,把交联型废料变成微米级、纳米级粉体,再结合固态拉伸、旋转挤出和界面调控实现结构重构。原本难以利用的废弃风电叶片,可制成高活性粉体用于制备电气绝缘件,碳足迹降低49%。
应用好。项目团队开发了模拟老化实验,可更快评估塑料剩余寿命和性能,为后续分级利用提供了依据。“避免好料低用、差料高用,做到料尽其用。”李建军强调。
多方合力共筑产业链条
该项目采用“国家重大需求牵引、高校原创技术策源、龙头企业工程放大、产业链联合验证”的产学研协同模式,实现从基础研究、装备研制、产品开发到示范应用的共同迭代。
四川大学王琪院士团队负责基础原理和核心技术,在固相剪切碾磨理论、功能化改性等方面做了大量原创性工作。金发科技协同提出项目总体思路,主导创制多项工业化技术和智能装备,同时发挥企业优势,把实验室成果转化为系列高性能环保再生塑料,推向新能源、汽车、家电等行业。项目联合单位在各领域积极推进产业化应用:利用废弃橡塑粉体开发防水材料,用于北京大兴机场、福清核电站等重大工程;将废弃人造草坪再制造为木塑产品,出口到70多个国家和地区。
“产学研合作成功的关键,是技术和市场两端同时发力。”李建军指出,“高校解决‘原理上能不能’,企业解决‘生产线上稳不稳、成本上行不行、客户愿不愿意用’,产业链伙伴共同完成长期验证,只有这样,科技成果才能真正形成生产力。”
面向2030年,生产绿色塑料、回收废旧塑料、生产再生塑料的“三个100万吨”目标已写入金发科技的碳战略蓝图。李建军告诉记者,绿色转型从来不是一家企业的独角戏,而是一场串联回收端、装备端、材料端、制品端与品牌端的系统工程。这条更低碳、更智能、更开放的循环之路,能走多远,取决于产业链上每一双手的合力有多大。