走進(jìn)華南理工大學(xué)教授、黃埔綠色先進(jìn)材料技術(shù)研究院執(zhí)行院長(zhǎng)王朝的辦公室，記者被擺放在辦公桌上的一雙小白鞋所吸引。“這雙鞋子的鞋底材料來(lái)源于土豆、玉米，是生物基可降解橡膠，在土壤等微生物環(huán)境下可在短期內(nèi)分解降解，而在日常使用條件下能保持穩(wěn)定。”王朝說(shuō)。
為了把土豆、玉米變成生物基可降解橡膠，王朝及其研發(fā)團(tuán)隊(duì)傾注了近20年的心血，研發(fā)出具有我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物基可降解聚酯橡膠新品種，并使其從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線，為橡膠行業(yè)的可持續(xù)綠色發(fā)展作出貢獻(xiàn)。今年，他入選第四屆“青山科技獎(jiǎng)”。該獎(jiǎng)項(xiàng)由美團(tuán)于2021年發(fā)起，是資助青年科學(xué)家的公益性獎(jiǎng)項(xiàng)。
“從0到1”突破創(chuàng)新難題
王朝與生物基可降解橡膠研究結(jié)緣始于攻讀博士學(xué)位期間。2008年，他的導(dǎo)師、中國(guó)工程院院士張立群在國(guó)際上首次提出生物基工程彈性體的概念，希望通過(guò)土豆、玉米等原材料制備生物橡膠新材料，使其能應(yīng)用于工程領(lǐng)域。
這一看似天方夜譚的想法蘊(yùn)含著我國(guó)科研人員強(qiáng)烈的環(huán)保意識(shí)。輪胎、鞋底等傳統(tǒng)橡膠制品的降解周期長(zhǎng)達(dá)幾十年甚至數(shù)百年。此外，全球每年因傳統(tǒng)橡膠制品產(chǎn)生的磨屑污染超過(guò)600萬(wàn)噸，它們滲入土壤、地下水、湖泊和大海，有些被魚(yú)類吞食，最終進(jìn)入人體。而這些磨屑即微塑料的重要組成部分。2025年，一篇刊發(fā)在《自然醫(yī)學(xué)》上的文章首次確認(rèn)微塑料可在人體大腦中累積，并且其濃度在近年顯著上升。
“如果橡膠的磨屑落到土壤、水源后可通過(guò)微生物降解，就不會(huì)成為污染源了。”王朝介紹。他牢記導(dǎo)師的話——“用大宗的原料和簡(jiǎn)單的方法，做出最有用的東西”。以土豆、玉米為原料合成橡膠，原料來(lái)源豐富，且能快速再生。
“從0到1”的突破之路崎嶇不平。研發(fā)初期，生物基可降解橡膠研究在國(guó)內(nèi)外幾乎沒(méi)有任何文獻(xiàn)和技術(shù)可參考。“生物基可降解橡膠需要大量的聚合設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，但卻無(wú)法被直接使用；加入哪些‘配料’才能做成鞋底、輪胎等可降解橡膠制品？這猶如把面粉做成面包，需要獨(dú)特的配方和制造工藝，而且必須考慮環(huán)保的要求。”王朝回憶道，因此，他們只能不斷地探索、做實(shí)驗(yàn)。
無(wú)數(shù)次的失敗和難以發(fā)表的論文并沒(méi)有讓王朝失去初心。他毫不氣餒，最終突破橡膠傳統(tǒng)聚合工藝，成功合成出生物基可降解聚酯橡膠新品種。該橡膠的力學(xué)性能接近傳統(tǒng)橡膠，堆肥環(huán)境下3個(gè)月降解率超70%，可分解成水和二氧化碳。
生產(chǎn)出全球首雙可降解鞋
從一開(kāi)始，王朝就瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)化：“我的目標(biāo)是用基礎(chǔ)研究破解創(chuàng)新難題，加速產(chǎn)業(yè)化落地，解決橡膠污染的世界難題。”
如何找到有效的技術(shù)轉(zhuǎn)化機(jī)制和途徑？這一度困住了王朝。“我們實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)出的橡膠只是1、2毫米的小片，用來(lái)測(cè)試性能。但到工廠試生產(chǎn)后我們發(fā)現(xiàn)，鞋底厚度有時(shí)要求達(dá)到4、5毫米。因此我們需要根據(jù)市場(chǎng)產(chǎn)品要求來(lái)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，完善工藝。”他說(shuō)。
“工廠和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、環(huán)境不同，因此我們把工廠制作的材料帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，對(duì)比各種性能，一旦發(fā)現(xiàn)性能較弱的地方，馬上優(yōu)化配方，再返回工廠生產(chǎn)，不斷打磨才研制出理想的橡膠材料。”王朝說(shuō)。
由于實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)業(yè)化之間有距離，王朝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)著手攻克從小試到中試的技術(shù)難題。他們重新設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置，解決了放大生產(chǎn)過(guò)程中的一系列問(wèn)題，為生物基可降解橡膠的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了重要保障。
如今，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的數(shù)十種可降解橡膠新品種實(shí)現(xiàn)快速驗(yàn)證生產(chǎn)，可為下游企業(yè)提供定制化解決方案。“這就像我們?yōu)槠髽I(yè)提供和好的面團(tuán)，企業(yè)可以把它們?nèi)我庾龀砂踊蛘唢溩印！蓖醭f(shuō)。
歷時(shí)3年多，王朝也以生物基可降解聚酯橡膠材料替代傳統(tǒng)鞋底，生產(chǎn)出全球首雙可降解鞋。“我們選擇了與國(guó)內(nèi)品牌鞋企合作，預(yù)計(jì)今年將會(huì)在市場(chǎng)上陸續(xù)推出用我們的可降解橡膠生產(chǎn)的鞋。”他透露。
希望產(chǎn)品早日進(jìn)入百姓家
“我們花了近20年研發(fā)出生物基可降解橡膠并推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化，最終目的是希望能夠解決傳統(tǒng)橡膠引起的微顆粒污染問(wèn)題。”王朝說(shuō)。為了推進(jìn)綠色先進(jìn)材料技術(shù)開(kāi)發(fā)，2023年9月，王朝加入華南理工大學(xué)，并出任黃埔綠色先進(jìn)材料技術(shù)研究院執(zhí)行院長(zhǎng)。
研究院建設(shè)的全球首條千噸級(jí)生物基橡膠中試線今年即將投產(chǎn)使用，該條中試線具備多元化的產(chǎn)品生產(chǎn)能力，為兼容開(kāi)發(fā)多元化、差異化的新型生物基可降解橡膠提供了全球最先進(jìn)的硬件條件。
“我希望能盡快將可降解橡膠應(yīng)用于輪胎，努力解決輪胎磨屑污染問(wèn)題。”王朝說(shuō)，2021年，他已研發(fā)出可降解橡膠輪胎，但由于輪胎對(duì)橡膠性能擁有高要求，他仍在進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證工作。除了輪胎，他還希望拓展可降解橡膠的應(yīng)用領(lǐng)域，比如口香糖、生物醫(yī)用材料等。
回望近20年的研發(fā)之路，王朝坦言：“科研沒(méi)有捷徑，既然決定了要做的事情，就不要畏懼各種挫折。”
“我們下一步努力的目標(biāo)是進(jìn)一步確保產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。最為關(guān)鍵的是讓市場(chǎng)認(rèn)可我們的產(chǎn)品。”站在新的起點(diǎn)，王朝的工作已安排得滿滿當(dāng)當(dāng)，他的最大愿景是讓“用土豆、玉米制成的輪胎和鞋底”早日進(jìn)入尋常百姓家。
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