尼龙教授刘民英赓续工塑室强韧耐磨科研精神

题记:刘民英教授出生于年,是国内高性能尼龙方面的专家,现任中国石油和化工行业高性能尼龙工程塑料工程实验室主任、河南省先进尼龙材料及应用重点实验室主任。他自年进入郑州大学化学系开始,就一直从事高分子材料合成、高分子结构与性能关系等内容的学习和研究。在中国“九五”科技攻关时期,其所在的研究室实现尼龙材料重大突破,赢得国际瞩目。

刘民英教授

良师益友薪火相传

高性能尼龙工程塑料生产技术,是团队成立以来三代人、40年余来坚持国家战略导向,持之以恒辛勤耕耘的结果。自上世纪60年代开始,把握工程塑料前沿方向,李相魁教授就开始了长碳链尼龙的研究开发工作,并以蓖麻油为主要原料合成长碳链尼龙11,且于年在校办工厂建成了年产10吨的中试装置。年,在李相魁教授的领导下,郑州大学工程塑料研究室正式成立,聚焦于生物路线制备尼龙类工程塑料的研发,这是(原)郑州大学最早的两个研究机构之一,在郑州大学颇有影响。

良师益友,薪火相传。年轻的刘民英老师在郑州大学化学系的学习过程中,逐步显露出追索化学新领域的兴趣。高分子化学作为一个年轻的学科,高分子材料在航空航天、交通运输、电子电器等多个国家关键科研领域的发展都与其密切相关。刘民英对这个新兴领域的兴趣与日俱增,再加上对李相魁教授的敬仰,他选择了拜在他门下读研深造。李相魁的两位研究生赵清香和刘民英接过老师的接力棒,相继作为实验室带头人带领团队在传承不断发展,深耕新型特种工程塑料的开发与应用研究。刘民英最终将自己愿意长期呆在郑州大学的理由归于他所进入的团队,“我们研究室的团队的氛围很好,团结、互助、进取、包容。大家聚在郑大,都是一个目的,要努力地做好科研、教学,不搞其他东西。”刘民英希望将这个良好的传统和良好的团队氛围继续传下去,“我们实验室有许多来自国内外著名大学的同事也有我们郑大自己的学生学成后回到这里。除了良好的科研平台,面向国家重大需求的科研方向,大家更看重的也是最珍惜的就是我们研究室的品格和团队精神。这是我们能够长期在一起做事、做成事的基础,我们不能破坏她,更不能失去她。”

40余载研究岁月倏忽而过,该研究室早已果实累累:获得过国家发明奖、科技部-杜邦科技创新奖、“九五科技攻关表彰奖、河南省科技进步一等奖等奖励,承担了国家重点科技攻关、国家“计划”和重点研发及大型横向等科研项目20余项。

工程塑料研究室团队照片

路漫漫其修远兮其将上下而求索

由刘民英教授主持完成的“长碳链及耐高温尼龙生产技术”,与上海中能企业发展集团山西恒力新材料有限公司签订合同,实现专利技术成功转移,转让费万。团队长期从事尼龙工程塑料的合成、结构与性能关系的研究,近十年围绕耐高温聚酰胺的生产全流程(成盐技术、聚合技术、装备设计)申请了一系列的专利保护,形成了一整套的独有知识产权,为我国实现耐温尼龙这一关键材料的国家安全提供了重要保障。

技术转移合同签订仪式现场

尼龙类工程塑料的特点是强度高、有韧性而且特别耐磨,即强韧耐磨,是高分子材料里最耐磨的材料之一。强韧耐磨是尼龙的特性,也是工程塑料实验室精神的最好写照。

工程实验室

年之前,国内还没有具有优异耐低温、耐油、耐磨、尺寸稳定的长碳链尼龙品种,需要大量进口,价格昂贵。李相魁教授带领团队自上世纪60年代率先在国内踏上了长碳链尼龙合成技术开发的漫漫征程。在这项研究最不被看好的时期,这个团队几乎被断绝了资金供给。没有休假,不见进展,交通工具与实验室成为其比家还熟悉的环境。

路漫漫其修远兮,其将上下而求索。对那段回忆起条件艰苦的研发岁月,刘民英用一种乐观幽默的语言调侃道:“这就是我们尼龙人的强韧耐磨啊!”苦尽甘来,艰难也成了难忘的怀念。彻夜不眠的思考解决方案、兴奋的相互交流过程、研发出成果时的自豪是他提及最多的东西。在咬牙坚守中,研究室最终开发成功了采用生物发酵二元酸合成长碳链尼龙的新技术。年,郑州大学工程塑料实现了长碳链尼龙的工业生产,开创了尼龙生产新时代。

刘民英谈及自己坚持科研攻关这么多年的原因,将其归功于成就感,成就感的获取让人心神陶醉。他始终认为做科研最重要的是兴趣,“你得喜欢它,愿意为它坚持,做出来成果后才会有愉悦感。做科研,要自愿,要有兴趣,要快乐,你才能坚持下去。”

实验室照片

苟利国家生死以岂因困难避趋之

尼龙材料是“我国五大工程塑料唯一一个具有自主知识产权的新材料,同时也是世界上第一个工业化生产的双号码长碳链尼龙品种”。在此之前,我国长期使用的是尼龙11和尼龙12材料,因其被国外垄断只能高价进口。尼龙的问世为刘民英所在的团队带来了接踵而来的邀请和交流机会,也为其成果对接到了更精准的转化途径。现在,该团队的发展从原先四处碰壁变成了现在业内自发找到他们来寻求解决方案的良好局面。该团队从原先四处碰壁转变成了业内自发找来的良好局面,郑州大学特种尼龙研究在国际上占有一席之地,已成为业内共识。

在研究开发过程中总会遇到很多问题,技术问题、基础理论问题、应用问题等,差一点点解决不了,就过不去一个坎。从技术突破到产业化发展,科技创新成果转化中高校和企业的衔接就是个重要关卡。企业以盈利为目的,很难相信一个实验室产品能带来可观效益。刘民英深刻地记得,实验室合成尼龙之后,要找企业投产,很多企业因没有先例而不愿意合作。第一次找企业合作,团队在全国各地找了几十家才有一家企业愿意一试。

目前我国长碳链尼龙已有万吨级的生产规模,形成了完整的产业链,拥有全部知识产权,而且技术路线更经济,效率更高,性能更好,完全可以替代美国、德国、日本、瑞士的尼龙11和尼龙12,迫使海外尼龙材料价格断崖式下跌。

谈起技术突破,刘民英极其自豪。团队开发出了全世界第一套直接固相聚合工业装置,从技术、原料、装备全部自主可控,完全实现国产化。“我们既做面粉,还做面包、还轧面条、炸油条……从原材料的合成到成型、加工、应用,我们基本上全覆盖。”刘民英说。

尼龙合成工艺是郑大工程塑料团队的关键性创新点。用对苯二甲酸和二元胺发生反应,就得到耐高温尼龙单体,再将单体聚合,就得到了耐高温尼龙。这样看似简单的步骤,实则蕴含了高深的科技。团队从年到年,历时五年,才解决了高品质尼龙单体制备的技术难题。合成单体的制备解决了,但由于这种尼龙聚合物的熔体粘度很大,反应过程中总是在反应器壁上粘厚厚一层,工业上没法实施。为了解决这个问题,国际上通常采用两步法,先把它做成低粘度的预聚物,然后通过固相后聚合几十个小时把分子量提上去。工程塑料团队独辟蹊径,用尼龙盐直接进行固相聚合,从盐粉末到聚合物粉末,这种固体到固体的聚合反应,投入是尼龙单体,产出就是尼龙聚合体,彻底解决了工业上的大难题,而且把两步反应变成了一步反应。从两步法到一步法,耐高温半芳香尼龙生产工艺显示出极为显著的优越性。一种高粘度耐高温尼龙,如果用之前的技术方法做,从原料投进去到产品产出需要多个小时,用新技术做只需12个小时,而且效率更高、能耗更低,强度更高、品质更好。而在研发过程中,把两步改成一步,仅仅这一步跨域就历时16年——年开始研发,年投产。不过,一产出就是千吨级。

在“六五”和“九五”国家重点攻关项目、“十二五”国家、“十三五”国家重点研发计划、河南省重大科技专项等项目的支持下,郑州大学工程塑料研究团队面向国家重大需求,坚持不懈、持之以恒,解决了长碳链尼龙和耐高温尼龙工程化过程中的一系列重大技术难题,开发了耐高温尼龙“水溶液成盐”“直接固相聚合”、长碳链尼龙“氨气循环利用”“水溶液连续聚合”、尼龙万吨级连续化生产等原创性技术,获国家发明专利40余项,授权专利20余项。

尼龙材料的研发仍在不断取得新突破,中国工程塑料也将继续谱写新华章。团队每一位每一个成员也正坚守“强韧耐磨”的尼龙精神,淡泊名利、胸怀家国,在国家急需战略领域默默地进行科技攻关,努力在高性能尼龙领域再攀高峰。

实验室照片

附:

工塑室研究生导师团队:

刘民英、庞新厂、付鹏、崔喆、张晓朦、赵海涛

文章来源:ZZU材研行

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