在中国石油吉林石化公司的一座崭新装置内,洁白的ABS树脂颗粒正源源不断地倾泻而出。经检测,其底色白度等关键指标均达到国际顶尖水平。这一刻,年产20万吨本体法ABS装置成功产出合格产品,标志着我国在本体法ABS技术及成套装备领域实现了从工艺、产品到装备的全面国产化。
该装置的顺利投产,使得吉林石化ABS总产能一举跃升至180万吨/年,跻身全球产能前列,有力推动我国石油化工产品向高端化、绿色化迈进。
从深陷技术封锁的困境到实现自主可控,从亦步亦趋的模仿到与世界先进水平并肩赛跑,这场由大连理工大学教授李杨团队领衔、与产业龙头协同攻坚的“技术突围战”,历时三十载终获圆满转化。“这不止是一项技术的突破,更是一条‘三位一体’成果转化路径的成功实践。”李杨感慨道。
连续本体法ABS树脂产品。大连理工大学供图
从“水中捞面”到“干法揉面”
时间回溯至三十年前,中国的ABS树脂产业发展前景并不明朗。
作为一种广泛应用于汽车、电子、家电的关键工程塑料,ABS树脂的全球技术高地长期被国外化工巨头占据,国内企业只能大规模引进“乳液法”工艺,然而生产过程却阻碍重重。
“我们不仅要支付高昂的技术许可费,生产过程中遇到问题还要等外国专家解决,后续的技术升级更是受制于人。”李杨回忆道,“作为一名高分子领域的科研工作者,我当时就下定决心,一定要走出一条本体法ABS的自主研发之路,让高端化工材料掌握在自己手里。”
传统的乳液法,被团队形象地比喻为“在水里洗面粉做面筋”,其生产过程需要将丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体“面粉”置于大量含乳化剂的水中反应,结束后还需经过凝聚、洗涤、干燥等多道繁琐工序才能得到“面筋”——ABS树脂。
“它的生产流程很长,需要用到大量的水、乳化剂和助剂,反应完成后还要经过多个环节,不仅消耗大量能源,还会产生大量工业废水,处理成本很高。而且产品中残留乳化剂等杂质,影响产品的底色和耐黄变性能,很难满足高端领域的需求。”李杨总结该方法弊端为“三高一低”:能耗高、污染高、成本高,产品纯度低。
当时,国外本体法工艺已崭露头角,但却构筑了很高的技术壁垒,团队毅然瞄准了这一前沿方向:“既然要做,就要做到最好。”
而他们立志攻关的连续本体法,可以类比成“干面粉直接揉成面筋”。它摒弃了复杂的水相体系,让三种单体在特定条件下直接反应聚合。这一转变,让整个流程缩短近一半,能耗降低30%以上,几乎不产生工业废水,产品纯度极高,底色更是“洁白如玉”。
然而,如何精准控制“干法揉面”过程中的相态演变,让提供韧性的橡胶颗粒均匀、稳定地分散,成为横亘在前的科学难题。
“核心奥秘在于对增韧体系的精准控制与工艺体系的整体优化。”李杨解释道。团队设计出独特的“海-岛”结构:以橡胶相为“岛”赋予材料韧性,以苯乙烯-丙烯腈共聚物为“海”保证刚性,通过控制两相间的接枝率,实现了完美融合。同时,连续本体法工艺本身就避免了乳液法中乳化剂、助剂的残留,从源头保证了产品的纯度,这是底色洁白、耐黄变的关键。
经过漫长的机理研究,团队成功开发出高性能连续本体法ABS工艺,其ABS产品悬臂梁缺口冲击强度最高可达468 J/m(焦耳/米),产品的白度值达到95以上,完全满足高端汽车内饰、电子电器外壳对外观的要求。
“三位一体”模式跨越“死亡之谷”
优异的实验室成果只是万里长征第一步。如何将烧瓶里的几克样品,复制放大到年产万吨的巨型工业装置?这被喻为成果转化中最险峻的“死亡之谷”。许多技术可能会止步于此。
“我们迫切希望推进中试,但最艰难的关卡莫过于相态控制与万吨级工艺放大。”副教授冷雪菲坦言。一次中试危机至今令团队都心有余悸。在装置运行一周时,产品冲击强度却不稳定。“我们排查了很久都没有找到原因。最终,我们回归到了最基础的微观相态分析,才发现症结在于反应釜内搅拌不均,从而导致橡胶颗粒团聚。后来我们通过优化反应釜以及搅拌形式设计,并且引入在线扭矩监测系统,才一举突破瓶颈,为工业化扫清了关键障碍。”
2021年,在一次中国石油集团组织的技术交流会上,团队的本体法ABS技术成果一经亮相就引起了吉林石化的高度关注。
“吉林石化是我国ABS产业的龙头企业,有着深厚的产业基础和丰富的工业化经验,他们一直有转型升级、突破高端技术的需求。而我们团队经过多年的攻关,已经在本体法ABS技术上积累了扎实的基础,形成了完整的自主知识产权体系。所以我们当时判断了一下,觉得合作很有潜力,又经历了多轮深入沟通,最终在2022年我们正式签订了技术许可协议,确定合作建设20万吨/年本体法ABS装置。”李杨回忆道。
为了尽快从“书架”到“货架”,团队选择了一条特色鲜明的“高校原创—学科性公司转化—龙头企业应用”的三位一体转化模式。其中,大连鑫美格新材料科技有限公司作为“学科性公司”,扮演了不可或缺的“桥梁”角色。
高校长于基础研究和前沿探索,但缺乏工程化经验和市场触角;企业急需技术升级,但对前沿技术的成熟度心存疑虑,且工程放大风险高。传统的“技术转让”往往是一锤子买卖,技术交接后易出现“水土不服”。“成立学科性公司,就是为了解决以往成果转化中高校与企业‘各自为战’的痛点。”李杨解释道。
在新的模式推动下,三方形成了“绑定模式”:李杨团队作为技术源头,持续进行原理创新和技术迭代;鑫美格公司作为转化中坚,负责将实验室技术进行工程化开发,形成成熟的工艺包,并提供从关键设备设计、选型到开车调试、生产优化的“全链条”支撑;吉林石化作为产业化和市场应用主体,依托其工程实施能力、生产管理经验和市场渠道,负责装置建设、运营和产品推广。
2025年12月28日,当首批合格产品成功产出时,现场一片欢腾。这不仅意味着吉石化的ABS总产能跃升至180万吨/年,跻身全球前列,更标志着中国拥有了自主可控的高端ABS生产工艺与成套装备,投资成本较引进国外技术降低50%以上。
20万吨/年本体法ABS装置。大连理工大学供图
“使命达成的释然”
看着合格产品的产出,李杨教授心中涌起的是“使命达成的释然”。“多年坚守与付出,终于结出了硕果。我们的科研工作,从论文和实验室数据,转化为了能够支撑国家产业发展、提升国际竞争力的现实力量。”
三十余年的长跑,如何保持方向不偏、动力不竭?“核心在于始终以国家需求为导向。”团队始终聚焦高端化工材料自主可控这一目标,任凭外界“风云变幻”,他们从未动摇。“我们根据产业发展阶段,动态调整研发重点,形成了从基础研究、关键技术到产业应用的持续迭代体系。”
为了让这场长跑“接力棒”持续传递,团队依托“传帮带”与“产学研融合”的培养模式,老教授带领青年学子从基础实验做起,把研发经验一代代传承下去。另一方面,李杨鼓励学生深入产业一线,在真实项目中锤炼,培养了一大批兼具学术深度与工程视野的复合型人才,形成了稳定且有战斗力的人才梯队。
如今,在强化“有组织科研”的指引下,团队下个阶段的目标已经锚定:一是向上攀登,开发高耐热、高透明、阻燃、抗菌等特种功能ABS,进军航空航天、高端电子、生物医用等更前沿领域;二是向下扎根,攻克本体法工艺的核心基础原料——锂系橡胶的国产化工程难题,将技术优势向产业链上游延伸。“我们将继续深化产学研融合模式,与更多龙头企业协同,推动更多科技成果落地生根,为高端制造业提供不竭的‘材料基石’与人才支撑。”李杨告诉《中国科学报》。
回顾这段“三十年磨一剑”的历程,李杨百感交集:“正是这种‘国家需要什么,我们就钻研什么’的使命感,让我们耐住了寂寞,扛住了压力。”
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