作者:李晨 方彦蘅 来源:中国科学报 发布时间:2022/8/17 10:54:48
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“金”色茉莉花结出“绿”色增塑剂
南林大研究生用野茉莉籽油制备生物基增塑剂

 

茉莉花籽       南京林大供图

团队成员讨论增塑剂实验。南京林大供图

炎阳当空,这个夏天充足的水肥日照,让位于江苏省南京市六合河王湖畔中华茉莉谷里的野茉莉们也“铆足了劲”,正在为了下一季的绽放而努力汲取养分。

70公里外的南京林业大学,化学工程学院博士后谈继淮正带领科研团队从上个盛花期后遗留下的野茉莉籽中提取“宝贝”。

“好一朵美丽的茉莉花,芬芳美丽满枝桠又香又白人人夸……”这几乎是江南男女老少都会哼唱的地方小调。素以天赋仙姿、玉骨冰肌闻名的茉莉花,在谈继淮的眼中可不仅仅只有美丽的“颜值”,“这更是一朵‘金’色的茉莉花,通过我们的技术,野茉莉籽油‘变身’制备高端生物质增塑剂的重要原料,不仅可以做到无毒化、绿色化,更将原料成本直接砍掉了七成。”谈继淮告诉《中国科学报》。

寻找有害增塑剂的替代品

谈继淮口中的增塑剂又称塑化剂,是一类能够改善高分子材料柔韧性、可塑性、加工性、拉伸性等特性但不改变其化学组成的材料共性关键助剂,被广泛应用于航空航天、医用器械、汽车制造、薄膜、食品包装、涂料和电气绝缘等多个领域。据统计,全球增塑剂市场规模超过295亿美元,用量超过1000万吨/年,而其中占比80%以上的都是石油基邻苯二甲酸酯。

“这是一类已经被证实对人体产生致癌或致畸风险的增塑剂。”谈继淮说,“许多国家都将此列入了‘黑名单’。”开发能完全替代邻苯二甲酸酯的高端生物基增塑剂核心制备技术,已成为我国塑料产业高质量、可持续发展的重大战略需求。

谈继淮从硕士研究生开始一直致力于国产高端增塑剂的研发。“传统增塑剂行业亟需找到更环保、更健康的‘绿色’接班人。我们将目标对准了完全可再生的生物质资源,从中提取具有生物降解性和优良塑化性能的生物基增塑剂。”

可制备生物基增塑剂的来源比较广泛,综合经济、环保、健康等多重维度,谈继淮带领团队先后尝试过蓖麻油、米糠油、妥尔油、橡胶籽油……经过上千次的实验,筛选出数十种油脂,或因成本太高,或不符合健康和环保要求,效果都差强人意。

直到一个偶然的契机,南京林业大学林学院教授喻方圆找到谈继淮所在的课题组。喻方圆长期带领南京林业大学茉莉花产学研平台与中华茉莉谷共建茉莉花种质资源基因库基地。经过十多年的建设,基地有30万株花苗,汇集了600余份茉莉花种质资源,是南京名副其实的茉莉花“基因库”。

“我们希望打造的是一个‘茉莉花+’的全产业链,除了赏花采蜜,还可以把茉莉树脂制成药、叶子做成茶,从花中提取的有效成分还可以做成防晒霜。”喻方圆说。但长期以来,就野茉莉在盛花期后留下的大量花籽,团队始终没有给找到适合的“出路”。

野茉莉籽化身绿色增塑剂原料

“我们做了一个小实验,发现野茉莉籽中的含油量非常高,大概在40%左右。”南京林业大学林产化学与加工工程专业博士生余敏说,“或许可以尝试一下用野茉莉籽作为生物基增塑剂的制备原料。”

团队将花籽经化学反应后提取出种子油,加入特种醇醚,并首创了多羧酸醚酯结构,建立了增容基团与材料相互作用的机制,成功确定影响植物基增塑剂相容性的关键因子,发明出结构和性能可调的新型植物油基增塑剂体系,建立分子动力学模型。这样一来,材料的增塑性能可提升300%,抗迁移性提升600%,而原料成本则下降了至少70%。

“最关键的是,在整个制备过程中我们创制了高效循环的催化剂。”南京林业大学材料与化工专业研究生齐维君解释,“传统的催化剂,使用一次就要加一次的碱进行中和,而我们的工艺能够实现多次循环、重复利用,在保证产物高纯度的同时,也能最大程度降低生产过程中‘三废’的排放量。”

目前,谈继淮带领的这支由南京林业大学化学工程学院研究生组成的科创团队已申请专利16项,产品在全国12家企业进行推广,首获订单1600余万元。

1亩地可以产出近300斤的野茉莉籽油,1吨油可运用于2.5吨增塑剂产品的制作……谈继淮算了一笔账,“全国预计可供30万吨/年的油量,这样至少能够产出75万吨的高端生物质增塑剂,差不多和全年的进口量齐平,真是一朵香飘万里的‘金’茉莉!”

 
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