王瑞在中试现场。受访者供图

■本报记者 孙丹宁

2025年1月1日，当千家万户沉浸在元旦佳节的温馨中时，在大连市松木岛中试基地的厂房里，十余名科研人员却围坐在三层楼高的工业装置旁。他们手里端着热腾腾的饺子，耳边响着窗外寒风的呼啸声。

在这处尚未配备供暖设备的临时厂房里，此起彼伏的讨论声中，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）副研究员王瑞脸上露出了一丝担忧。作为这套中试装置技术负责人，他看着自己哈出的白气在寒风中瞬间消散，却浑然不觉周身寒意——此刻他全部的注意力都聚焦在设备上，因为一旦设备遭遇冷冻，就会影响实验进度。

经过团队的不懈努力，仅仅一个月后，国内首套一步法聚乙醇酸千吨级中试装置就在这里建成。

从实验室玻璃器皿到千吨级反应釜，这条路他们走了一年；而从王瑞初识聚乙醇酸到“驾驭”其分子密码，这段征程已跨越五载春秋。“‘材料人’的终极使命，就是让材成料、料成器、器有用。”王瑞说。

解决过剩产能的“秘籍”

聚乙醇酸是一种神奇的生物可降解高分子材料，具有良好的生物相容性、气体阻隔性及海水可降解性。与传统性能稳定的高分子材料，如塑料、橡胶等不同，聚乙醇酸在使用了一定时间后可逐渐降解，最终变成对人体、动植物和自然环境无害的水和二氧化碳，是当前少有的可降解工程塑料，常被用于医疗、食品、农业等领域。

“以我国煤化工产业为例，煤制乙二醇存在一定的产能过剩问题，而聚乙醇酸正是其下游衍生的高分子材料。”王瑞介绍道，“如果能将这部分‘过剩’产能转化为可降解且实用性强的聚乙醇酸，或许能成为当前产业困境的突破口。”

2020年，王瑞就注意到我国煤化工产业亟待突破的关键领域——低成本制备聚乙醇酸技术领域。彼时团队正深耕于高分子材料的应用研究，对聚乙醇酸的制作方法十分了解。

“目前国内合成聚乙醇酸的主流工艺是两步法：先将乙醇酸单体脱水缩合生成中间体乙交酯，再通过乙交酯开环聚合最终得到聚乙醇酸。”王瑞解释道，“但这种工艺步骤烦琐、能耗高，表面上看是两个步骤，实际上需要五个工艺单元，这导致了生产成本居高不下，难以实现规模化生产。如果能将两步反应整合为一步直接聚合，就能大幅简化流程、降低成本，为产业化铺平道路。”

有了这个想法后，王瑞立马着手给流程“减负”。他首先想到的是用原料直接制备高分子量聚乙醇酸，省去中间体乙交酯的合成与提纯环节。这其中最重要的就是催化剂的反应工艺。

“基于团队在高分子材料领域的技术积淀，我们在研究中发现钛类催化剂可与现有工艺装备实现深度耦合，通过催化反应路径能直接合成目标产物聚乙醇酸，并顺利完成实验室级小试验证。”王瑞回忆道，“我们团队一直以来都十分注重工业化应用，在取得阶段性成果后，就立刻按照‘小试-中试-工业示范’的技术路径逐级放大。”

短短一年的“转变”

组建起工业化团队后，王瑞带领大家自2024年年初就驻扎到距离大连市区约80公里的长兴岛孵化工厂，开展进一步放大试验。而在工业化过程中，他们马上遇到“管道栓塞”这一难题。

“聚乙醇酸的特点是非常容易结晶，在生产过程中会堵塞设备的管道。我们在实验室阶段就发现了这个问题，常规处理方式是采取机械疏通等应急措施。然而当工艺向工业化生产体系扩展时，我们才意识到这看似是一件‘小事’，实际上却会导致整条产线停摆，最终成为制约规模化生产的重大工艺隐患。”

王瑞当即决定解决问题，而“破解之法”恰巧在于聚乙醇酸“规整”的结构。“我们从聚合物结构出发，通过加入助剂破坏聚乙醇酸内部的结构，使其分子排列得不再规整，导致材料的稳定性变差。这样既保持了聚乙醇酸整体的材料性能，又能避免其过度整齐引发的结晶。”

无论是2024年春节假期还是寻常周末，从实验室级别的5升微型反应釜，逐步升级至20升、50升中型设备……团队累计完成上百轮工艺验证试验，并通过持续优化反应参数、改进设备结构设计，最终成功突破千吨级中试技术瓶颈。

随后，团队与设计院协同攻关，在松木岛中试基地完成工业化放大装置的建设，短短一年时间就完成了一步法制聚乙醇酸千吨级中试。

“我们以煤基草酸二甲酯这种过剩产能为原料，合成出聚乙醇酸这类绿色可降解的材料，成功实现产业链向高值化延伸。”王瑞说。

“每一次探索都是一个新的收获”

这虽然不是王瑞让实验室技术成功走进工厂的第一次经历，但于他而言十分特殊。“这套装置是我做过最困难的一套，因为此前国内没有相关产业化经验，所以我们只能摸着石头过河，一点点找到窍门，最终只花了一年时间就成功转化，我还是很激动的。”

工业化过程中，也充满着大量看上去重复、枯燥的实验，但是王瑞乐在其中。“它并不是简单的重复，每一次实验结果都是有区别的，哪怕有一些过程失败了，但是对于工业化来说都是很好的积累。对于比较新的领域，每一次探索都是一个新的收获。”

在高分子材料领域深耕产业转化，王瑞始终记得自己的导师、大连化物所研究员周光远的一句话——“做科学研究，每一分钱都要对得起纳税人”。在自己成为课题组负责人后，王瑞也承担起相关战略分析布局的责任。在他看来，一个以应用转化为核心的研究组，不能完全天马行空地想象，重点要放在推动产业化应用的技术研究上，但是对于新型材料、符合国家长远发展方向的研究也要给予重视，这样团队才能长远发展。

而面对人工智能的浪潮，王瑞正在积极探索新方向。他希望未来在高分子材料领域贴上自己的“标签”：“对于材料领域来讲，最终要走向应用，我们需要积极应对时代变革，多站在企业的角度考虑问题。”

在王瑞课题组里，学生都亲切地喊他“瑞哥”。他说：“我希望大家的氛围轻松一点，做实验开开心心的，一起把项目做好。”

现在，王瑞还在积极推进产业化进程，希望使“一步法制聚乙醇酸技术”真正落地。聚乙醇酸是一种不仅能在堆肥条件下降解，还能在海水环境中完全分解的高分子材料，其优异的环保特性可以推进其在日常生活中的大规模应用。“未来能替代目前生活中常用的塑料体系。”王瑞说。