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这个项目凭什么以5.2亿元创专利技术转让费纪录?

—— 聚氨酯新型化学发泡剂引热议

作者:张运科 张文斋 王怡洁来源:中国建材报发布时间:2019-07-11阅读次数:136

地处山东淄博的山东理工大学最近有点“火”,原因是该校一位名叫毕玉遂的教授,发明的一项专利几年前被一家企业买断使用权,价格高达5.2亿元,创我国单项专利转让最高纪录;而山东理工大学又将其中的80%,即4亿元归教授团队支配,再创我国高校科研团队直接收益最高纪录。

日前,记者慕名来到山东理工大学,采访了该校化学工程学院教授、新型聚氨酯材料研究院院长毕玉遂。

《蒙特利尔议定书》中的世界难题

毕玉遂发明的这项专利名称叫“无氯氟聚氨酯新型化学发泡剂”,发泡剂是生产聚氨酯泡沫材料的重要原料。

在山东理工大学化学工程学院五楼的实验室里,几位学生正在埋头做实验,他们将发泡试剂和原料按一定比例调和,很快就能膨胀变成聚氨酯泡沫……毕教授带记者一边参观实验室,一边作介绍。

聚氨酯(PU)是最重要的六大合成材料之一,应用领域十分广泛,大到建筑外墙保温、天然气管道保温、汽车、高铁、地铁、航空、新能源、环保等产业,小到家电、家具、沙发、床垫等。资料显示,2012年全球PU产品消费量为1870万吨,中国消费了500万吨,占比28.15%。

聚氨酯面世80年来,发泡剂技术一直被西方发达国家垄断。聚氨酯泡沫材料的生产目前全部使用物理发泡剂,欧美先后研发出四代聚氨酯物理发泡剂:第一代是氟利昂系列,第二代是141B,第三代是HFC-245fa和HFC-365mfc,第四代是LBA,环保性能一代比一代好,但使用性能却越来越不理想,且价格也越来越高。为了防火阻燃,这类物理发泡剂中都含有氯和氟元素,因此生产聚氨酯泡沫材料,必然会消耗大量氯氟烃。

而氯氟烃对大气臭氧层具有极强的破坏作用。在太阳C波长紫外线作用下,氯氟烃会释放氯原子,氯原子和臭氧分子发生反应消耗臭氧,通过连锁反应,一个氯原子可以破坏千万个臭氧分子,严重破坏臭氧层。科学研究证明,如果大气层中臭氧减少至原来的1/5,将危及人类健康和动植物的生存。同时,氯氟烃还是温室效应的重要来源,使用1吨氟利昂相当于排放近万吨二氧化碳。因为氯氟烃的生产和使用,全球每年增加约数十亿吨二氧化碳的排放当量。因此,替代和淘汰氯氟烃物质对保护大气臭氧层意义重大。

按照《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》约定,世界各国将逐步削减使用各种氯氟烃类物质,到2030年以前,世界各国将完全禁止使用。

研究环保安全的无氯氟聚氨酯发泡剂十分必要和迫切,但这是一个世界级难题。自拜耳公司发明聚氨酯近80年来,欧美化学巨头拜耳、杜邦、霍尼韦尔公司先后研发出四代聚氨酯物理发泡剂,技术和市场均被其垄断。如果新的发泡剂容易研究,他们早研究出来了。

理论拓荒,合成新物质

毕玉遂教授对新型发泡剂的研究始于2003年。他们认为,基于卤素不燃特性研究发泡剂的技术思想已经到了极限,按照这样的思维,永远也无法摆脱氯氟烃的问题,淘汰氯氟烃必须另辟蹊径。

挑战世界级难题,能行吗?毕教授认为,外国人解决不了的难题,中国人不一定做不到;著名大学做不了的事情,其他大学不一定做不了。他想试着研究新型化学发泡剂,淘汰氯氟烃类物理发泡剂。

一开始,毕玉遂对化学发泡剂也是一无所知,在能够查阅的数据库中,彩票聚氨酯化学发泡剂的资料一片空白。

后来经过反复分析,毕玉遂团队确认:世界上之所以没有化学合成的聚氨酯化学发泡剂,是因为没有理论支持,缺乏理论依据;突破这一技术的关键,就是要研究出新理论,找到新的化学反应,然后设计和合成新物质,而且合成的新物质能够反应产生二氧化碳气体,且必须是二氧化碳气体。因为二氧化碳是人类和其他动物正常代谢的产物,无毒,它的导热系数在所有无毒气体中也是最低的。这一研究思想的确立,为后来的研发指明了方向。

最初几年,毕玉遂团队做了大量拓荒性、探索性的研究:分子设计,合成工艺调整,优化、再调整……就这样,反反复复,10多万次的实验,一点点从不可能到可能。

因为研究的是新领域,没有研究基础,写不了项目书,没法申请科研经费,资金短缺一直是个难题。往往在研究、试验一段时间后,没钱买实验材料了,毕玉遂就从家里拿出积蓄,或者是通过了解这个项目价值的朋友们帮助支持。

在最艰苦的几年里,在毕玉遂的生活中,除了做实验还是做实验,一年365天,除了出差和大年初一,他和他的团队都泡在实验室里。刚开始时,毕玉遂还是满头乌发,如今10多年过去了,他的头发已经全白了。

在困难中挣扎,在挣扎中坚持。2010年,毕玉遂团队终于获得了关键数据,在理论和合成技术上取得了重大突破,合成出了最初期的化学发泡剂产品。

2011年3月,通过在华东理工大学第三方验证和系列实验,毕玉遂团队取得了比较满意的数据。该发泡剂是目前除水以外,唯一能反应产生二氧化碳气体,又能用于聚氨酯发泡的有机化合物,既绿色环保,成本还低。

很快,项目成功的消息引起世界关注,国际上多家化学巨头纷纷前来参观考察,寻求合作。

2013年2月25日,聚氨酯化学发泡剂项目在北京通过了技术鉴定,对外正式宣布新型聚氨酯化学发泡剂研发成功。

学校助攻专利布局和产业化推广

毕玉遂十分清楚自己的研究成果所蕴含的巨大市场价值,而对于如何申报专利才能做到万无一失,他没有任何把握。

2016年2月,出于对科研成果的有效保护和未来产业化推广的慎重考虑,山东理工大学做出了一个大胆的举措--以学校的名义组织撰写了《推动无氯氟聚氨酯发泡材料产业化》的建议报告,直接呈报国务院。2月17日,国务院领导在建议报告上作出批示。

2016年,由科技部、环保部、中国石油和化学联合会、聚氨酯工业协会等联合组成的专家组,对毕玉遂团队的研究成果进行审查,通过审查和国内外检索后,国家知识产权局专家确认:无氯氟聚氨酯化学发泡剂是一个革命性的、颠覆性的发明,是重大的理论创新和技术发明。

中国石化联合会原会长李勇武调研时评价说:“你们解决了一个世界性难题。”

2016年5月,国家知识产权局派出微观专利导航项目工作组进驻学校,指导开展国际专利的布局、撰写、申请等工作,共申请了4件中国发明专利,3件PCT国际专利。2017年,“无氯氟聚氨酯新型化学发泡剂”的专利布局完成。它彻底打破了欧美对其他国家的技术垄断。

看看从专业的角度,如何评价“无氯氟聚氨酯新型化学发泡剂”研究。

长期以来,在聚氨酯物理发泡剂的研发方面,科学家们习惯于低沸点、易气化、采用氟氯元素阻燃的研究思路来设计分子结构,这禁锢了研发人员的创新思想。聚氨酯新型化学发泡剂的研究彻底颠覆了原有思路,它采用了全新的研发思路,实现了弯道超车。该研究以崭新的思想和方法设计,合成出能与黑料发生反应产生二氧化碳气体的新物质,新物质具有高沸点、不易气化、生产过程和分子本身均不涉及氯氟元素的特点。新物质的合成和新反应的发现为化学发泡剂的研究提供了理论依据,与物理发泡剂相比,两者无论是发泡原理还是分子结构特征都截然不同。新型化学发泡剂为人类在聚氨酯发泡剂的研究方面开拓出一条新路径,不仅打破了欧美国家在这一技术领域的垄断,其无与伦比的环保性能和良好的使用性能,必将引领世界聚氨酯工业和有机新材料工业的未来发展,涉及上下游产业万亿级的产值。

2017年4月,由山东理工大学出面与补天新材料技术有限公司签订了专利独占20年的许可协议(美国、加拿大市场除外),企业需总计支付5.2亿元人民币。而根据山东理工大学的政策规定,收益的80%,即4亿元归项目研发团队支配。

统计数据显示,2014年全球聚氨酯硬质泡沫材料需求量为570万吨,预计2014年至2020年将以4.5%的复合年增长率上涨。发泡剂作为聚氨酯泡沫材料的生产原料之一,将拥有巨大的市场需求。未来几年,聚氨酯发泡剂的用量将达60万吨。

目前,中国石油和化学工业联合会已将“聚氨酯新型化学发泡剂制备技术”列为“十三五”重点突破的高端技术,山东理工大学还成立了“聚氨酯新型化学发泡剂研究院”,全力推动项目成果产业化。

无氯无氟聚氨酯市场大有可为

攻克技术难题后,毕玉遂又有了新的愿望和方向:“在我有生之年,要加快产业化进程,让有机聚氨酯泡沫材料中的发泡剂换成中国制造,为我国和全世界提供最环保的产品,造福人类。”

在实验室旁边毕玉遂简陋的办公室里,记者与他谈起未来聚氨酯材料市场应用的相关话题。

毕玉遂谈道,总体来讲,这种材料是一种聚氨酯泡沫材料,它的优势很多,具有良好的保温、封堵、填充等作用。比如对建筑外墙的保温,用作冷库、集装箱的保温,冷热水管道包括液化天然气管道输送、原油管线输送等,都要用到聚氨酯材料。有些领域不需要保温,只要求用作填充材料,有一定的弹性和强度就可以,应用领域十分广泛。

而日常前来向毕玉遂咨询请教的人也络绎不绝。比如有需要给水上游艇的舱体内部作填充材料,要求轻质、防火、保温、容易施工等。还有废弃矿山坑道的填充,也可以使用聚氨酯发泡材料。

毕玉遂特别指出,聚氨酯泡沫材料有一大特点,就是在施工时灌进去的是液体,很快便会发泡、体积慢慢膨胀起来,最后变成固体。产品具有极强的可塑性,成型后跟外围是完全吻合一体的。

用作封堵材料就是高分子防潮封堵材料,灌体一体化,现场施工方便快捷,不开裂,寿命不低于20年。还能制作仿木材料,可以进一步开发出密度和木头一样的材料,代替木材。

目前来看,聚氨酯泡沫材料主要还是用作保温和填充材料,要求性能一般是保温、填充、阻燃等。如果有新的需求,毕玉遂团队会根据需求进一步开发新的领域,用途应该是非常广泛的。

跟补天公司的合作,毕玉遂团队负责技术服务,将根据补天公司的需要,在相关领域和产业进行开发研究,然后提供一个完备的技术方案,从实验室到产业化,最终到用户使用满意。据了解,补天公司目前生产的产品涉及管道、保温材料、液化天然气保温,冷柜保温、门业保温、外墙保温等领域。

总之,无氯氟新型聚氨酯化学发泡剂比氯氟烃物理发泡剂更加环保安全。这项技术的核心是发泡剂,其他都是下游产品。有了发泡剂,可以做很多东西。

未来毕玉遂团队将会协助补天公司一起做好产业化,把项目做好,在全世界推广应用。补天公司已经在美国建立了分公司。

在新型聚氨酯材料研究院的实验室,记者现场看到实验过程中产生的发泡材料堆得像小山一样。毕玉遂告诉记者,在每一个子行业中新材料的应用成功后面,都离不开大量的研究和实验室实验。

(中国建材报 2019-07-11

责任编辑:王伟
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