在下一代生产力绽放的早期、前沿技术工业化的非共识阶段，新材料行业将作为技术和行业创新的重要基石。我们希望打开更多对话，通过线上主题系列活动，邀请行业大咖在科研前沿、产业革新、创业投资等各方面进行思想交流，观点碰撞，互相激发。 

近日，华创资本和北京化工大学新材料校友会联合主办「创·享」新材料专场 ②，与大家线上、线下见面畅聊。此次活动由华创资本投资人张志超博士对话来自中科院宁波材料所刘小青博士、陕煤上海研究院王小宪博士、郑州中远企业集团董事长桑向东，一起讨论“从底层创新出发，看全降解热固性复合材料的产业发展应用”。 

活动上，刘小青博士分享了《环境友好环氧树脂——从生物基到可降解》这一主题，本文摘录内容如下：

在正式开始之前，先厘清几个概念： 

一个概念是常说的塑料和树脂。老百姓普遍认识的塑料，一般以固态的形式，以粒子的形式出现。我们在日常生活中说到树脂，一般是热固的，所谓热固就是固化之后不能再成型加工，不能再熔。而热塑性塑料在加热的情况下，可以再成型加工。比如尼龙、聚丙漆、聚乙漆、涤纶纺丝，这些被称之为塑料，是可以塑性加工的，这是基本的概念。今天说的环氧树脂，是热固性树脂里最大的品种，每年用量全球是 300 万吨。 

第二个概念是降解。中国的禁塑令开始之后，大家对“可生物降解”非常了解了，可生物降解对应的是什么呢？对应的是禁塑令下的一次性产品，超市里面的餐具、刀叉和塑料薄膜。禁塑令之后，大家到星巴克买咖啡，已经看不到不可降解的塑料吸管，都改成纸质的吸管了。以前的PP 吸管不可以降解，禁塑令不让用了，但降解塑料跟不上，就用了很多纸质的材料替代。有些酒店不再提供一次性的牙刷和梳子，也是为了配合禁塑令。 

生物降解对应的产品是什么呢？就是一次性的低质易耗品生物降解，降解的手段是用生物或者堆肥发酵，直接的自然降解，最终目标是降解成水和二氧化碳。今天给大家讲的是化学降解，所谓化学降解就是把热固性的树脂，通过化学作用降解成低聚物，降解成可以用的化工原料，而不是水和二氧化碳，因为碳中和、碳达峰，不利于二氧化碳的排放。 

所以热固性树脂的降解要达到两点：首先，能满足高性能、高耐热、高物理性能需求，废弃了之后，通过化学的手段降解成可以再次利用的化学物质，而不是降解成水和二氧化碳。其次，要降解的是在普通条件下非常稳定的环氧树脂、复合材料。所以，我想厘清几个概念，热固性树脂降解跟普通的生物降解不一样。 

接下来，想分享我们对新材料的发展趋势的看法。我一直认为材料首先是要满足高性能，能用是最基础的需求。第二是功能化，比如复合材料能不能防腐？能不能抗菌？能不能导电？能不能导热？第三是智能。比如食品的包装，食品过期了之后有变色，一看就知道。还有自修复，一个材料如果划损或者损伤，能不能自己愈合？就像人一样。 

智能化之后是什么？我觉得应该是绿色化，在满足了人类基本需求后，最应该考虑的是什么？是健康、是环境的可持续发展，所以一定是绿色化、绿色可循环。 

功能化、智能化和绿色化其实是并行的，不是有了智能化之后再做绿色化。怎么样在满足功能化、智能化的前提条件下赋予绿色化是现在的趋势。 

回到今天的主题——绿色复合材料，作为复合材料用的最多的环氧树脂是什么概念？大家熟知的环氧树脂，多用在涂料复合材料，建筑交通领域非常多。每年全球用量 300 万，中国的实际用量大概为 200 万，它不像热塑性塑料，可以再次加工、再次成型，用完之后只能粉碎、燃烧或者填埋，污染严重。 

现在不允许填埋，粉碎主要作为化学填料填充到别的物件里，低质化利用非常严重，且它的燃烧值不高，变成热量的过程中，会造成二次污染。大家对热固性树脂复合材料的固体垃圾很头疼，不知道该怎么处理。传统的降解方法就是高温、高压、强酸、强碱把树脂降解掉，最后把固体垃圾变成了液体垃圾。固体垃圾其实还好处理，变成液体垃圾更麻烦。 

2009 年以来，我一直做生物基的热固性树脂，就是不用石油资源。现在，针对实际需求做可降解、可回收的环氧树脂。 

我们来看产业需求，以风机叶片为例：2030年全球每年废弃叶片将达到40万吨，2050年将达到200万吨，欧洲倡议在2025年起禁止通过掩埋处理叶片，德国、奥地利、荷兰已经颁布禁令。中国的风机叶片整装机总量风机和光伏大概7.6亿千瓦时，2030 年可能要到十几亿千瓦，还有很大的增量空间。面对这么大量的风机叶片回收，怎么去存量？退役下来的叶片如何处理？风机叶片带来的问题已经引起了热固性树脂降解回收的关注度。 

以前没有明确中国的风机叶片退役之后谁来处理，6月13日国家能源总局发布了两个文件，立法由电厂来处理。并且明确了小的叶片，像高速公路旁边看到 30 米长的叶片，都要换成将近 100 米长的叶片，因为可以把发电效率提得更高，以小换大也是为了降低污染。因此，我们面临着以小换大和未来风机叶片新的装机容量暴增，这是中国的市场。 

再看学术界，连续好几年 Nature、Science 顶刊持续关注热固性树脂，热固性树脂包括塑料的回收是国际社会非常火热的方向，人类要进入循环经济，不是靠资源投入来带动发展。 

研究上如何解决？一说到可降解，我们做研究的人或者对行业跟踪得比较紧密的人都觉得用的动态键，就是动态可逆的化学键来保证它的降解。这确实是一个很容易的方式，但作为复合材料用的树脂，如果有一个动态键在里面，它的性能会在使用过程中发生各种变化。随着热湿度变化，性能是否满足我们的需求？我们是否会放心它？我个人是不看好的，当然它是一种非常好的技术，肯定会有一些应用。 

一个能用的技术或者能真正盈利的产业发展技术，到底要具备什么样的特点？首先是性价比，要满足应用需求，生产、价格要有足够的竞争力。 

作为研发人员，想引领这个行业，当市场容量和市场的需求足够大的时候，才有资源去做新材料。我们的技术需要什么样的特点？去年我们利用现在市面上可以买到的普通环氧树脂，做了一步化学改性，可以把它做到可降解。这只是化学降解，我们的降解条件是 80~90 度/三个小时，完全可以把纤维、把要回收的产品回收出来，降解的液体也可以再利用。 

从去年到今年大概大半年的时间，我一直在做使用性能的评价。第一当然是热力学性，它的力学性、热学性，耐热温度从 85~150度都可以做到。针对它的应用，我们最关键要做的是什么？一个是吸水率，当吸水率高的时候，复合材料是不可能用的。吸水率跟普通销售的151环氧树脂没有太大的差别。 

第二，湿热老化，湿热老化是否足够稳定？Nature、Science文章，绝对看不到湿热老化的指标，但这非常重要。做过了之后，我对这个技术的信心度就更高了。有了基础的性能，对于热固性树脂来讲，加工适用性就是好不好用，我们做了RTM 工艺，就是真空灌注，这是复合材料里面用得非常多的工艺。我们做的碳纤维的复合材料的力学性能跟普通的树脂没有区别，湿热、老化，静态的、动态的没有区别。另外我们也做了预搅料，把树脂同步到增强纤维上做预搅料，它的玻璃化温度、强度、吸水率也没有问题，比普通树脂甚至要好一些。 

第三，电性能，它的电性能击穿强度、电阻力、表面电阻、介电常数和建联耗损，跟普通的不可降解树脂几乎差不多。最后降解成什么？降解成双酚氨的多元醇，这个双酚类的多元醇是聚氨值的，可以再做成聚氨值树脂用，这是技术端。简单来说，我们主要围绕在三个点： 

立足生物基单体的结构特点，通过化学结构设计，合成高性能结构-功能一体化高分子材料，是提高不可替代性，增强生物基高分子竞争力的重要途径；

对热固性树脂而言，可以在分子结构设计阶段就考虑其废弃之后的处理问题，引入杂原子和功能化复合等手段，得到性能易于调控的功能化碳材料；

可持续热固性树脂必须考虑原材料的可再生，使用过程中的高性能，废弃之后的再利用，从我们的研究结果来看，全生命周期的可持续完全可以实现。

我们面向的市场是什么？第一个最大的市场是风机叶片市场，一讲风机叶片，首先会被问成本足不足够低？风机叶片树脂太便宜了，但回头想，中国人没有掌握这个技术的时候，它并不便宜，中国人把它做通了之后，马上便宜了，然后外企不干了，觉得利润太低。我们现在的可降解树脂，它的价格比市售的稍微贵一丁点，大概10% 左右，市场完全是能接受的。 

第二个市场是电工，电工复合材料里有一个产品可能马上会替代，就是干式变压器。以前电压器把电压棒放到泡的油里面，用外壳包住，后来国外发生很多爆炸，所以现在要变成干式。铜棒要用树脂封起来，那就会有一个问题，铜棒这些附加值高的金属回收。 

第三个市场是新能源汽车，新能源汽车一定是要配合轻量化，轻量化怎么体现？就是复合材料。当然现在复合材料在汽车利用上遇到一些瓶颈，但我相信只要趋势在那里，它肯定能走过去。新能源汽车复合材料用多了，会比风机叶片的污染更严重，因为它是分散的，风机叶片是集中的。 

还有一些相对小宗的领域，消费电子品、运动器材等等。现在谷歌和苹果已经在宣传，新产品用的材料一定都是可再生或者是可降解的，这些市场虽然相比不大，但是附加值比较高。 

当然，还会有一些潜在的应用领域，现在没有想到的，未来可能也会有。 

不同的应用领域对降解的目标和需求也不一样。比如变压器里面，降解的目的是什么？是要把贵重的金属回收，关注降解之后的产物能不能用；比如玻璃纤维复合材料，因为玻璃纤维不贵，首要讲的降解的树脂能够用好玻璃纤维。所以，要根据降解的目的，根据经济性来制定降解的策略。