生物基高分子材料 绿色革命与产业变革——聚焦中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研发探索

在全球应对气候变化、推动可持续发展的时代浪潮下，生物基高分子材料作为传统石油基材料的重要替代品，正迎来前所未有的发展机遇。中国科学院宁波材料技术与工程研究所（以下简称“宁波材料所”）的生物基高分子材料课题组，正是这一前沿领域的重要探索者与创新引擎，致力于通过尖端技术研发，推动我国生物基材料产业的高质量发展。

一、生物基高分子材料的战略价值

生物基高分子材料是指以可再生的生物质资源（如淀粉、纤维素、木质素、植物油及糖类等）为原料，通过生物、化学或物理方法制备的高分子材料。其核心优势在于：

1. 可再生性：原料来源于生物质，可实现碳循环，减少对化石资源的依赖。
2. 环境友好性：部分材料具备生物可降解性，有助于缓解“白色污染”问题。
3. 低碳足迹：其生命周期内的碳排放通常低于传统石油基材料，助力“双碳”目标实现。

二、宁波材料所课题组的研发方向与技术突破

宁波材料所生物基高分子材料课题组依托中国科学院强大的科研平台，聚焦国家重大需求与产业技术瓶颈，开展了系统性的研究工作，主要方向包括：

1. 高性能生物基单体与聚合物的设计与合成：

• 开发新型高效的催化体系，将生物质平台化合物（如糠醛、5-羟甲基糠醛、乳酸、琥珀酸等）转化为具有特定结构与功能的高性能单体。

• 创新聚合方法（如酶催化聚合、可控聚合等），制备分子量可控、结构明确的生物基聚酯、聚酰胺、聚氨酯等，其力学性能、热稳定性、耐化学性可媲美甚至超越传统工程塑料。

1. 生物基可降解材料的改性与应用拓展：

• 针对聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等主流生物可降解材料存在的脆性、耐热性不足等问题，通过共聚、共混、纳米复合等手段进行增强增韧改性。

• 研发适用于3D打印、高端包装、医用敷料、农业地膜等领域的专用牌号材料，提升材料附加值。

1. 生物基功能材料的创制：

• 利用生物质分子的独特结构，设计开发具有自修复、形状记忆、刺激响应、抗菌、阻燃等特殊功能的智能材料。

• 探索生物基碳材料、生物基弹性体等在新兴领域的应用潜力。

1. 绿色加工技术与全生命周期评价：

• 研究生物基材料的节能、高效加工成型工艺（如发泡、纺丝、注塑），降低生产成本。

• 建立从“原料种植/收集”到“废弃后处理”的全生命周期环境效益评估模型，为材料设计与政策制定提供科学依据。

三、从实验室到产业化的桥梁

课题组不仅注重基础研究与原始创新，更积极践行“料要成材，材要成器，器要好用”的理念，致力于推动科技成果转移转化：

• 产学研协同：与国内外知名高校、企业建立紧密合作关系，共建联合实验室或研发中心，共同攻克关键技术。
• 工程化与中试：在宁波材料所完善的工程化平台上，进行工艺放大与中试验证，为规模化生产提供可靠的技术包。
• 服务地方经济：紧密结合浙江省及长三角地区雄厚的制造业基础与市场需求，推动生物基材料在汽车、家电、纺织、日化等传统产业的绿色升级。

四、未来展望与挑战

尽管前景广阔，生物基高分子材料的大规模商业化仍面临原料成本、综合性能、回收体系等多重挑战。宁波材料所生物基高分子材料课题组将继续秉持创新精神，未来可能在以下方面深入探索：

• 原料多元化与高值化利用：开发非粮生物质（如秸秆、林业废弃物）的高效转化技术，避免与人争粮。
• 分子精准合成与人工智能辅助设计：利用计算化学与机器学习，加速新型生物基聚合物的发现与性能预测。
• 闭环循环体系构建：研究生物基材料的化学回收与升级回收技术，实现真正的循环经济。

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中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料课题组的研发工作，是我国在绿色材料科技领域奋勇争先的一个缩影。通过持续的技术创新与产学研深度融合，该团队正努力将丰富的生物质资源转化为性能优异、环境友好的先进材料，为构建资源节约型、环境友好型社会，保障国家材料战略安全提供坚实的科技支撑，在生态文明建设的宏伟蓝图中书写重要的材料篇章。