【弘扬科学家精神：优秀科技工作者风采录】

【编者按】为大力弘扬科学家精神，生动展现化工领域科技工作者报国为民的风采，引领广大化工科技工作者肩负起历史责任，不断向科学技术广度和深度进军，中国化工学会开展“弘扬科学家精神：优秀科技工作者风采录”系列活动。活动将展示化工领域优秀科学家和科技工作者笃行不怠、科技报国、勇当高水平科技自立自强排头兵的卓越风采和创新精神，以增强荣誉感和科技报国的使命感，形成推进高水平科技自立自强、建设科技强国的强大合力。

        为坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，加快实施人才强国战略，培养造就德才兼备的高素质人才，中国化工学会于2018年开始会士评选工作，以表彰在化工科学技术领域方面做出重大、创造性的贡献和成就的会员。截至目前，学会已完成六届评审，评选出会士89名。为弘扬科学家精神、充分发挥中国化工学会会士在会员中的表率作用，中国化工学会在官方网站、微信公众号上开设“会士风采”栏目，邀请部分会士作为首批宣传对象展示风采，并以科普的形式，用通俗易懂的语言介绍其研究领域，向公众宣传普及化工知识、展示化工在科技强国中所做的贡献。敬请关注！

中国化工学会会士风采：乔金樑

一、 乔金樑个人简历

        原中国石化首席专家、北京化工研究院副院长。分别在中国科技大学、北京化工研究院和北京大学获得学士、硕士和博士学位。长期坚持从基础研究出发进行聚烯烃等高分子材料的技术创新，获境内外发明专利授权460多件，发表SCI论文 130余篇。获国家发明二等奖二项、国家科技进步二等奖一项、中国专利金奖一项和优秀奖三项。还获得亚洲化学联合会“经济发展杰出贡献奖”、中国化学会“化学贡献奖”、中国化工学会“侯德榜化工科学技术成就奖”、中国石化联合会赵永镐科技创新奖、中国科协“全国优秀科技工作者”和华锐成就奖等。曾任中国化学会高分子学科委员会副主任委员、973项目首席科学家、中国合成树脂协会副理事长兼聚烯烃分会会长等，是首批国家新世纪百千万人才工程国家级人选、中国化工学会首批会士。

二、研究领域介绍

        聚烯烃等高分子材料与国民经济、国防军工密切相关。乔金樑长期担任聚烯烃国家工程研究中心主任，坚持从基础研究出发进行技术创新，推动了我国聚烯烃等高分子产业从跟踪创新向原始创新的转变。

        基于对橡胶乳液辐射交联的基础研究，发明了纳米橡胶粒子并在橡塑共混理论和高分子助剂分散方法二方面取得了原创成果。橡胶粒子产品在国防军工和高性能聚烯烃等新材料中广泛应用。并批量出口日本等国。

        根据传统橡塑共混理论，橡胶可使塑料的韧性提高而耐热性下降，同时提高韧性和耐热性被认为是不可实现的重要挑战。他通过基础研究发现，当橡胶粒径为纳米尺度时，会使橡胶粒子在塑料基质中的间距小到使界面过渡层相互关联，从而限制塑料分子的运动自由度，使其玻璃化温度提高。这样，橡胶在增韧塑料的同时也可提高其耐热性。据此，建立了同时提高橡塑共混物韧性和耐热性的结构模型，为制备高韧性高耐热橡塑共混材料提供了理论依据。成果不仅丰富了橡塑共混理论，也得到广泛应用。例如，纳米尺度橡胶粒子在使环氧树脂韧性大幅度提高的同时，热变形温度可提高57℃。在碳纤维预浸料中应用，材料韧性和耐热性同时得到大幅度提高，并且综合力学性能和工艺性能优势明显，已在大型无人机用碳纤维复合材料等高端技术领域被广泛应用；制备的高性能摩擦材料在汽车刹车片等材料中得到大量应用；制备的高耐热高韧性酚醛树脂模塑料满足了无铅焊料的高温焊接要求，不仅使我国摆脱了依赖进口的局面，还实现了向发达国家的出口。

        塑料助剂粒度与分散性矛盾是困扰其发展的难题之一。助剂粒度越小性能越好，但在聚合物中越难分散。例如，无机纳米粒子可大幅度提高聚合物性能，但分散困难，严重制约了高分子纳米复合材料的发展。通过将超细助剂负载在纳米橡胶粒子的二次粒子表面，可实现超细助剂在高分子材料中的均匀分散；该方法还使液体助剂实现了纳米尺度分散。采用该方法生产的高性能聚烯烃等新材料不仅广泛应用于汽车和家电制品中，还成功创制了回收率达到95%以上的可回收聚乙烯地膜，已广泛应用于新疆及哈萨克斯坦等国的棉田中。与传统聚乙烯地膜相比，保滳保温性能更佳，棉花产量不降反升。所回收的地膜已被用于制备周转箱等当地需要的塑料制品。制备的抗菌塑料制品克服了抗菌高分子材料耐水性差的技术难题，已大量应用于洗衣机和地毯等产品中，并向日本等国家出口。由于抗菌剂及载体均可达到纳米级，助剂用量大幅度减少，还在世界上首创了抗菌聚丙烯树脂及其抗菌无纺布材料。

        聚烯烃链结构是影响其性能的关键。为研究和调控聚烯烃分子链结构，他负责组建了我国第一个聚烯烃微观结构表征实验室，系统研究了共聚单体和等规结构在分子链间的分布及其对聚烯烃性能的影响。通过控制共聚单体和等规结构分布开发并产业化了多个原创及高性能聚烯烃新材料，不仅顶替了进口，还实现了向发达国家的出口，为我国聚烯烃产业从跟踪创新向原始创新的转变做出了卓越贡献。例如，他与杨玉良院士共同作为“973”项目“通用高分子材料高性能化的基础研究”首席科学家，系统研究了乙烯在聚丙烯分子链间分布对高速BOPP（双向拉伸聚丙烯）树脂拉伸稳定性的影响，设计了满足高速拉膜工艺所需聚丙烯的链结构，突破了“高速BOPP树脂等规度必须小于96%”的业内共识，产业化了等规度≥98%的高速高强度BOPP树脂，全面顶替了进口产品；根据“973”项目的基础研究成果，还与同事共同发明了用外给电子体调控聚丙烯等规结构分布的新方法，制备出了多种传统方法难以制备的高性能聚丙烯树脂。其中，均聚高速BOPP突破了“高速BOPP树脂必须共聚少量乙烯”的传统共识，在世界上首创了大分子量组分低规整度、小分子量组分高规整度的均聚聚丙烯树脂产品。该技术已成为我国新一代聚丙烯生产工艺的核心技术，被广泛应用；他负责的中国石化重大专项“高附加值合成树脂关键技术开发及应用” 通过设计和控制共聚单体及等规结构在分子链间的分布产业化了4类原创和6类高性能聚烯烃新产品，实现了我国聚烯烃产业从跟踪创新向原始创新的转变。其中，原创的聚丙烯G树脂通过使共聚单体向高分子量组分移动，同时实现了高透明和低可溶物含量，在医疗和食品方面应用有重要意义和明显优势，是第一个被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）立项研究的中国首创商业化高分子新材料。作为项目负责人，他与来自4个国家的9个科学家共同完成了该项目。

       鉴于其在聚烯烃等高分子材料方面的创新性贡献，他多次受邀在国内外重要学术会议作大会报告，包括中国化学会第27届学术年会（2010，厦门，中国），全国高分子学术论文报告会（2021，北京），22nd annual meeting of the polymer processing society(2006，Yamagata, Japan)，24th annual meeting of the polymer processing society(2008，Salerno, Italy)， 23rd International Polyolefins Conference of the Society of Plastics Engineers (2011, Houston, USA),  美国塑料工程师学会2013年学术年会（SPE ANTEC 2013，Cincinnati）, 28rd International Polyolefins Conference of the Society of Plastics Engineers (2016, Houston, USA),  第二届材料科学与工程国际会议（2017，西安），第十一届全国高聚物分子与结构表征学术研讨会（2018，武汉）等。2011年他受美国塑料工程师学会邀请，成为在最权威聚烯烃国际会议作大会邀请报告的首位中国学者。

美国塑料工程师学会2013年学术年会

与曹湘洪院士和毛炳权院士交流

与同事的技术讨论会

三、事迹和故事分享

        当前，我国合成树脂产业面临前所未有的挑战。一是人类面临的“白色污染”和“绿色”发展的共同挑战，二是我国特有的结构性过剩（通用产品产能过剩，高性能产品大量进口）的挑战，三是全球“产能过剩”和我国原料成本高（炼油过剩，无乙烷原料）叠加对我国合成树脂产业的挑战。其中，在全球产能过剩的背景下原料成本高是我国合成树脂行业面临的最大，也是最难应对的挑战。如果不能大幅度降低我国合成树脂产业的原料成本，我国合成树脂产业将面临灭顶之灾。

        通过基础研究开发原创技术是使我国合成树脂产业起死回生的重要途径。但是，目前鲜有此方面的基础研究报道。幸运的是，一次在与杨万泰院士的聊天中（那时他还不是院士），首次知道了他发明的“自稳定沉淀聚合”新方法。随后，我们开始了深入的实质性合作，得到令人兴奋的创新结果。在杨万泰院士自稳定沉淀聚合技术基础上，我们发明了聚合分离技术，可以将我国C4、C5、C8和C9等未资源化利用的烯烃和烷烃混合物进行低成本分离，不饱和组分可以与马来酸酐共聚，得到“马来酸酐-烯烃交替共聚物”，不能聚合的烷烃则可作为乙烯裂解的原料，不仅可以大幅度降低我国乙烯工业的原料成本（有望与页岩气成本相当），还可以形成一个高附加值通用高分子材料新产业。该发明创造能否被商业化应用取决于二个关键因素，一是聚合反应的工程化技术，二是“马来酸酐-烯烃交替共聚物”产品的市场潜力。通过杨万泰院士团队和我院研究团队多年的努力，不仅解决了聚合反应的工程化技术难题（已建立了中试和产业化生产装置），还开发了“马来酸酐-烯烃交替共聚物”产品新的应用领域，包括无甲醛木材粘合剂、水泥减水剂、树脂改性剂等通用大宗产品和吸湿剂、抗紫外剂、气凝胶、不泄露的相变储能材料、PET成核剂、薄膜开口剂、光扩散剂等高附加值聚合物产品，年需求量超过2000万吨。

        虽然“自稳定沉淀聚合”和“聚合分离技术”技术结合有望解决我国合成树脂行业面临的最大，也是最难应对的挑战。但是，不解决“白色污染”和“绿色”发展的挑战，我国合成树脂产业还是很难长期稳定的发展。我们有没有可能采用低成本绿色原料，例如CO₂、秸秆和树枝等废弃生物质、废弃聚合物生产现有高分子材料，发展具有我国特色的“低成本、高端通用合成树脂材料”产业，提高我国合成树脂产品的附加值呢？

        我们探索了“目标明确的自由探索”研究模式（如下图所示）， 在开发油水分离海绵材料的过程中，发现了微波辐照碳材料可以产生等离子体的实验现象，即微波可以使多孔碳材料产生高温，较长的微波时间可以使所有种类高分子材料完全气化；而较短的微波时间（总热量不够）可以使高分子发生化学反应，但不降解。据此发明了“超过聚合物熔点的聚合物固相接枝”新方法、废弃高分子材料化学回收、碳纤维复合材料升级回收、高温固相接枝、二氧化碳加水制合成气等新方法。其中，二氧化碳加水制合成气技术有望用于制备二氧化碳基、生物基、废塑料基合成油，不仅有望降低我国乙烯原料成本，还可制备二氧化碳基现有石化产品，从而提高我国石化产品附加值。

        我们的研究结果显示，我国不是一个资源丰富的国家，难以靠低成本原料取得竞争优势。但是，我们可以通过基础研究，开发颠覆性创新技术，并将这些新技术转化为生产力。对于有机高分子材料产业和石化产业，我们完全有可能将没有资源化利用的含碳氢物质低成本转化为乙烯原料，降低我国乙烯工业原料成本，减少碳排放，并提高产品附加值。