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王瑞在中試現場。受訪者供圖

2025年1月1日，當千家萬戶沉浸在元旦佳節的溫馨中時，在大連市松木島中試基地的廠房里，十余名科研人員卻圍坐在三層樓高的工業裝置旁。他們手里端著熱騰騰的餃子，耳邊響著窗外寒風的呼嘯聲。

在這處尚未配備供暖設備的臨時廠房里，此起彼伏的討論聲中，中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱大連化物所）副研究員王瑞臉上露出了一絲擔憂。作為這套中試裝置技術負責人，他看著自己哈出的白氣在寒風中瞬間消散，卻渾然不覺周身寒意——此刻他全部的注意力都聚焦在設備上，因為一旦設備遭遇冷凍，就會影響實驗進度。

經過團隊的不懈努力，僅僅一個月后，國內首套一步法聚乙醇酸千噸級中試裝置就在這里建成。

從實驗室玻璃器皿到千噸級反應釜，這條路他們走了一年；而從王瑞初識聚乙醇酸到“駕馭”其分子密碼，這段征程已跨越五載春秋。“‘材料人’的終極使命，就是讓材成料、料成器、器有用。”王瑞說。

解決過剩產能的“秘籍”

聚乙醇酸是一種神奇的生物可降解高分子材料，具有良好的生物相容性、氣體阻隔性及海水可降解性。與傳統性能穩定的高分子材料，如塑料、橡膠等不同，聚乙醇酸在使用了一定時間后可逐漸降解，最終變成對人體、動植物和自然環境無害的水和二氧化碳，是當前少有的可降解工程塑料，常被用于醫療、食品、農業等領域。

“以我國煤化工產業為例，煤制乙二醇存在一定的產能過剩問題，而聚乙醇酸正是其下游衍生的高分子材料。”王瑞介紹道，“如果能將這部分‘過剩’產能轉化為可降解且實用性強的聚乙醇酸，或許能成為當前產業困境的突破口。”

2020年，王瑞就注意到我國煤化工產業亟待突破的關鍵領域——低成本制備聚乙醇酸技術領域。彼時團隊正深耕于高分子材料的應用研究，對聚乙醇酸的制作方法十分了解。

“目前國內合成聚乙醇酸的主流工藝是兩步法：先將乙醇酸單體脫水縮合生成中間體乙交酯，再通過乙交酯開環聚合最終得到聚乙醇酸。”王瑞解釋道，“但這種工藝步驟煩瑣、能耗高，表面上看是兩個步驟，實際上需要五個工藝單元，這導致了生產成本居高不下，難以實現規模化生產。如果能將兩步反應整合為一步直接聚合，就能大幅簡化流程、降低成本，為產業化鋪平道路。”

有了這個想法后，王瑞立馬著手給流程“減負”。他首先想到的是用原料直接制備高分子量聚乙醇酸，省去中間體乙交酯的合成與提純環節。這其中最重要的就是催化劑的反應工藝。

“基于團隊在高分子材料領域的技術積淀，我們在研究中發現鈦類催化劑可與現有工藝裝備實現深度耦合，通過催化反應路徑能直接合成目標產物聚乙醇酸，并順利完成實驗室級小試驗證。”王瑞回憶道，“我們團隊一直以來都十分注重工業化應用，在取得階段性成果后，就立刻按照‘小試-中試-工業示范’的技術路徑逐級放大。”

短短一年的“轉變”

組建起工業化團隊后，王瑞帶領大家自2024年年初就駐扎到距離大連市區約80公里的長興島孵化工廠，開展進一步放大試驗。而在工業化過程中，他們馬上遇到“管道栓塞”這一難題。

“聚乙醇酸的特點是非常容易結晶，在生產過程中會堵塞設備的管道。我們在實驗室階段就發現了這個問題，常規處理方式是采取機械疏通等應急措施。然而當工藝向工業化生產體系擴展時，我們才意識到這看似是一件‘小事’，實際上卻會導致整條產線停擺，最終成為制約規模化生產的重大工藝隱患。”

王瑞當即決定解決問題，而“破解之法”恰巧在于聚乙醇酸“規整”的結構。“我們從聚合物結構出發，通過加入助劑破壞聚乙醇酸內部的結構，使其分子排列得不再規整，導致材料的穩定性變差。這樣既保持了聚乙醇酸整體的材料性能，又能避免其過度整齊引發的結晶。”

無論是2024年春節假期還是尋常周末，從實驗室級別的5升微型反應釜，逐步升級至20升、50升中型設備……團隊累計完成上百輪工藝驗證試驗，并通過持續優化反應參數、改進設備結構設計，最終成功突破千噸級中試技術瓶頸。

隨后，團隊與設計院協同攻關，在松木島中試基地完成工業化放大裝置的建設，短短一年時間就完成了一步法制聚乙醇酸千噸級中試。

“我們以煤基草酸二甲酯這種過剩產能為原料，合成出聚乙醇酸這類綠色可降解的材料，成功實現產業鏈向高值化延伸。”王瑞說。

“每一次探索都是一個新的收獲”

這雖然不是王瑞讓實驗室技術成功走進工廠的第一次經歷，但于他而言十分特殊。“這套裝置是我做過最困難的一套，因為此前國內沒有相關產業化經驗，所以我們只能摸著石頭過河，一點點找到竅門，最終只花了一年時間就成功轉化，我還是很激動的。”

工業化過程中，也充滿著大量看上去重復、枯燥的實驗，但是王瑞樂在其中。“它并不是簡單的重復，每一次實驗結果都是有區別的，哪怕有一些過程失敗了，但是對于工業化來說都是很好的積累。對于比較新的領域，每一次探索都是一個新的收獲。”

在高分子材料領域深耕產業轉化，王瑞始終記得自己的導師、大連化物所研究員周光遠的一句話——“做科學研究，每一分錢都要對得起納稅人”。在自己成為課題組負責人后，王瑞也承擔起相關戰略分析布局的責任。在他看來，一個以應用轉化為核心的研究組，不能完全天馬行空地想象，重點要放在推動產業化應用的技術研究上，但是對于新型材料、符合國家長遠發展方向的研究也要給予重視，這樣團隊才能長遠發展。

而面對人工智能的浪潮，王瑞正在積極探索新方向。他希望未來在高分子材料領域貼上自己的“標簽”：“對于材料領域來講，最終要走向應用，我們需要積極應對時代變革，多站在企業的角度考慮問題。”

在王瑞課題組里，學生都親切地喊他“瑞哥”。他說：“我希望大家的氛圍輕松一點，做實驗開開心心的，一起把項目做好。”

現在，王瑞還在積極推進產業化進程，希望使“一步法制聚乙醇酸技術”真正落地。聚乙醇酸是一種不僅能在堆肥條件下降解，還能在海水環境中完全分解的高分子材料，其優異的環保特性可以推進其在日常生活中的大規模應用。“未來能替代目前生活中常用的塑料體系。”王瑞說。

（原載于《中國科學報》?2025-06-09?第4版?轉移轉化）