2019国家科学技术奖提名-高性能聚乳酸产业化的关键技术创新及应用

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国家科学技术奖提名公示内容（2019年度）

科技进步奖：

项目名称:高性能聚乳酸产业化的关键技术创新及应用

提名者：中国科学院

提名意见:该项目团队与浙江海正集团合作，突破了聚乳酸产业化过程中的系列关键科学与技术问题，取得了多项创新性成果。建成了1.5万吨/年聚乳酸生产线，实现了继美国NatureWorks后世界第二家聚乳酸规模化生产和应用。聚乳酸产品全面达到美国NatureWorks公司产品的性能指标，其中旋光纯度和熔点更高，耐热和耐老化性能更优。开发了30余个不同牌号的聚乳酸专用树脂，覆盖了挤片、注塑、吹膜、纺丝和3D打印等领域。与长春圣博玛生物材料有限公司合作，开发的聚乳酸骨折内固定用超高强度可吸收接骨螺钉和接骨板产品获得了国家食品药品监督管理总局医疗器械注册证（三类），产品性能超过进口同类产品，已实现国内销售，并进入辽宁省医保目录。可吸收界面螺钉、可吸收带线锚钉和可吸收防粘连膜三个在研产品正在进行临床试验。近三年，项目完成单位及应用单位的聚乳酸及其制品的新增销售额达10.68亿元，新增利润达6162万元。鉴于该项目在聚乳酸材料领域做出了创造性的成就和重大贡献，对我国聚乳酸材料的研发及产业化具有重要的引领和示范作用，同意提名参加“国家科学技术进步奖”评审。

项目简介:

该项目隶属于高性能高分子材料研究领域。在全球提倡低碳环保的大背景下，可降解生物基材料在可持续发展和环境保护等方面比传统塑料更具显著的优势。作为生物降解材料中性价比最高的品种，聚乳酸以其良好的降解性能广泛用于包装薄膜、泡沫、餐具、纺织纤维、农业等领域。同时医用聚乳酸因其具有良好的生物相容性和体内可吸收性，在骨折内固定、手术缝合线、药物控制释放等领域

也发挥着重要作用。该团队针对聚乳酸产业化过程中的关键科学和技术难题，与浙江海正集团及长春圣博玛生物材料有限公司合作进行基础研究和工艺技术联合攻关，取得如下创新性结果：

1.聚乳酸产业化关键技术研发及应用

（1）发明了苯甲酸亚锡，席夫碱铝等三类催化体系。解决了乳酸低聚、裂解制备丙交酯及其聚合生产过程中催化效率低和消旋化的技术难题。聚乳酸产品全面达到美国NatureWorks公司产品的性能指标，其中旋光纯度和熔点更高，耐热和耐老化性能更优。

（2）开发了乳酸脱水缩聚导流筒卧式反应器、低聚乳酸裂解专用膜式反应器和平推流塔式聚合反应器，解决了单体生产和本体聚合过程中高粘度体系传质传热难的瓶颈问题，实现了聚乳酸分子量的精确调控。利用该技术在浙江海正建成了1.5万吨/年聚乳酸生产线并满产运行，并与富士康集团合作在吉林长春建成1万吨/年聚乳酸生产线。目前正在浙江台州建设5万吨聚乳酸生产线。

（3）发明了多种改性聚乳酸的共聚物、增韧剂、成核剂以及抗水解剂，显著提高了聚乳酸的柔韧性，断裂伸长率提高70倍，熔体粘度提高2个数量级，实现了聚乳酸应用领域从刚性制品到柔性制品的突破。开发了30余个不同牌号的聚乳酸专用树脂，覆盖了挤片、注塑、吹膜等领域。部分专利技术在长春益田生物科技有限公司实施。

2. 医用级聚乳酸原料与器件开发

（1）发明了羟基磷灰石原位接枝低聚乳酸方法，解决了复合材料均匀共混的难题。开发了无溶剂精制丙交酯技术和医用级聚乳酸类高分子材料规模化制备关键技术，获得了PLLA、PLGA等30余个品种的医用高分子材料，建成国内唯一符合GMP标准的多品种、规模化医用级聚乳酸类材料的生产线，产能达到10吨/年。开发的聚乳酸骨折内固定用超高强度可吸收接骨螺钉和接骨板产品已获得2个国家食品药品监督管理总局医疗器械注册证（三类）。

（2）开发了医用聚乳酸精密注塑加工工艺和相转化制备技术，研制了运动医学类产品：可吸收界面螺钉、可吸收带线锚钉和可吸收防粘连膜产品，产品性能超过进口同类产品，目前均已进入临床试验阶段。

该项目获授权专利62项。获中国石油和化学工业协会技术发明一等奖（2011

年），中国化工学会“第六届侯德榜化工科学技术奖”，中国科学院科技促进发展奖一等奖（2014 年），吉林省科技进步一等奖（2007，2011年），第十八届中国专利优秀奖，并牵头起草聚乳酸国家标准（GB/T 29284-2012）。近三年，项目完成单位及应用单位的聚乳酸及其制品的新增销售额达10.68亿元，新增利润达6162万元，并成为聚乳酸材料领域基础研究和应用开发的领军团队，奠定了聚乳酸产业在新型生物基材料行业中的龙头地位，为促进我国高分子化学工业的可持续发展，构建节约型和谐社会做出了贡献。

客观评价:

聚乳酸是世界公认的21世纪最具发展前景的绿色环保材料，其生产步骤多，工艺复杂，涉及化学和化工技术范围广，是世界各国竞相研发的热点。目前主要生产国家有美国、日本、德国等，但是由于技术原因，只有美国NatureWorks公司达到了大批量的产业化，产能达到14万吨/年。目前采用该项目技术的浙江海正生物材料股份有限公司实现了产业化，达到了1.5万吨/年的产业化生产能力，并已开工建设5万吨/年生产线。医用聚乳酸规模化制备技术被荷兰普拉克公司垄断，但因品种单一，限制了下游可吸收植入器件的发展。应化所团队与长春圣博玛生物材料有限公司合作，开发了医用聚乳酸类高分子材料规模化制备技术，建成了国内唯一符合GMP标准、多品种、规模化生产医用聚乳酸类材料的生产线，实现年产能10吨，获得30余个型号医用聚乳酸类高分子材料。该项目实施过程中取得了重要的研究成果，获得多项聚乳酸类医疗器件的加工技术，授权国家发明专利62项，发表SCI收录论文65篇。

1. 学术评价

相关工作发表论文“Nano-composite of poly(L-lactide) and surface grafted hydroxyapatite:Mechanical properties and biocompatibility ”， Biomaterials 2005,26, 6296-6304，影响因子：8.806，该论文他引256次。日本丰田技术研究所Masami Okamoto教授在Prog Polym Sci 2013, 38, 1487上评述该论文：“表面接枝羟基磷灰石纳米颗粒在表面上分布更均匀，从而提高了聚乳酸/表面接枝羟基磷灰石纳米复合材料的细胞相容性。该纳米复合材料可在所需部位诱导与促进新骨形成，对于生物医学领域具有意义”。

相关工作发表综述论文“聚乳酸的基础研究及产业化应用”(Polylactic acid (PLA): Research, development andindustrialization, Biotechnol. J. 2010, 5, 1125-1136.

影响因子：3.507)，该论文他引105次。

2.行业评价

2012年，该项目组作为牵头单位参与起草聚乳酸国家标准：GB/T 29284-2012。

2007年，第四届世界华商组织高峰会议授予该项目组“生物可降解材料—聚乳酸树脂及制品”成果“世界华商创新奖”。

2011年“聚乳酸新材料关键技术研发与产业化应用” 获“中国石油和化学工业联合会技术发明奖”。

2014年，“聚乳酸新材料关键技术研发与产业化应用”团队荣获“中国科学院科技促进发展奖科技贡献奖一等奖”。

2014年，第一完成人获得第六届“侯德榜化工科技创新奖”。

2011年，该团队获得吉林省科学技术进步奖一等奖，获奖项目：可降解医用高分子材料的基础应用研究。

2007年，该团队获得吉林省科学技术进步奖一等奖，获奖项目：新型生物可降解高分子的合成与应用探索。

2016年，核心专利“苯甲酸亚锡的新合成方法” （专利号：ZL200610049287.2）获得“第十八届中国专利优秀奖”。

2008年，浙江省科技厅组织专家对“生物降解塑料聚乳酸”项目进行鉴定。专家组一致认为浙江海正生物材料股份有限公司生产的聚乳酸“生产工艺合理先进，在催化体系及连续聚合工艺上有创新”。

2009年，该项目中5000吨/年生产线获国家发展和改革委员会颁发的《国家高技术产业化示范工程》。

2012年，该项目中聚乳酸材料被列入国家工信部新材料产业“十二五”发展规划重点产品名录。

2015年，可吸收接骨螺钉和可吸收接骨板获得中华人民共和国医疗器械产品注册证。

2007年，该项目组与合作企业长春圣博玛生物材料有限公司共建“吉林省聚乳酸生物可降解材料科技创新中心”。

3.用户评价

从2006年至今，该项目组与浙江海正生物材料股份有限公司，张家港市安

顺科技发展有限公司，东阳市盛林塑胶有限公司，浙江翔光新能源科技有限公司，台州市优天然生物材料股份有限公司等数十家公司建立了长期的合作关系。上述企业均认为该团队与浙江海正生物材料股份有限公司研发生产的聚乳酸原料树脂及改性树脂质量稳定，性能优良，各项性能指标均能满足客户要求，并且在生产线上使用情况良好，达到稳定生产。目前市场前景良好，均希望与该项目组及浙江海正生物材料股份有限公司继续合作，进一步开拓聚乳酸制品市场。

另外，可吸收接骨螺钉和可吸收接骨板产品已在北京、河北、山东、宁夏、广东和东北三省实现市场销售，并进入辽宁省医保目录，获得医生和患者的一致好评。

应用情况:

聚乳酸产业化顺利实施之后，根据聚乳酸材料的特点，推出一系列改性牌号，极大地拓展了聚乳酸应用领域。现拥有聚乳酸及聚乳酸改性牌号约30个，其中主力销售牌号6个。与相关企业合作将聚乳酸及改性塑料用于工业化生产，先后在十余家企业成功应用，产品包括一次性耐热餐具、餐盘、水杯、户外水壶、超市购物袋、文具等。根据相关企业反馈的销售数据，近三年，项目完成单位及应用单位的聚乳酸及其制品的新增销售额达10.68亿元，新增利润达6162万元。

主要完成人情况:

陈学思，排名1，研究员，工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。作为该项目的总负责人，全面安排和指导聚乳酸产业化的具体工作。针对第一项科技创新有重要贡献，解决了乳酸低聚、裂解制备丙交酯及其聚合生产聚乳酸的催化效率低以及立体结构消旋化的技术难题发明的聚乳酸树脂的快速成核剂，制品耐热使用温度进一步大幅度提高到180℃。针对第二项技术创新有重要贡献，发明了羟基磷灰石原位接枝低聚乳酸方法，建成了国内唯一符合GMP标准的多品种、规模化医用级聚乳酸类材料和器件的多条生产线。

边新超，排名2，副研究员，工作单位为中国科学院长春应用化学研究所，完成单位为浙江海正生物材料股份有限公司。作为该项目组委派的企业负责人直接参与该项目的管理和生产工作。针对第二项科技创新有重要贡献。发明了乳酸脱水缩聚导流筒卧式反应器，解决了单体本体聚合过程中高粘度体系的传质传热瓶颈问题，在高左旋聚乳酸树脂和耐热树脂的开发中也起到了重要作用。

庄秀丽，排名3，研究员，工作单位为中国科学院长春应用化学研究所，完成单位为长春圣博玛生物材料有限公司。全面负责医用聚乳酸原料与植入器械产品的产业化研发、技术转化和生产销售。本人带领团队设计建成了国内首条符合GMP标准、多品种、年产能10吨的医用聚乳酸类高分子材料生产线，获得了分子量可控，降解时间可调，不同种类的生物可降解聚酯类高分子材料；设计开发了多项人体可吸收植入医疗器械，其中，可吸收接骨螺钉、可吸收接骨板于2015年9月获得2项CFDA三类医疗器械注册证。

庞烜，排名4，研究员，工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。本人针对本项目的第一项科技创新做出贡献。设计了新型催化剂，可选择性聚合丙交酯得到高熔点的聚乳酸。参与设计了聚乳酸树脂的成核剂，可促进结晶的生长、细化晶体尺寸，成核效果好，结晶速度较快、具有较强的抗氧化性能、耐热性、抗水解性。

孙海，排名5，副研究员，工作单位为中国科学院长春应用化学研究所，完成单位为长春圣博玛生物材料有限公司。本人针对本项目的第二项科技创新做出贡献。开发了30余种不同结构组成的聚乳酸类医用高分子材料规模化制备技术，并帮助合作企业建成年产能10吨的生产线；开发了可吸收界面螺钉、可吸收带线锚钉等5种植入器件制备技术，其中3个产品已进入临床试验阶段；协助合作企业获得可吸收接骨螺钉和接骨板产品2项CFDA产品注册证，实现市场销售。

陈志明，排名6，高级工程师，工作单位和完成单位均为浙江海正生物材料股份有限公司。作为浙江海正生物材料股份有限公司的总经理全面直接负责聚乳酸产业化的研发，生产和销售。本人针对该项目的第一项科技创新做出贡献。主要在设备的高温高真空方面提出了具体的研发思想，解决了实际应用问题，对该化工产业领域高温高真空设备的发展起到关键的作用。

董丽松，排名7，研究员，工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。本人针对第一项科技创新做出贡献。研发出耐热、高熔体强度、高韧性等系列聚乳酸专用树脂，并结合市场需求，开发了注塑、吸塑和吹塑成型等聚乳酸制品，促进了聚乳酸树脂产业化和带动聚乳酸产业发展。

刘焱龙，排名8，副研究员，工作单位为中国科学院长春应用化学研究所，完成单位为浙江海正生物材料股份有限公司。本人针对本项目的第一项科技创新做出贡献。开发了新型聚乳酸快速结晶组合物及相应成型工艺,使聚乳酸耐热温度由60℃提升至180℃以上，增强聚乳酸树脂的市场竞争力。开发韧性聚乳酸及高熔体强度聚乳酸改性系列产品，延展性好、吹膜稳定性高，可在现有塑料成型设备成型，适应性好。

张宝，排名9，副研究员，工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。本人针对本项目的第一项科技创新做出贡献。设计了多种聚乳酸基嵌段共聚物，以及含有环氧基团的抗水解剂，显著提高了树脂的柔韧性和熔体强度，断裂伸长率从6%提高到400%以上，熔体粘度提高近2个数量级，实现了聚乳酸树脂应用领域从刚性制品到柔性制品的突破。

孙敬茹，排名10，副研究员，工作单位和完成单位均为中国科学院长春应用化学研究所。本人针对本项目的第一项科技创新做出贡献。参与发明了一系列完全生物可降解的聚乳酸基嵌段共聚物，显著改善了聚乳酸共混体系的相容性；开发了聚乳酸-聚甲基丙烯酸环氧丙酯嵌段共聚物，作为支化交联剂和热稳定剂对聚乳酸进行改性，提高了聚乳酸加工过程中的稳定性。

主要完成单位及创新推广贡献主要完成单位及创新推广贡献主要完成单位及创新推广贡献主要完成单位及创新推广贡献主要完成单位及创新推广贡献主要完成单位及创新推广贡献:

中国科学院长春应用化学研究所作为第一完成单位，负责总体技术方案制定，技术内容分析，技术路线确定，技术优化和产品定型等。与浙江海正集团合作建

成 1.5 万吨/年聚乳酸生产线，使我国成为继美国之后第二个掌握聚乳酸全套生产技术的国家，并已开工建设5万吨/年生产线。与长春圣博玛生物材料有限公司合作进行基础研究和工艺技术联合攻关，为早日实现植入医疗器械全面国产化奠定了科学与技术基础。负责制定了聚乳酸国家标准，为促进我国化学工业的可持续发展，构建节约型和谐社会做出了贡献。