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高校科技40年:聚合物涂層領域的技術革命,復旦大學技術創新紀實
2018-12-12 中國教育和科研計算機網

——復旦大學聚合物功能涂層制備關鍵技術創新成果紀實

  背景介紹:聚合物涂層是國民經濟建設和國防安全非常重要的功能材料,生活中使用的產品表面幾乎都需要涂覆涂層起裝飾、保護(如防腐、防污、防火、防老化等)或賦予新的功能(如吸波、隱身、防輻射、減阻、預警等)。

  改革開放前,我國工業基礎比較薄弱,1978年工業增加值僅有1622億元;改革開放后,我國工業以前所未有的生機和活力快速發展。1999年中國加入世界貿易組織(WTO),入世之后,中國依托出口拉動、投資拉動、消費拉動三駕馬車成為全球制造大國。2000年以后,大部分世界500強公司進入中國,借助外國投資的東風,環渤海、長三角和珠三角地區形成了世界級的制造中心,中國在100多個生產制造領域占據世界第一的位置,“中國制造”的貼牌堆滿了全世界的貨架;林林總總的工業產品填滿中國、走向國際。

  然而,由于產品材料本身的缺陷,所處環境的影響以及使用條件的限制,各種產品表面由于微生物附著、積累、繁殖常常導致污損現象的產生。例如,醫療器械在流體中,常伴隨著蛋白質、細胞和微小有機體的界面吸附,表面污損會危及器械性能和患者安全;海洋生物的有害附著會對船體以及其它海洋設施帶來一系列安全問題,使得船舶速度降低,油耗增加,而且會危害海上設施安全;在陶瓷產品生產等領域,表面抗污性也是一項重要指標等等。

  聚合物涂層質量的好壞直接影響產品和設備的安全、使用效能和壽命,是國民經濟建設和國防安全非常重要的功能材料,對產品的裝飾、保護(如防腐、防污、防火、防老化等)或賦予新的功能(如吸波、隱身、防輻射、減阻、預警等)起到了至關重要的作用。但長期以來,涂層的兩大主要原材料--樹脂成膜物和顏填料都為國外公司所壟斷,其中的核心技術知識產權幾乎為國外所占盡。我國的聚合物涂層研發與生產以仿制為主,主要是利用國外的樹脂、顏填料等來進行涂料配方的調整,不是從樹脂、顏填料這些關鍵原材料的設計與制備著手,這樣很難獲得自己的核心技術。

  2000年以來,復旦大學先進涂料教育部工程研究中心在國家和上海市重大科技計劃支持下,圍繞樹脂的分子設計合成、功能膠體微球的構筑等進行了一系列深入系統研究,取得了一系列原創性研究成果。一是發明了高固體分丙烯酸樹脂的“分離聚合”技術,解決了現有合成技術中丙烯酸樹脂分子量及其分布難以控制、樹脂溶液固含量低、VOC高的問題;二是發明了高固低粘納米復合樹脂的制備新技術,解決了親水的無機納米粒子在有機樹脂中難分散和團聚問題;三是通過有機-無機之間的靜電或酸-堿相互作用,使無機納米粒子起乳化劑功能,解決了傳統的丙烯酸樹脂乳液合成需要大量有機小分子乳化劑的問題,發明了不含任何傳統乳化劑的丙烯酸樹脂無皂乳液的制備新技術;四是發明了基于納米TiO2光催化降解原理的長效自清潔涂層的制備新技術,實現了超疏水自清潔涂層的大面積制備;五是發明了玻璃用透明隔熱保溫涂層的制備新技術等等。獲得了一大批性能可控的具有自主知識產權的聚合物功能涂層的制備關鍵技術。

  中心的相關工作在國際著名期刊上發表了一系列高水平學術論文,獲中國發明專利102項、國際PCT專利4項、美國專利1項,并在多家生產廠家成功實現了產業化,產品在汽車、世博會工程、艦船和海洋裝備、國防安全等國家的重大工程重點行業進行了成功應用,打破了國外的技術壟斷,推動了相關行業的技術進步,國際上許多著名公司都來尋求技術合作與轉移,部分技術實現了出口,社會效益和經濟效益顯著。中心先后獲國家技術發明二等獎1項、省部級技術發明和科技進步一等獎6項、自然科學一等獎1項,主要研究人員被國際同行公認為是“世界上從事聚合物智能涂料研究開發的領導者之一”。

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