『重磅来袭』中科院宁波材料所隆重推出《生物基高分子材料》一书

原创 Mr秋水人家 DT新材料

DT 新材料

内容简介

本书为中国科学院宁波工研院（筹）科技协同创新丛书之一。由朱锦和刘小青为主编，结合国内外生物基高分子材料的发展趋势，重点介绍了中国科学院宁波材料技术与工程研究所在生物基高分子材料领域的最新研究成果。中国工程院薛群基院士为本书作序。本书系统阐述了生物基高分子材料的发展意义、现状、面临的问题以及未来的发展思路，主要内容包含了新型生物基芳香高分子、生物基热固性高分子、生物基塑料及弹性体、生物基化学纤维、生物基涂料、生物基高分子助剂，以及木质素基碳纤维等材料的结构、性能和最新研究进展；书中贯通了当前重要生物基单体的合成、聚合、加工与成型应用整个技术链条，向读者全方位展示了生物基高分子材料未来发展的重要性和前景。

本书涉及的生物基高分子材料类型多、应用广，适合高分子材料与技术领域的研究人员、工程师及相关专业人员阅读，也可作为高等院校相关专业师生教学和自学的参考用书。

序言

自20世纪30年代H.Staudinger建立了高分子线链学说后，高分子科学和高分子材料得以快速发展。目前，高分子材料作为三大主体材料（金属材料、高分子材料、无机非金属材料）之一，已经广泛应用于航天航空、工程建筑、交通运输、农业、电气电子、包装等国民经济各个领域和人们的日常生活之中，具有不可替代的重要作用。据不完全统计，2014年全世界高分子的年产量和使用量已经超过3亿吨。由于高分子材料目前几乎全部来源于石化资源，它在支撑社会经济高速发展和满足人们生活需求的同时，也给我们赖以生存的环境带来了严重的影响，如何实现高分子材料的可持续和低碳发展，是当前高分子科学界和产业界面临的挑战之一。

生物基高分子一般是指以淀粉、纤维素、木质素、蛋白质、植物油等生物可再生资源为原料，通过生物发酵或化学合成制备得到的一类合成高分子，注重原料的生物来源性和可再生性，具有保护环境和节约资源的双重功效。在资源日益短缺和环境污染越发严重的今天，生物基高分子材料的发展已经得到社会各界的广泛重视和支持。美国、日本、欧盟等发达国家早已分别通过《生物质研发法案》、《生物技术战略大纲》、税收补贴等方式来推动生物基材料的快速发展。巴斯夫、陶氏、帝斯曼、杜邦、伊士曼等行业巨头也已将其作为优先发展产品进行研发和推广。据估计，生物基高分子材料的市场份额在未来的5-10年内将从目前的不足2%上升到20%以上，可望达到6000万吨/年以上。我国在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”材料领域科技创新专项规划》、《“十三五”生产产业发展规划》等国家科技战略性规划中明确指出要重点发展生物基材料。到2025年，我国生物基产品在全部化学品产量中的比重要达到25%，与传统路线相比，能量消耗和污染物排放要降低30%。生物基材料产业将成为绿色与低碳经济增长的亮点，为我国经济社会可持续发展做出实质性贡献。

《生物基高分子材料与技术》一书，结合国内外生物基高分子材料的发展趋势，重点介绍了中国科学院宁波材料技术与工程研究所在生物基高分子材料领域的最新研究成果，内容涵盖生物基热塑性高分子、生物基热固性高分子、生物基助剂和涂料等各个方向。鉴于中国科学院宁波材料技术与工程研究所在生物基高分子材料领域的研究积累和成果，该书在一定程度上也反映了近年国内生物基高分子材料的研究状况。相信该书的出版一定会赢得行业读者的喜爱，并对我国生物基高分子材料的发展起到重要的推动作用。

中国工程院院士
2017年9月

前言

进入21世纪以来，以可再生资源为原料制备的生物基高分子材料孕育而生。中国科学院宁波工业技术研究院(筹)/中国科学院宁波材料技术与工程研究所在国内较早开展生物基高分子材料方面的研究，十余年来，在以聚乳酸和淀粉基塑料为代表的传统生物基高分子材料研究领域取得了许多成果。并发现了生物基高分子材料未来大规模应用的三大关键瓶颈：

第一，现有生物基高分子材料的原材料局限于淀粉、蔗糖、植物油等与人争粮的生物质资源上，不利于生物基高分子材料的长期发展；

第二，现有生物基高分子材料的单体如乳酸和丁二酸等，主要采用生物发酵转化法获得，生产效率相对较低，成本较高；

第三，现有生物基高分子材料普遍为脂肪链结构，缺乏刚性芳香结构，导致其耐热性和力学性能偏低，只能作为通用塑料使用，无法满足需求量更大，使用条件更苛刻的工程塑料领域的使用要求，应用领域受到极大限制。

这三方面的问题从原料、制备方法和应用出口上限制了现有生物基高分子材料技术的进一步发展。因此发展下一代高性能低成本生物基高分子材料与技术，解决这三个难题，是全世界生物基高分子材料领域的科研工作者面临的共同挑战。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所对上述问题提出了发展下一代高性能低成本生物基高分子材料的方法。以纤维素的高效转化利用保障原料来源，以高效化学催化保证高产率和高转化率，以生物基刚性芳香单体2,5-呋喃二甲酸为核心单体构建高性能生物基高分子材料。通过近年来的研究，在这几个方面都取得了一定的进展。为总结中国科学院宁波材料技术与工程研究所在生物基高分子材料领域的工作，推动生物基高分子材料在我国的进一步发展，我们组织编写了本书。

本书共包含十章内容，其中第一章绪论和第十章展望部分由朱锦执笔撰写，第二章新型生物基热塑性树脂PEF部分由王静刚和刘小青执笔撰写，第三章生物基热固性树脂及其性能研究部分由马松琪和刘小青执笔撰写，第四章生物基塑料及其弹性体部分由张若愚和杨勇执笔撰写，第五章生物基化学纤维部分由陈鹏和江苏盛虹集团的边树昌执笔撰写，第六章生物基涂料部分由顾林和余海斌执笔撰写，第七章生物基高分子助剂部分由冯建湘和杨勇执笔撰写，第八章纤维素的转化与应用部分由那海宁执笔撰写，第九章木质素基纤维素由欧阳琴执笔撰写。全书由刘斐和刘小青统稿，应华根参与全书编辑，张小琴、王魁和江艳华参与部分章节编辑。

感谢各级各类人才政策的支持，如中组部“千人计划”、中科院“百人计划”、中科院“青年创新促进会”、浙江省“千人计划”、浙江省“151”人才工程、宁波市“3315”人才计划等。

感谢各级各类科研计划的支持，如国家自然科学基金面上项目和青年项目；中国科学院科技服务网络项目和重点部署项目；浙江省杰出青年科学基金项目、自然科学基金一般项目和青年科学基金项目；宁波市科技创新团队计划、重大科技专项和国际合作项目等。同时，也感谢浙江省生物基高分子材料技术与应用重点实验室的支持。感谢国家科学技术学术著作出版基金的资助。

目前，有关生物基单体及生物基高分子材料的专著已有出版，特别是欧阳平凯院士等编写的《生物基高分子材料》、张俐娜院士主编的《天然高分子科学与材料》、张立群教授编写的《天然橡胶及生物基弹性体》，都对生物基材料作了很好的介绍和论述。本书的内容和侧重点与上述专著有所不同。虽然作者已尽最大努力，但是限于水平和经验，书中难免存在疏漏或不足之处，敬请读者不吝赐教。