首页 > 新闻中心 > 媒体视角
【科学中国人】在最好的时代下砥砺前行——记中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员朱锦
作者:,日期:2020-06-05

  蔡巧玉 李 桐

  2011年7月30日,浙江宁波召开的一场新产品鉴定会,揪紧了无数人的心。在这场鉴定会上,一项名为“大豆基无醛木材工业用胶黏剂”的产品,被鉴定达到国际先进水平。

  不显眼的名字后面,却蕴藏着极大的突破和广阔的前景。作为国内第一个以大豆为原料生产的生物基无醛胶黏剂,这一产品解决了木材加工产品中的最大问题——甲醛污染。

  作为这一技术的科研带头人,朱锦夺得“2011年中国产学研合作创新成果奖”,通过对这一技术的研究获得35项发明专利。如今,这一技术在中国的地板等家居、建材行业中进行着广泛的产业化实践和应用,仅这一领域的经济效益就已超过20亿元。

  自2009年回国,短短的10年时间里,朱锦凭借一颗赤子之心,带领团队在生物基高分子材料研究中,屡屡突破国际前沿难题,除领导的“大豆基无醛木材胶黏剂技术”和“耐热聚乳酸淀粉复合材料”两项成果成功产业化应用的同时,在国内外期刊杂志发表论文200多篇,获得国内外授权专利100余项。

  朱锦说,他赶上了一个对科研人来说最好的时代。而让他坚持不懈、砥砺前行地科研与工作的动力,正是那一直萦绕在心头的家国梦想。他希望自己的科研成果能给百姓的生活带来美好。

  留美12年不忘家国梦

  回忆起自己的求学道路,朱锦不胜唏嘘,如今他在科研道路上一路高歌,但他青年时期的求学历程却并非一帆风顺。

  1987年,19岁的朱锦参加高考。那一年,全校理科生仅他一人考上,但也仅仅是考上了师范类专科。幸运的是,他赶上了专科升本科的试点。在曲阜师大读了本科后,朱锦考上了中国科学院化学所的研究生,从事高分子化学的研究。

  由于本科学的是有机化学,朱锦对高分子几乎一窍不通。导师李贞宜见此,自己掏钱,带着他到清华大学选了两门高分子课程。朱锦花了一年时间,痛下苦功,重新学习。这一段曲折的经历,为他打下了深厚的化学专业基础,也让朱锦格外珍惜来之不易的学习机会。

  1997年,已经毕业并跟随导师工作了3年的朱锦申请到美国马凯特大学化学系攻读博士学位,并拿到了全额奖学金。那时,许多国外的先进技术,国内都还没有,朱锦利用一切可以学习的时间和机会,没日没夜地泡在实验室里,他希望自己未来回国后,可以为国家研发出更多的新技术。

  如果说,在中国科学院化学所完成的是学术基础的锻造,在美国马凯特大学攻读博士的阶段,则真正开启了朱锦的科研生涯。

  “博士期间,美国的导师虽然不是高分子方向的,但他教给了我非常好的做科研的方法。”朱锦回忆,在偶然的一次机会下,美国导师邀请了一位知名科学家,给他们讲授当时兴起的纳米材料领域的发展。听完讲座之后,朱锦对纳米材料产生了浓厚兴趣,直接就向导师提出,希望做纳米的阻燃材料。导师听了之后非常支持,很快为他找到了纳米原材料,让他进行试验,并多次鼓励他,“你想怎么做,就大胆地去做吧”。

  受到鼓励之后的朱锦,在纳米阻燃材料上进行了深入的研究,在那时,纳米阻燃的概念刚刚被提出,其机理以及阻燃的结构仍未有论证,朱锦通过大量实验,用化学的办法,做出了新型的纳米阻燃材料的结构。论文发表之后,成为当时该领域被引用率极高的一篇学术著作。

  导师对他的“放权”和“鼓励”,几乎为朱锦的科研道路打开了一条康庄大道,激发了他在科研中的激情和工作状态;而朱锦的提议,也让导师以及他的师弟师妹,找到了值得坚持的研究方向。在2009年前的10年里,导师带领他和师弟师妹们,努力地在纳米阻燃材料方向进行了不断的创新和突破。

  2001年,朱锦博士毕业,导师推荐他到康奈尔大学做粘土纳米复合材料方面的研究。此后,他又先后就职于3家公司,并带领团队开发出近10种商业化产品。一直到2009年,他已经是日本矢崎公司北美研发中心的项目经理和资深科学家。

  尽管在美国的工作生活已经进入到正轨,科研上不断突破,企业中地位稳固,行业里名声显赫,但朱锦却慢慢觉得,或许自己是时候回国去“创造价值”了,一直萦绕在心头的“家国梦”,让他开始重新考虑和定位自己的未来。

  2009年9月,朱锦放弃了在美国企业的优厚待遇,回国发展。

  暗下决心解决“甲醛”问题

  朱锦与中国科学院的“缘分”有着命运般的色彩,从中国科学院化学所走出,回国之后,他选择了中国科学院宁波材料技术与工程研究所。

  朱锦认为,选择中国科学院宁波材料技术与工程研究所,对他来说,是中国发展的大背景下的必然选择。2009年,国家对人才的重视程度已提升到新的高度,对科研成果落地、打通产业链上下游已经做出更多的尝试,对海外人才的吸引力和支持力度也在不断加大,各项政策为留学人员回国给予了大力支持。

  而由中国科学院、浙江省和宁波市三方以“院地合作”模式共建的中国科学院宁波材料技术与工程研究所,是围绕区域产业转型发展需求,通过全球高端人才本土创新、全球高端技术本土集成,旨在开辟一条科研成果落地转化为产业优势的新通道,把宁波材料所打造成为知识的源泉,技术的摇篮,产业的引擎。

  朱锦被宁波材料所的建所理念所吸引,再加上他出自中国科学院,对其怀有的天然的亲近感,他很快便做出了加盟宁波材料所的决定。而在他回国之时,手上正握着用了3年时间完成的原创成果——“无醛木材胶黏剂”技术。这项技术在未来的10年里,成为他与团队为之奋斗的重要技术。

  甲醛是一种具有强烈刺激性气味的有害气体,世界卫生组织国际癌症研究机构将其列为一类致癌物,可以诱导和引发癌症。国内的木材胶黏剂主要是以甲醛为基本原材料的“三醛”胶,占整个木材加工行业用胶量的90%以上。含有甲醛胶黏剂的木制品用于室内,甲醛释放期可长达15年。

  早在2006年,朱锦携全家人回国探亲时,曾到山东临沂的废旧塑料回收厂,考察废旧塑料做木塑项目。在参观归途路经临沂市西郊时,他被一大片白花花的、不知名的东西所吸引,后来得知,这些都是由木材旋切而成,用来做胶合板用的木片——临沂是全国最大的胶合板生产基地。

  在好奇心的驱使下,朱锦和朋友前去参观一家颇具规模的胶合板生产厂家。一进工厂大院,刺鼻的甲醛气味,就让朱锦眉头紧锁。待进入车间,朱锦更是被呛得泪流满面。当时,车间内有几十名工人在工作,他问一些工人:在这样的环境下,如何能工作?而工人的回答是早就适应了。

  当时的朱锦感到非常震惊,胶合板生产厂家的生产环境,完全无法隔离甲醛对人体的危害。他当时甚至质问工厂老板,老板无奈地说,他只能做到两年换一次工人。作为全世界最大的人造板生产国,生产现场的所见,激起了朱锦作为科研人员的内心责任感——尽管没有接触过木材胶黏剂的研发,但凭着自己在高分子领域15年的研发积累,他暗下决心,要通过科研解决这个问题。

  参观完之后,朱锦便向随行的朋友表示,自己一定要做一种无醛木材胶黏剂,哪怕做出来一分钱不赚也值得。

  探亲结束回到美国后,朱锦便开始了“无醛胶黏剂”的研究,他查询了解到,尽管在国内还没有“无醛胶黏剂”的先例,但欧美一些国家却早已在研究新型胶黏剂,大豆蛋白质就是其中一种重要的原材料。

  既然别人可以做出来,那自己也一样可以做出来!博士时期的科研豪情与信心,重新回到了朱锦的身上。

  那时,他还在美国加利福尼亚州担任一家公司的环境友好材料研发部项目经理,从事的是塑料改性研发工作,与无醛胶黏剂八竿子打不着。为此,他只能白天在公司工作,无醛胶黏剂的试验就安排在晚上和周末。

  没有加热源,就用烤箱代替;没有压机,就用夹子代替;做木块的耐水性研究,就用水来煮……家里简陋的试验条件,不仅大大增加了试验工作量,还无法准确判断每次胶黏剂的配方改进产生的微妙变化。

  “一切全凭感觉”。刚开始时,胶黏剂的初粘性差,涂胶性能也达不到要求,经过用黏土提高胶黏剂的耐水性和初粘性后,朱锦的“无醛胶黏剂”终于完成了一次在他心中觉得合格的试验,胶合强度大于2MPa,是国家标准指标的2倍多。

  “这意味着,经过当时一年多的试验,无醛木材胶黏剂的研究已经初步完成了原理验证阶段。”朱锦当时非常兴奋,尽管要实现产品的商业化,还只是万里长征踏出了第一步。回到中国科学院宁波材料技术与工程研究所,将为这项技术插上腾飞的翅膀。 

  十年“卧薪尝胆”终获成功

  要完成一项原创技术的转化,不仅需要有成熟的技术、有平台,还要有资本、市场的支持,更重要的是还要有一个可以互相促进的人才团队。在了解到朱锦回国后,硕士时的导师李贞宜和宁波材料所的领导帮助朱锦迅速招募核心团队成员,“80后”的刘小青成为朱锦团队的一员,也成为之后“无醛胶黏剂”技术成果转化的技术攻坚负责人。

  尽管有了技术平台和团队,但朱锦研发的无醛胶黏剂技术,在世界上仅有两个,在中国是第一个,是否可以实现产业化,还要有资本和市场的支持与产业化应用,而这背后,仍有着很大的风险。

  经过严格筛选和相互考察,团队研究出来的无甲醛的生物基木材胶黏剂,最终以1088万元的价格转让,并由材料研究所与受让企业出资共同成立宁波中科朝露新材料股份有限公司,由朱锦担任副董事长,这也是宁波材料所成立以来第一个落户宁波的产业化项目。

  刘小青、桂成胜、吴頔、徐益忠……在一个个团队成员的共同努力下,最终实现了大豆胶无醛地板的规模化生产和应用。

  朱锦认为,我国人造板年产量近3亿立方米,位居世界第一。每年胶黏剂需求超过3000万吨,产值600亿元以上。近年随着欧盟及美国、韩国等对中国人造板不同品类的反倾销限制措施及环保标准提高,以及人造板中甲醛释放给人们带来的健康威胁,促使人造板企业进行整合、创新来提升产品及行业竞争力。而作为甲醛等危害物质释放的主要来源——木材胶黏剂,是困扰人造板行业发展的主要因素,开发健康、环保的生物基胶黏剂是人造板用胶黏剂行业发展的必然趋势和强烈需求。

  在这项技术的成果转化上,团队创造性地利用了高分子和胶黏剂学科交叉技术,采用大豆蛋白插层蒙脱土技术,原位生成了纳米级粘土片层结构,制备得到了耐水性强的大豆蛋白胶黏剂材料;并创造性地将水性胶黏剂改为粉剂加水剂的双组份形式,克服了大豆蛋白胶黏剂粘度大、流动性差,难以分散的问题,首次实现了大豆蛋白胶黏剂在连续热压刨花板、纤维板生产线上的应用。

  2011年7月30日,中国林产工业协会在宁波组织召开了“大豆基无醛木材工业用胶黏剂”新产品鉴定会,一致认为“大豆基无醛木材工业用胶黏剂技术”先进、性能优良,达到了国际先进水平,市场前景良好。

  而由张齐生院士作为主任委员的科技成果鉴定委员会一致认为:这一技术采用豆粕为原料,以水为分散介质,通过绿色环保的工艺制备得到完全不含甲醛的大豆基无醛木材胶黏剂,胶合板甲醛释放量小于0.1mg/L(属木材本身所含甲醛),技术属国际先进水平。

  2013年,胶黏剂的剂型从水剂胶改进成粉剂,便于储存和运输。全国几大地板上市公司纷纷采用了大豆无醛木材胶黏剂技术,每家企业大豆无醛胶多层复合地板的月销售量都达到了几万平方米。

  经过10年的卧薪尝胆,如今,相关产品已在大自然家居(中国)有限公司、德尔家居、千年舟、福建福人集团、德华兔宝宝、水性科天、百得胜衣柜等行业龙头企业得到大规模应用,仅该领域的经济效益就已超过20亿元,为彻底解决当前消费者面临的室内装修甲醛污染问题提供了强有力的技术支撑和解决方案。

  与此同时,产品已经出口至美国、日本以及欧洲多国,每年订单数亿元,不仅推动了我国木工行业的技术进步、产品结构升级,也破解了木制产品出口的贸易壁垒。

  就这一技术,宁波材料所和朱锦团队已申请中国发明专利14项,已获授权10项,发表论文12篇,发起制定行业标准4项,团体标准1项,先后获得林业产业科技创新奖一等奖、2011年林业工业新产品奖、2011年中国产学研合作创新成果奖等重要奖项。

  目前,这一项目已经具备年产6万吨生物基无醛木材胶粘剂的生产能力,可实现各类销售产值30亿元,利税达3.4亿元。2018年,这一项目被提名国家技术发明奖二等奖。 

  从市场再“杀”回到实验室

  通过关键材料技术、制造工艺等的创新研究,朱锦历经10多年,实现了木材工业用大豆蛋白无醛胶黏剂的规模化应用,利用纳米材料制备得到了耐水性强的大豆蛋白胶黏剂材料,还克服了大豆蛋白胶黏剂粘度大、流动性差,难以分散的问题,首次实现了大豆蛋白胶黏剂在连续热压刨花板、纤维板生产线上的应用……种种技术上的创新,意味着在科研道路上的一步步前进。

  2012年,朱锦研究的另一项聚乳酸/淀粉全生物基可降解复合材料也实现了科技成果转化,这项技术被应用在一次性餐具上,而原料则是玉米、土豆等植物淀粉,技术成果的交易额为1500万元,他与购买技术的企业联合成立了宁波家塑生物材料科技有限公司,如今,这一技术成果同样正被应用于生产和生活领域。

  10年前,朱锦在加盟宁波材料所后就创立了生物基高分子材料研究团队,如今,经过10年发展,这一团队成员如今已超过50人。

  “经过那么多年的努力,寻找到自己喜欢并且能够坚持的方向,一做就是10年。而我的团队中许多人都是跟着我从30多岁到40多岁,这10年来一直很稳定,我在成长的同时,他们也在成长。”

  总结过去十年,朱锦说,这同样是他论文高产的10年。从博士后一直到回国前,他很少发表论文,而在这10年时间里,他与团队就发表了近200篇论文。

  成功转让了两项科研成果后,朱锦已经有了新的愿景,他将开始投入到新项目的研究中。如今,他已辞去材料技术所所长的职务,未来将带领团队到雄安二次“创业”,新的技术或将能够彻底解决白洋淀的芦苇治理难题。

  在朱锦心中,自己还是那个怀着“家国梦想”,有着一颗赤子之心的留学生,就像当初一直希望回国实现抱负一样,如今的他,希望重新回到一线科研团队岗位上,去攻关具有挑战性的国际科研难题。

  “在行政岗位上做了5年,我觉得我还是应该做我自己更擅长的东西,我更喜欢(科研攻关)这一块的事情,用我的专业技术解决那些世界级的难题。”从实验室,到市场,再回到实验室……朱锦似乎已经习惯并享受这样一个个科技成果被应用于老百姓生产、生活的过程,在未来,他希望自己能够有更多的科技成果得到转化。

  朱锦说,自己能够取得今天的成就,必须要感恩这个时代——这是一个对科研技术人员来说最好的时代。“正是这样一个变革而又包容的时代,让我们可以尽情发挥,尽情展现。”朱锦说。

  

  专家简介    

  朱锦,1968年生,山东临沂人。中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员,兼任中国化学会高分子学科委员会委员,中国材料研究学会高分子材料与工程分会常务理事,中国塑料加工工业协会工程塑料专业委员会理事长,中国塑料加工工业协会专家委员会副主任,浙江省生物基高分子材料与应用技术重点实验室主任等职务。

  1994年在中国科学院化学所获得硕士学位,2001年在美国Marquette大学获得博士学位,2001—2003年在美国Cornell大学从事博士后研究,其后曾任职于美国多家企业。2009年8月,回国成立生物基高分子材料研究团队,主要从事生物基高分子材料合成、加工与应用研究,其领导开发了“大豆基无醛木材胶黏剂技术”和“耐热聚乳酸淀粉复合材料”多项科研成果,成功实现技术转移和产业化应用。是Journal of Renewable Materials的副主编,《高分子通报》、Composites Part BEuropean Polymer Journal的编委。10年来,已在Macromolecule、Chemistry of.MaterialsGreen.ChemistryChemSusChemJournal.of.Materials.Chemistry.A、Polymer.Chemistry等杂志上发表研究论文200余篇,他引6000多次。

  截至目前,朱锦已获得中国、美国授权专利100余项,获中国科学院“朱李月华优秀教师奖”,浙江省新世纪“151”人才计划重点资助,获2014年全国优秀科技工作者、2013年浙江省“十佳优秀科技工作者”,曾获宁波市优秀回国留学人员、有突出贡献专家和优秀科技工作者等荣誉称号。

  (原文发布于《科学中国人》2020年1月下,总期433期)

  【原文链接】http://www.scichi.cn/zinecontent.php?id=4690