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工程中心的“改性聚烯烃”项目曾被列为中国科学院“七五”科技攻关“重中之重”和国家“八五”重点科技攻关项目。
多年来,“工程中心”还通过合资、技术转让、技术合作等方式先后创立或扶持了国内10余家工程塑料生产企业,为我国工程塑料产业的形成和发展做出了重大贡献,因此荣获中国科学院科技进步一等奖。
工程中心是首批试点的两家国家级工程中心之一。
现有从事研究开发的队伍约20人,其中博士5人、硕士8人、本科学历7人,高级技术职称8人。
自1989年试点开始,15年来“工程中心”先后创造了多项全国第一:
首家开发成功改性聚烯烃汽车保险杠专用料,填补国内空白;
首家通过上海大众桑塔那轿车保险杠专用料认可,标志着中国的工程塑料改性技术达到国际先进水平;
首家实现汽车用工程塑料产业化,形成规模生产能力;
首家实现抗菌剂/抗菌母料产业化、形成规模生产能力;
首批试点的两家国家级工程研究中心之一;
首家转制为有限责任公司的国家工程研究中心,其成功经验被称为“海尔科化模式”,为从事应用研究的各类院所直接面向市场、实行企业化运行机制,探索到了一条新路。
二、研究方向
改性工程塑料(改性工程塑料、功能性母料等);
环境友好材料(可完全生物降解塑料、抗菌防霉材料、导电涂料);
生物医用高分子材料(抗感染医用耗材等)。
三、主要设备、工程化验证条件和设施
1300吨大型注塑成型机和与之配套的气体辅助装置,实现了气体辅助注塑成型工艺的全线贯通;
通过双螺杆挤出机对高分子聚合物进行共混,开发、生产工程塑料并引进全自动计量混配装置,实现生产工艺的精确控制;
结合塑料树脂用抗菌剂和抗菌母粒的工业化试验,增加投资建设了超细粉体加工装置和适于高浓度超细粉体分散的的母粒生产线。
光化学转换与功能材料重点实验室
实验室的总体定位:
实验室面向国家重大需求,以光化学和光物理为基础,光功能材料与光化学转换为导向,开展分子光化学、有机光电子材料与集成器件应用基础性研究。
重点研究超分子光化学、光催化、光电转换材料、光电信息材料等方面的基本问题以及相关的器件,为提高我国有机光电功能材料和集成器件研究的创新能力和在国际相关领域的竞争力和影响力,发展我国信息技术产业和可再生能源产业,进而为我国的国民经济和社会可持续发展与国家安全做出贡献。
研究方向与目标:
A、研究方向
(1)以有机光电功能材料为背景的光物理与光化学过程。
研究有机光电功能材料涉及的分子光化学和超分子光化学中的重要基本科学问题,包括基元功能分子的设计与合成,有机光电功能材料与器件的构筑原理和方法,光电功能的调控,超分子体系中的电子转移、能量传递和化学转换。
(2)有机光信息材料及器件。
研究纳米晶体与高分子的复合光信息材料、光波导器件、有机电致发光材料和器件、有机光存储材料及器件等。
(3)太阳能光电转换和光化学转换新材料与新技术。
研究染料敏化太阳能电池相关材料和技术,有机(聚合物)薄膜太阳能电池的相关材料和技术、太阳能光催化分解水制氢中的重要科学问题。
(4)光催化材料与光化学合成新技术。
研究控制光化学反应选择性的新型催化材料以及绿色光化学合成过程。
B、目标
(1)阐明超分子体系中电子转移、能量传递和化学转换的机制和基本规律,发展超分子体系构筑和功能调控的新原理、新方法,为创造具有特定光电功能的新材料和新体系提供基础。
(2)阐明光信息功能材料和器件中信息产生、传输、转换、存储、调制和显示的机制,发展材料设计与制备、器件微型化、功能集成化的化学物理新原理、新效应,开发新一代有机光电信息功能材料及器件。
(3)研制高效染料敏化太阳能电池及新型有机(聚合物)薄膜太阳能电池,阐明太阳能光催化分解水制氢中的若干重要科学问题,并掌握相关技术,为人类充分利用太阳能提供新途径。
(4)发展高效清洁高选择性的光化学合成新方法与新技术。
通过若干年的研究,取得一批在国际上有重要影响的成果,使本实验室成为在国内外有重要影响的光化学转换与功能材料的研究基地,推动我国光电子产业和新能源的发展。
功能晶体与激光技术重点实验室
实验室总体定位:
面向国家重大需求、高新技术产业、科技发展前沿。
以材料科学和激光物理为基础,以无机功能晶体材料和全固态激光为导向,开展非线性光学晶体等先进功能材料和全固态激光器件、技术等应用基础性研究和高技术前沿与发展研究,为提高我国全固态激光材料、器件和技术研究的创新能力和在国际相关领域的竞争力和影响力,发展我国光电子产业,进而为我国的国民经济和社会可持续发展与国家安全作出贡献。
建立“先进功能晶体与固态激光重点实验室”对于我国促进全固态激光技术领域重点学科建设,对保持我国在非线性光学材料和全固态激光领域的综合优势和可持续发展,提升自主创新能力,满足国家重大需求等都有重大意义。
研究方向:
光电功能晶体是光电子技术的基础材料。
以激光晶体、非线性光学晶体为激活介质、大功率半导体激光器为泵源的全固态激光器是近年光电子技术发展的一个重大方向。
全固态激光技术正在成为高技术产业,是国防装备和科技前沿技术的战略支撑技术之一,可促进信息、先进制造、医疗、科学仪器与军用设备等诸多领域的发展并开拓巨大的新市场(如下图),已受到世界各发达国家的高度重视。
(1)光电功能晶体材料的分子设计和新型光电功能晶体探索
(2)新型晶体的生长科学和技术研究
(3)新晶体的特性表征和应用前景评估
(4)新型全固态激光器的设计与研制
(5)全固态激光器的应用开拓
低温工程学重点实验室
实验室的总体定位:
面向国家的重大战略需求、高新技术产业和科技发展前沿,围绕低温工程学的重要基础问题和关键核心技术,发挥团队优势、学科交叉优势,深入系统地开展工作,争取在新型低温制冷方法、低温清洁能源技术、低温生物医学、大型低温系统关键技术、先进低温材料等基础研究方面取得原创性的基础理论研究成果。
同时,在低温工程学新技术的应用方面做出重大技术创新,推进其在能源、环境、信息、航天、健康、科学前沿探索以及国家安全等领域的广泛应用。
加强低温工程学领域的人才培养、队伍建设和实验室研究条件建设,使实验室发展为国内外低温工程学领域有重要影响的科技创新基地和高水平人才培养基地。
本实验室是我国唯一综合性的低温工程科学技术研究单位,曾经为我国的“两弹一星”事业以及我国超导科学研究的开展做出了巨大贡献。
它的前身是中国科学院低温技术实验中心,是在我国的低温物理和低温工程学奠基人洪朝生院士的领导下于1980年成立的所级研究单位,是中国制冷学会制冷与低温专业委员会的主任单位,并建有中科院院级低温计量站,是中科院京区计量站的挂靠单位。
实验室拥有“制冷与低温工程”、“凝聚态物理”两个专业的硕士和博士学位授权点,并设有“制冷与低温工程”专业博士后流动站。
研究方向:
(1)新型/先进低温制冷方法的基础研究
(2)低温传热理论与强化传热新技术研究
(3)低温系统关键技术和大型低温工程研究
(4)先进低温材料与材料低温改性研究
(5)低温生物医学技术基础与应用研究
理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室
空间功热转换技术重点实验室是理化所瞄准国家战略需求,加强学科建设和科研团队建设的重要举措。
该重点实验室依托脉冲管制冷及空间低温系统技术研究中心,以空间应用为着眼点,重点发展脉冲管制冷技术、热控制技术、高效散热技术、空调压缩机技术等特色鲜明的先进功热转换技术。
该实验室现有固定人员17人,其中研究员5人。
实验室的成立必将促进空间功热转换技术的发展,提高我国在该领域的自主创新能力,对我国相关技术领域产生重要影响。
成果推介
软化学合成超细SiC粉
一、项目概况:
碳化硅(SiC)作为一种新材料,因其具有高的耐磨性、耐热性、耐腐蚀和抗氧化性等特点,广泛应用于军工、电子、冶金、航空航天、汽车等众多领域。
而高质量的β-SiC超细粉体更是制造高级陶瓷材料和电工电子材料的重要原料,也是价格昂贵的超精密研磨材料。
二、技术特点:
传统的固相法生产碳化硅,存在反应时间长(数天)、产品纯度低、生产耗能高(2700℃)等缺点。
而溶胶—凝胶法也存在化学过程复杂,不利于环保以及粉体易发生团聚等问题。
本技术选择廉价的原料做为硅原和碳原,用软化学方法合成Si/C前驱体,形成微反应体系,通过煅烧合成高品质的SiC超细粉体。
新工艺使合成时间大为缩短(5-6小时),烧结温度也大大降低(~1600℃),产品无须酸洗、精加工粉碎,即可直接得到高质量的超细粉体。
三、市场情况:
据有关资料报导,SiC国际市场需求量为50万吨左右,我国每年出口量约占世界需求量一半左右,但出口产品多为粗产品,一般不能满足高纯度、高密度、高结晶、高均匀性等高端应用市场的要求,每吨出口价格不到4000元。
而在国际市场上,超细SiC粉体价格为8万元/吨,微米级SiC粉体为2-3万元/吨。
我国虽然是碳化硅出口大国,却又花费大量外汇进口高质量的碳化硅粉体。
四、投资与效益:
采用本项技术建成年1000吨左右规模的生产线,设备投资600万元左右。
其产品粒径在200-500纳米左右,可满足高纯度、高密度、高均匀性等高端市场的要求。
生产成本可控制在1万元/吨以内,具有很大的经济效益和社会效益。
新型绿色无醛粘合剂
一、项目概况
目前除了胶合板中的建筑模板是利用酚醛胶压制而成的外,其它人造板都是利用脲醛胶或三聚氰胺改性脲醛胶压制成的,因其所释放的甲醛对人体健康的危害而日益引起重视,按照新标准要求,现有人造板材制品如果不改变传统用胶,将达不到标准要求。
目前有些生产厂家使用E1级环保型脲醛胶生产人造板,甲醛释放量虽然可以达到标准的要求,但板材的物理性能却下降明显,而且此类粘合剂仍然存在长期缓慢释放甲醛(长达10几年)的问题,因此它只是一种过渡产品,不是一种理想的环保粘合剂。
新型绿色无醛粘合剂生产过程中不使用甲醛为原料,可以保证所生产的板材达到了“绿色建材”的要求。
二、技术特点
新型绿色无醛粘合剂,是在水性高分子粘合剂的基础上研制而成,具有生产过程无污染、使用过程中无毒害、成本低、活性期长、粘度适中、预压性、耐老化性能好等诸多优点。
综合使用成本与E1级环保型脲醛胶基本相当,但板材的物理性能却得到明显提高,它不但满足了“绿色建材”的需求,也大大提升了产品的档次。
三、市场情况
随着国内建筑市场及家装产业的发展,大大推动了我国人造板行业的迅速发展。
据预测,在未来的5年内,我国仅在建筑、家具、装修领域每年就需要人造板3000万m3,预计到2010年,人造板的产量将达到3500-4500万m3。
由此带来的粘合剂年需求量在1000万吨左右。
四、投资与效益
建成年产2000吨的生产线,设备投资40-50万左右(对于原来生产粘合剂的厂家,可在原有的设备上进行,不需要进行改造)。
采用本项技术生产的粘合剂,其利润约为1500-2000元/吨。
对于1000万吨/年的需求量和数百亿元销售额的巨大市场,新型绿色无醛粘合剂具有巨大的经济效益和社会效益。
防静电、辐射及光晕的导电透明涂料
电枧、电脑显示屏等,由于阴极射线管产生的电磁辐射会对人体造成伤害,而成为人类的隐形“杀手”。
国际放射防护委员会规定:
家用电子产品的照射量不得超过0.5毫伦/小时。
国家环保局规定:
环保电视的照射剂量不得超过0.07毫伦/小时。
另外,静电积累还会引起放电,产生强烈干扰,使电器无法使用,导致一系列严重问题。
据统计,在电子零件中的8%到33%会由于静电、电磁波的干扰而遭到破坏,并因此每年要损失近几十忆美元。
因此彩色显像管、显示屏、电子器件等是否具有防静电、辐射及光晕的三防持性,已成为相关产品在商业上成功的关键。
本项目选择SnCl4和SbCl3的共水解及氧化锡中锑的掺杂,制备出晶粒发育完整、粒度分布均匀的纳米颗粒,并实现锑在氧化锡中的掺杂。
采用有机硅化合物对掺锑氧化物纳米颗粒表面包覆,使其能均匀、稳定分散于溶液中,通过喷涂方法形成均匀的导电薄膜。
据调查,国内电子行业每年对具有“三防”功能的导电涂料的需求量80-100万升左右。
目前多从日本进口,进口价为400元/升。
国内尚无此类产品生产产。
按照本顼技术建成年产50-80万升规模的生产线,其设备投资50-80万左右,生产成本可控制左100元/升以内。
这相对于400元/升的进口价,以本技术生产的产品具有很大的赢利空间
生物酶解法制备明胶新工艺
明胶是利用牲畜(牛、羊、猪、马等)的骨和皮,通过物理和化学的方法制备而成的一种高技术、高附加值的产品。
它广泛用于医药、食品、感光材料等诸多领域。
我国明胶工业始于20世纪20年代,改革开放后得到迅猛发展,目前已拥有近80家生产企业,但其生产工艺一直沿用传统的碱法工艺生产,存在生产周期长、效率低、水、电资源消耗大、成本高、环境污染严重等缺陷。
本技术采用酶解生物技术取代传统的酸、碱降解法制备明胶,并由电脑控制胶原降解反应全过程,从根本上解决了碱法工艺的诸多弊端。
其主要特点是:
1、生产时间由传统的80-100天减少到10天左右;
2、电脑控制胶原降解反应,有效地控制明胶α、β组份含量;
3、减少了水、电、气用量,特别是用水量由原来的400吨/吨明胶下降到55吨/吨明胶;
4、减少了环境污染。
去掉了传统的浸酸、浸灰两步工序;
5、采用高速离心和膜分离技术,解决了钙盐超微粒子的分离与澄清的大难题,从而提高了明胶的粘度与透明度。
据有关资料报导,2003年我国明胶产量3万多吨,进口3400多吨,出口7300多吨。
国内消耗量2.7万吨左右,其中感光材料2000吨、食用明胶16000吨、医用明胶8000吨、工业明胶1000吨。
有关专家予测,世界明胶需求量平均年增长率1-1.5%,相当于每年增加量3000-4000吨。
我国从2003-2010年国内市场需求量平均年增长率可达5%左右,到2010年,年需求量可达3.8万吨。
采用本项技术建成年产600吨药用明胶,400吨食用明胶的生产线,设备投资大约在2000万-2500万左右。
年产值3500万左右,年平均利润1000万左右。
具有较大的经济效益和社会效益。
抗衰老保健药DHEA(去氢表雄酮)
DHEA是人体分泌的一种重要生理活性物质,对于保持正常体能和性机能、延长人的生理和心理寿命等都发挥着极其重要的作用。
人体DHEA的分泌在25-30岁时达到高峰,之后逐年下降,70岁左右体内的含量只能达到高峰期的5-10%。
大量临床实验证实,人体内DHEA水平高则体质好、抗病力强;
反之则体力衰退、抗病力弱、人体衰老加速。
老年人服用DHEA后呈现明显的抗衰老效果,对中老年妇女抗衰老功效尤为显著。
因此,DHEA又被美喻为抗衰老分子。
此外,大量研究表明DHEA不仅抗衰老,还对糖尿病、心脏病、乳腺癌、子宫癌的预防和治疗有明显作用。
本项目采用光化学反应的方法合成DHEA,合成过程中无高压、高温反应,对设备要求低,易于放量制备。
新工艺克服了传统生产方法中反应不易控制、后处理过程烦琐、危险性大、环境污染等缺点,相比传统生产方法,具有反应洁净,环境友好,反应条件易于控制、后处理过程简单等等优点。
DHEA因其抗衰老作用早已引起美、法、日等国医药学界的广泛关注。
经过多年大量的人体临床实验,DHEA已经在欧美获得批准作为抗衰老保健药物进入市场,产生了巨大的经济和社会效益。
随着生活水平的日益提高以及对DHEA了解的加深,DHEA在我国必将会有广大的消费市场。
目前我国已经步入老龄化社会,60岁以上人口已达1.3亿。
这里面蕴含着巨大的市场空间。
新工艺的优点和所用原材料价格的低廉决定了本项目产品具有成本优势。
另外,投资本项目时可以充分利用国外药物药理实验的结果,从而节省大量的资源。
以上优势为产品尽快推向市场,产生可观的经济和社会效益创造了极为有利的条件。
另一方面DHEA也将带来巨大的社会效益。
抗高血压药物AC及中间体合成新工艺
高血压是一种常见病,近年来发病率一直呈上升趋势。
20世纪90年代初,我国已有高血压患者9500万,至今已经超过1.3亿,这种升高的势头仍在持续。
据世界卫生组织预测,至2020年,非传染性疾病将占我国死亡原因的79%,其中心血管病仍将占首位。
面对如此严峻的局面,除加强保健和预防外,抗高血压药物的研究和临床应用也是非常重要的。
抗高血压药物AC属于β受体阻滞剂,β受体阻滞剂是心血管类疾病中应用最广泛、最活跃的一类药物,主要起到对心脏兴奋的抑制作用和对血管平滑肌的舒张作用等。
β受体阻滞剂可使心律减慢、心收缩力减慢、心输出量减少、心肌耗氧量下降,还能延缓心房和房室结的传导,临床上主要用于治疗心律失常,降低血压和缓解心绞痛等。
本项目改进了AC的合成路线,优化了反应条件,简化了合成工艺,不仅大大提高了中间体的收率(从文献报道值21.8%提高到55.3%)和AC的产率,而且使反应条件更温和以及容易操控,从而更适合于工业化生产,并有效降低了AC的生产成本,为项目成果的转化和创利打下了良好的基础。
AC20世纪80年代已经在国外上市,但在国内仍属于空白。
高血压是我国公民的常见病、多发病,此类药物的市场前景无疑是很好的。
本项目投资规模在100万元左右。
一旦投放市场,由于其技术上的优势,可以显著降低生产成本,具有可观的经济效益和社会效益。
另外,其中间体还是治疗老花眼、青光眼药物的原料,可以单独作为产品投放市场,产生更大的经济效益。
多彩纳米复合功能金属颜料
复合功能金属颜料具有耐候性、耐划伤等特点,其应用范围越来越大,品种也越来越多。
美国、日本和德国等工业发达国家彩色金属颜料,现已有部分产品上市,并在汽车工业、印刷行业、广告、装饰装修、包装等领域得到应用。
在我国,由于技术等原因,金属颜料产品只有较古老的铝、铜和黄铜颜料,彩色金属颜料尚未进行开发,目前国内使用的彩色金属颜料完全依赖进口。
理化所相通过多年的技术研究和积累,已经制备出光泽鲜艳的浅黄、黄、棕黄、金黄、红及深红等多种颜色的多彩纳米复合功能金属颜料。
其实验室制备技术现已趋成熟,本项目已申请国家发明专利4项。
仅以国内汽车工业的需求为例,据报道,2000年国内汽车漆的需求量为8万吨,2002年达到12万吨,2015年将达到20万吨;
以此推算,2002年我国汽车工业对金属颜料的消耗量为5000吨,到2015年仅汽车工业对金属颜料的消费量就将达8000吨以上。
目前我国汽车用金属颜料全部由国外进口,价格为25~30万元/吨左右,其市场用量折合人民币近15亿元人民币,到2015年可达24亿元人民币。
由此可见,多彩纳米复合功能金属颜料制备技术产业化成功,不仅可以填补国内空白,获得可观的经济效益,而且凭借其低成本优势,在出口创汇方面也可创造显著的经济效益。
可完全生物降解塑料PBS
为净化环境,消除塑料废弃物,治理“白色污染”,人们曾采用填埋、焚烧、高温降解、再生利用等办法来缓解环境污染,但无论何种办法,除了自身方法存在缺陷外,还总有20%左右的制品无法回收,得不到处理。
因此开发和生产能够生物降解的塑料,是解决“塑料垃圾”,治理“白色污染”的根本所在。
大量研究表明,利用微生物发酵法和化学合成法合成脂肪族聚酯,是解决此问题的有效途径。
微生物发酵法虽可合成一些脂肪族聚酯,但因制备条件苛刻、工艺复杂,价格太高,难以作为通用材料推广。
化学合成法则成本较低,而且可以进行分子设计,是推向市场的更为有效方法。
本项目采用脂肪族二元醇酸为原料,通过缩合聚合法制备聚丁二酸丁二醇酯(PBS),该技术具有如下特点:
1、采用高效催化体系,分步进行控制,直接合成高分子量的脂肪族二元醇酸聚酯;
2、缩短了反应时间、简化了合成工艺,降低了成本。
3、利用聚酯与淀粉及无机粉体的复合技术,使复合材料具有良好的加工性能;
4、性能完全达到通用塑料水平,而且可以完全生物降解;
5、具有自主知识产权,申请了四项专利,其中二项已经授权。
近年来中国包装用塑料已超过400万t。
据有关部门预测,2005年中国塑料包装材料需求量将达到500万t,按其中30%为难以收集的一次性塑料包装材料和制品计算,则废弃物产生量达150万t;
另据统计,中国可覆盖地膜的面积为5亿多亩,加上育苗、农副产品保鲜材料等预计需求量将达到100万t。
在一次性日用杂品中一部分是难以收集或不宜回收利用的,预计其需求量达70万t。
在一次性医疗材料中不宜回收利用的部分,预计其需求量达30万t。
采用本项技术,建立年产20000吨可完全生物降解塑料的生产线,开发出注塑级、吹塑级、挤出级、发泡级可完全生物降解塑料系列产品,项目总投资7500万元,其中,固定资产投资5000万元,厂房1000万元其它费用1500万元。
以生产成本1.8-2万/吨,销价2.5万/吨计算,达产后年产值可达5亿元,利润1-1.4亿元。
碳纳米管的低成本生产技术
碳纳米管具有优异的物理和化学性质,其密度只有钢的六分之一,强度却超过钢的100倍,它不仅导电性能
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