日前,中国科学院上海有机化学研究所制作的科普微电影《无处不在的氟——有机师姐II》首播,氟元素是贯穿电影的真正主角。
氟,确实无处不在,从航天器密封材料氟橡胶到含氟药物,从不粘锅涂层到空调制冷剂。
上海在中国氟化学研究中起着至关重要作用,在国际上有一个响当当的名字——“上海氟”。
中国是一个氟大国,萤石(氟化钙)储量占世界的三分之一。面对国外的技术封锁和趋紧的环保政策,中国的氟产业如何向高端发展?“上海氟”可以有哪些新的作为?
【为原子弹爆炸“提前了至少一两年”】
“不搞金霉素,如同死了个儿子”,上海有机化学研究所黄耀曾先生在上世纪50年代如是说,形象地反映了转换研究方向的不易。
当时,我国在研制“两弹一星”的紧要关头,急需一批含氟材料。这一任务主要在上海有机化学研究所进行,老一辈科学家黄耀曾、黄维垣、蒋锡夔、陈庆云等人,放弃了自己原来的专业,毅然决然地投入到祖国的需要中,并创制了新中国第一块含氟橡胶以及含氟润滑油。钱学森对此曾高度评价,为实现我国原子弹的成功爆炸“提前了至少一两年”。
1963年,中国科学院决定将氟化学研究集中到上海。上海将当时的葡萄糖厂转交给上海有机化学研究所,作为扩试和批量生产的基地。短时间内,上海成功研制出许多当时国内急需的关键含氟材料。
作为世界氟化学的研究高地之一,上海有机化学研究所进入21世纪,依然蓬勃有生机。
卿凤翎院士首次提出“氧化三氟甲基化”新概念,2019年获国家自然科学二等奖;2个反应入选美国化学会遴选的“9个著名有机氟化学反应”,被称为“卿氟化反应”。
胡金波研究员首次提出“负氟效应”新概念,发展了多个原创性氟化学试剂,获2022年度美国化学会氟化学创造性工作奖。
张新刚研究员发现首例金属二氟卡宾参与的催化偶联反应,国外同行评价其为发现用于农药、医药等领域的生物活性分子提供了新机遇。
我国新一代载人飞船需重复使用,对返回舱提出了使用高活性无毒单元推进剂的迫切需求。杨军研究员研发的新无毒推进剂2020年国际上首次应用于飞船,被列为新一代载人飞船7项关键技术之一。
【高端氟化工材料仍有广泛发展前景】
一直以来,“上海氟”的声名离不开产业端的支持。
当下,中国作为全球氟化工上游萤石产量最大的市场,生产着全世界逾60%的氟材料,形成了我国具有特色资源的优势产业。
然而,近年来,受国际上环保政策限制,对于部分“全氟和多氟烷基物质”(PFAS)的管控有收紧之势,我国氟化工行业面临极大的挑战。
2023年1月,欧盟五国(丹麦、德国、荷兰、挪威和瑞典)向欧洲化学品管理局提交了在欧洲境内全面限制超过1万种PFAS物质生产、投放、使用的提案。英国、加拿大也相继发布相关风险管理拟议方案。
“中国企业在迈入国际市场前,应充分了解法规要求,加强绿色技术创新。”华谊集团原副总裁魏建华说,该集团的全资子公司上海市有机氟材料研究所有限公司,是全国生产氟树脂、氟橡胶产品的主要技术来源。
在他看来,欧盟提案的管控要求并非“一刀切”,而是针对半导体、新能源、医疗行业及农业生产等高精尖行业设定了6.5年或13.5年的延迟执行期,因此这些领域中的高端氟化工材料仍有广泛发展前景。
对于防水纺织品、衣物整理剂、食品包装材料等大众消费品中PFAS的使用,由于已有较为成熟的技术替代,他建议企业尽早实现技术替代。“只有坚持创新和绿色发展,我们才能在全球化大背景下,推动我国氟化工产业实现高质量发展。”
中化蓝天浙江化工研究院院长张建君认为,当下需要研发更加环境友好的产品,开发更加清洁、成本更低的生产工艺,期待学界和产业界以及产业界的上下游能形成更强大的合力。
【未来发展之路在哪里】
这无疑给氟化学的科研创新提出了更高要求。
未来发展之路在哪里?在卿凤翎院士看来,药物(农药)、生命科学及基础化学问题等导向的有机氟化学研究,不可替代的有机氟材料研制,变革性的、环境友好的含氟材料合成方法学,可能会是三个重要的科研方向。
2021年,上海有机化学研究所先进氟氮材料重点实验室成立。
氟,活泼;氮,稳定,两者均具有“极端”特性,是国家战略有机材料中不可替代的尖端材料。
目前,国外氟材料的研究主要集中在少数跨国公司,比如美国科莫公司和杜邦公司、意大利苏威公司和日本大金公司。国外含氮高能材料的研究则集中在一些国家实验室。他们都对我国实行严格的技术封锁。
国内在上述领域的研究仍以仿制为主,创新能力不足。
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