郭凯在实验室。 受访者供图
“这几天，我们正和几家化工园区的中试基地谈合作，希望能尽快进行小规模工业化生产。”南京工业大学教授、副校长郭凯在接受科技日报记者采访时说。
近期，郭凯带领团队攻克生物基聚氨酯材料研制难题。他们要用棉籽油、蓖麻油等非粮生物基制造氨纶、尼龙等高端纺织面料，并让面料拥有丝绸一般的手感和棉一般的吸水性。
自2010年以来，郭凯和团队围绕绿色化工，重点开展微流场技术研究和生物基材料新产品开发。通过校企合作，多家企业生物基材料年产能达到40万吨，多个精细化学品年产能达到千吨级、万吨级，郭凯团队为化工产业绿色化转型升级探索了新路径。
日前，何梁何利基金2024年度颁奖大会召开，郭凯获得何梁何利基金科学与技术创新奖。
“我将继续寻找真问题、解决真问题，把国家所需、行业所期、人民所盼牢记在心，不断推动科技成果在绿色化工领域的落地。”郭凯说。
做“顶天立地”的科研
走进南京工业大学生物与制药工程学院实验室，一张面积约一平方米的桌子上，放着一个小型反应器。
“别看‘个头小’，它可是一个微缩版的‘桌面工厂’。”郭凯介绍，“他们团队利用微流场技术，通过微尺度效应将化工反应过程传质传热效率及反应速率提升100倍到1000倍，以‘桌面工厂’生产模式实现传统大型化工生产，让化工反应时间由十几个小时缩至数十秒。”
凭借微流场技术，郭凯和团队获得2017年度国家技术发明奖二等奖。而郭凯与微流场技术结缘，和中国工程院院士、南京工业大学教授欧阳平凯密不可分。
2008年郭凯获得博士学位后，曾在一家公司从事药物开发研究。“当时，我在企业工作很单调，想回高校做创新性研究。”郭凯说，迷茫中的他遇到了欧阳平凯，并作出了影响一生的决定。
“欧阳院士认为，科研人员应该做‘顶天立地’的科研，一方面要满足国家需求，另一方面要解决产业问题。”郭凯回忆，2010年他选择入职南京工业大学，跟随欧阳平凯开展研究，致力于解决国内化工生产中的难题。
提升国产增塑剂质量
对科研人员来说，选择合适的科研方向至关重要。那时，郭凯将目光聚焦在柠檬酸酯类增塑剂的改良上。
“传统的邻苯二甲酸酯增塑剂毒性较大，严重影响了下游塑料、粘合剂、油墨等产品的安全性。而国产无毒增塑剂中的主要品种——柠檬酸酯类增塑剂由于技术原因，纯度、色泽等核心质量指标都低于国外同类产品，严重影响相关产业的战略安全。”郭凯回忆，他在广泛了解柠檬酸酯类增塑剂的行业现状后，联合江苏雷蒙新材料有限公司开展科研攻关。
“想提高柠檬酸酯类增塑剂的纯度，就要优化原材料转化率，改善催化效果。而要使它透明无色，就要进行温度控制。”郭凯说。
谈起那段攻关经历，郭凯显得云淡风轻。但2010年考取郭凯硕士研究生的佘鹏伟，记得当年科研攻关的艰难。
“化工试验一旦开始就不能中断，否则会影响数据的精准性。郭老师跟我们一起待在实验室做试验，经常做到凌晨三四点。”佘鹏伟说。
经过五六年的持续攻关，郭凯带领团队革新了传统釜式生产模式，突破了柠檬酸酯类生物基无毒增塑剂生产中多项关键核心技术瓶颈。他们联合企业研制的高品质乙酰柠檬酸三丁酯占据国内90%以上高端市场，实现生物基增塑剂及衍生产品8万吨的年产能，为生物质资源高值利用提供绿色方案。
研制生物基新材料
2011年起，郭凯带领团队以棉籽油、蓖麻油等非食用性植物油替代石油，研制生物基聚氨酯新材料。聚氨酯是一类功能性材料，被广泛应用在基建、家电、汽车、医护等领域。然而，传统聚氨酯材料对石化资源依赖度高，产品的绿色环保性较差。
郭凯坦言，在研制过程中，他很多次都想放弃。最让他抓狂的是，在研究初期，已经调试好的聚氨酯配方，由于使用大量植物油，一到冬天样品就凝固。“后来，我们历时一年，融合化学、化工等领域的知识，对配方进行上百次调整，最终将产品的凝固点从零摄氏度附近降至零下10摄氏度。”郭凯介绍，在试验过程中，团队加强与企业交流，做出原型产品后就交给企业评价，随后吸纳企业的意见再改进。
念念不忘，必有回响。经过近十年攻关，郭凯团队发明了5种新型生物基多元醇单体料并完成了年产5万吨的产业转化，在此基础上开发了生物基防腐涂料、软泡等5种高性能生物基聚氨酯新材料。凭借这些成果，郭凯团队获得2023年度江苏省科学技术奖一等奖。
“未来，我们希望开发出更多高端生物基材料，助推化工产业转型升级，为解决环境污染和资源短缺等问题提供科学解决方案。”郭凯说。（记者 金 凤）