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从“书架”到“货架”,绿色低碳木质新材料践行者

来源:  发布时间:2024-02-01

——记东北林业大学教授肖少良

李 莉  杜月娇  

  

  木材是大自然对人类的宝贵馈赠。自古以来,人们利用木材取火、造纸、建造房屋、制作家具,木材承载着中华民族数千年的智慧和文化,记载着人类文明的传承和演变。作为地球上支持人类赖以生存和发展的重要资源,木材因具有储量丰富、可再生、加工能耗低和固碳储碳的显著优势,是一种前景光明的材料。大力开发和使用木质材料对实现可持续发展及“碳达峰、碳中和”目标具有重要的意义。

  聚焦木材绿色胶接、增强塑化、低碳化和高附加值利用技术,东北林业大学教授肖少良已取得诸多重要进展。坚持基础与应用研究相融合,从“书架”到“货架”,研发、转化木业领域急需的关键技术,丰富木质新材料的产品链,搭建科研与产业间的“桥梁”——在创新路上,肖少良一直步履不停。


站在巨人的肩膀上


  肖少良本硕博均就读于东北林业大学。东北林业大学办学实力位居全国农林高校前列,秉承“学参天地、德合自然”的校训,为我国林业教育、生态文明建设和经济社会发展作出了突出贡献。

  得益于学校的平台优势,肖少良在本科二年级就有机会接触科研,并有幸进入恩师李坚院士科研团队,在此过程中肖少良对木材有了全新的认识。“学习和研究木材这一重要生态材料对推进木制品的低碳革命、保障木材安全、提高人类生活质量和社会可持续发展都具有重要意义。”肖少良说。提起恩师李坚院士,肖少良心怀感恩:“李老师是改变我命运的人,他教会了我做人做事做学问。尤其在科研上,他强调陈旧的研究方法、陈旧的课题就不要再做了,要勇于打破常规做原创性探索。”

  为打破人造板行业“无醛不成胶”的传统甲醛系胶接模式,实现木质材料从加工到使用的全流程绿色化。受贻贝黏附蛋白结构的启发,即通过模拟海洋中贻贝分泌的黏附蛋白,这种蛋白即使在有水的情况下也可以牢牢粘接在岩石或者其他基材上,研究发现蛋白中的邻苯二酚基团起着关键黏附作用,基于此李坚院士提出了仿生胶接概念。在恩师的指导下,肖少良通过仿生合成原理,采用绿色多羟基化合物为主要原料,以水为唯一溶剂成功研发了一种无醛、无苯、无挥发性有机化合物(VOCs)添加的新型环保低碳胶黏剂——仿生胶黏剂。“从接手项目到获得关键性能,有近3年我的研究毫无进展。但偶然在一次实验过程中,玻璃反应釜的树脂胶液意外溢出到加热台上,透明的树脂胶液迅速变化为黑色胶膜,揭开后的黑色胶膜成为耐水的不溶不熔物,这一过程和常见的热固性胶黏剂固化过程类似,正是基于这一偶然观察到的新现象,我们创制出了仿生胶黏剂。因为恩师给的研究方向是从来没人做过的课题,具有高度的冒险性。作为当时已经70多岁的院士,恩师选择直接指导我,同时在课题研究上又给予了我充分的自由和鼓励,这让我在少走弯路的同时最大化地锻炼了我独立思考和发现问题的能力。”肖少良说。

  2018年,肖少良在国家留学基金委员会的资助下,赴美国马里兰大学胡良兵教授团队开展交流学习。胡良兵教授团队作为可持续木质纤维材料领域的顶尖研究团队,在木材前沿研究方面具有突出的造诣。在马里兰大学为期一年的联合培养期间,肖少良以木材增强塑化为研究方向,并以第一作者发表《科学》(Science)封面文章。相关研究打破了木材不易在强化的同时具有良好加工成型性的限制,使木材兼顾优异的力学性能及“类金属/塑料”的良好加工成型性,很好地拓展了木材在工程领域的应用范围,特别是在对强度和复杂形状成型性都有较高要求的高端工程领域具有良好的应用前景。文章一经发表就受到国内外专家学者的高度肯定,国内外媒体纷纷进行亮点报道,产生了重要的国际影响。

  肖少良表示这段科研经历对自己产生很大的影响。“我从胡良兵教授身上学到如何最大化利用团队的力量高效地开展科研、如何精益求精地把科研做到极致,以及如何更加深入地挖掘科学问题。”项目从着手研究到文章发表,过程无比艰难,而一个偶然的举动又为他带来意外的惊喜:在一次实验中,为提高实验效率,肖少良把固定好的弯曲木材丢到水里使它软化以便再重新做成其他形状,这一无心之举让他有了新发现,即木材经过干燥固定,再一次放到水里浸泡,它的塑化性能会得到极大提升,即使对折也不断裂,赋予了木材折叠性能。“科研是一种创新过程,充满着不确定性,无法按计划进行,拥有兴趣、好奇心和善于抓住新奇现象的品质是发现和创造新材料的关键。”肖少良说。


把论文写在祖国大地上


  习近平总书记多次强调“把论文写在祖国的大地上”。坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,这也一直是肖少良的科研初心。肖少良认为,科研成果的落地转化是实现技术创新和国家发展的重要环节,科研人员兼顾基础与应用研究有助于更好地推动科研成果的落地转化。

  肖少良介绍,我国属于缺林少材的国家,尤其是优质木材短缺,对外依存度远高于木材安全警戒线,但速生材和木材加工剩余物丰富,如何实现木质资源的高效和高附加值利用,对缓解我国木材供需矛盾,保障木材安全具有重要意义。胶接是实现木质资源高效利用最有效的手段之一,堪称“不植树的造林”。但由于现有胶接技术使用的胶黏剂绝大部分含有甲醛,导致生产和使用木制品时不可避免地存在游离甲醛或挥发性有机物污染物释放的隐患。随着国家环保标准的提高和人们对健康的日益重视,无醛绿色胶黏剂的科研攻关一直受到学术界和工业界的高度关注。仿生胶接课题正是针对现有人造板技术普遍存在游离甲醛和挥发性有机污染物的世界性难题而提出,这一方向兼顾了前沿基础研究和广泛市场应用的需求。

  自2018年起,肖少良(从博士一年级起——毕业后留校任教)一直在恩师李坚院士的引领下,与山东新港集团聚焦无醛环保低碳人造板制造领域重大关键技术的落地转化。截至目前,相关技术已实现无醛仿生胶黏剂批量生产、胶合板批量化生产、年产30万立方米超强刨花板和年产18万立方米超薄纤维板的连续规模化生产,实现了三大人造板的批量化生产。这一技术不仅实现了产品甲醛零添加,更重要的是有望攻克现有人造板从制造到消费终端的全生命周期绿色无污染的技术,让人造板全产业链进入健康新时代,符合国家“双碳”战略和“健康中国2030”规划纲要。

  “以企业为创新主体,市场为导向,利用政产学研用协同创新模式,不仅可以加快前沿基础理论技术成果的落地转化,同时在技术转化过程中有助于发现新的科学问题、促进基础理论研究,进而实现基础与应用研究的协同发展。”肖少良说。


立德树人守初心


  肖少良在东北林业大学一路求学,毕业后又正式入职母校。在他心中,教育是伟大的事业,他希望能传承恩师李坚院士立德树人、教学相长的理念,成为学生的引路人。他时刻牢记新时代高校教师的职责,以“为党育人、为国育才”为初心使命。

  在教学和培养学生中,肖少良会根据学生的特点因材施教并采用不同的培养方式。从自身学习的体悟中,他时常给学生提出一些建议。他鼓励学生尽可能多接触优秀的人,并向他们学习;引导学生充分利用平台优势,多做一些尝试,尽早制定近期和长期目标;督促学生多读书,提高自学能力,保持对生活的热爱和新事物的好奇心,同时花时间锻炼身体。“老师的职责不仅是向学生传授知识,更重要的是激发学生的求知欲和创造力。”肖少良说。对他而言,最幸福的事就是看到学生的进步和成长。

  未来肖少良将继续围绕国家木材安全、节能减排和绿色制造的重大战略需求,从“永续利用”和“循环经济”等角度出发,持续聚焦绿色胶接、木材增强塑化、高附加值利用和低碳化技术,顺应木制品绿色化、低碳化、增强化、多功能化的趋势,以期在技术创新上能取得新进展,并通过政产学研用的合作方式创造更多木质新型材料,从而满足人民日益增长的对美好生活的需要。
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2024年4月

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