橡膠材料與我們的生活密切相關(guān)，老百姓每天的衣食住行都離不開橡膠材料。但目前傳統(tǒng)的天然橡膠和合成橡膠都面臨資源不足的難題。于是，各國把目光對準(zhǔn)了生物基橡膠的開發(fā)。橡膠材料按照來源可以分為來自三葉香蕉樹膠乳的天然橡膠，以及源自化石基原料的合成橡膠。自1839年美國人固特異（Good Year）發(fā)明硫化橡膠以來，天然橡膠與合成橡膠陸續(xù)進(jìn)入現(xiàn)代社會的方方面面，至今已經(jīng)為現(xiàn)代文明社會服務(wù)了近180年，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，也還將繼續(xù)服務(wù)于現(xiàn)代文明社會。但是，目前無論是合成橡膠還是天然橡膠，都面臨著資源不足的難題。合成橡膠以石油等化石資源為原料，在能源、資源與環(huán)境都受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)的今天，以大量不可再生的能源、資源消耗為代價的現(xiàn)代合成橡膠工業(yè)，正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。根據(jù)英國BP石油公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前全球探明的石油儲備只夠維持42年的消耗、天然氣儲備只夠維持60年的消耗、煤炭儲備只夠維持130年的消耗，合成橡膠的發(fā)展將不可持續(xù)。同時，我國石油資源嚴(yán)重不足，60%依賴進(jìn)口，超過80%以上的石油被當(dāng)做能源消耗掉，而貢獻(xiàn)到石油化工的石油原料僅為12%。我國合成橡膠的發(fā)展不但受制于油氣資源短缺的困境，還會受到化石能源旺盛需求的擠壓，未來很有可能面臨無米下鍋的窘境。隨著全球變暖趨勢日益明顯，以化石資源為原料的合成橡膠工業(yè)也面臨著節(jié)能減排的壓力。歐盟正在著手立法，考慮今后輸入歐盟的產(chǎn)品必須加大可再生資源的比例，其中輪胎將是受到重點(diǎn)監(jiān)控的產(chǎn)品。美、日等發(fā)達(dá)國家政府也正在制定標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范可再生資源的范圍以及檢測方法。天然橡膠方面，由于受到氣候、病蟲害以及地緣政治的影響，我國天然橡膠的發(fā)展面臨嚴(yán)峻的形勢。我國天然橡膠消耗巨大，自產(chǎn)不足，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，2017年消耗天然橡膠548萬噸，占到全球總消耗量的42%，其中自產(chǎn)81萬噸、進(jìn)口546萬噸。而三葉橡膠樹僅適生于南北緯15度的熱帶雨林里內(nèi)，我國適種面積幾乎開發(fā)殆盡，天然橡膠進(jìn)一步發(fā)展的潛力有限。再加上三葉橡膠樹面臨南美葉疫病的威脅，使全球天然橡膠種植產(chǎn)業(yè)十分脆弱。此外，天然橡膠的收割無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化作業(yè)，年輕人越來越多地遠(yuǎn)離種植農(nóng)場、進(jìn)入大城市工作，三葉橡膠的種植與收獲面臨勞工日益短缺的困境。面對這種情況，一些發(fā)達(dá)國家已行動起來，未雨綢繆，規(guī)劃生物基橡膠的發(fā)展方向，布局生物基橡膠的工業(yè)框架。所謂生物橡基橡膠，指的是利用生物基原材料合成制備的橡膠，以及利用三葉橡膠樹之外的其他植物產(chǎn)生的膠乳所生產(chǎn)的橡膠。在合成橡膠方面，歐美發(fā)達(dá)國家注重傳統(tǒng)橡膠合成單體的生物基化，比如：
- 美國固特異(Goodyear)公司利用糖源開發(fā)生物基異戊二烯，進(jìn)而合成出生物基異戊橡膠，最終制備出生物基異戊橡膠輪胎；
- 阿朗新科利用甘蔗渣開發(fā)出生物基乙烯，與石油基丙烯共聚合，合成生物基三元乙丙橡膠，其中的生物基原料比例可達(dá)70%。
2018年世界杯比賽用球就是使用阿郎新科的這種材料制作，實(shí)現(xiàn)了生物基橡膠的真正應(yīng)用。此外，阿朗新科也建設(shè)了一套生物基異丁烯中試裝置并試產(chǎn)出一批由生物基原料合成的丁基橡膠。美、日、歐不產(chǎn)天然橡膠，因此對于替代性天然橡膠的開發(fā)更為急迫。2007年，美國組成PENRA聯(lián)盟并實(shí)施“卓越計劃（2007-2011-2020）”，歐盟于2008年組成EU-pearls聯(lián)盟實(shí)施“珍珠計劃（2008-2012）”，隨后又組成DRIVE4EU聯(lián)盟啟動第二期“驅(qū)動計劃（2014-2018）”。這些計劃的目的都是立足本地區(qū)開發(fā)三葉橡膠以外的可替代膠源，滿足本土對于天然橡膠的需求，降低對于東南亞三葉橡膠的依賴。在這些計劃中，蒲公英橡膠都是他們的首選目標(biāo)。2013年，德國大陸輪胎公司在歐盟“珍珠計劃”的基礎(chǔ)上，獨(dú)自投資3500萬歐元在位于波羅的海岸的安克拉姆建設(shè)了蒲公英橡膠研發(fā)中心，目標(biāo)是利用蒲公英橡膠低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及超柔軟特性，開發(fā)適合于歐洲冬季氣候條件的雪地胎，占據(jù)了蒲公英橡膠產(chǎn)業(yè)化先機(jī)。日本國土面積狹小，無法獨(dú)自開發(fā)蒲公英橡膠等第二天然膠源。因此，日本普利司通北美研發(fā)中心參與到PENRA聯(lián)盟中，以確保未來天然橡膠的穩(wěn)定供應(yīng)。目前。歐美已經(jīng)制備出蒲公英橡膠輪胎和自行車胎，正向著商業(yè)化的路線穩(wěn)步前進(jìn)。面對發(fā)達(dá)國家在生物基橡膠研發(fā)領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢，我國也不甘落后，積極搶占未來生物基橡膠這一戰(zhàn)略材料的制高點(diǎn)，爭取形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)化開發(fā)模式，避免受制于人。資料顯示，北京化工大學(xué)先進(jìn)彈性體材料研究中心于2008年開展相關(guān)工作，在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目等的資助下，在山東京博中聚新材料有限公司、山東玲瓏輪胎股份有限公司、美國固特異輪胎公司等國內(nèi)外知名企業(yè)的大力支持下，歷經(jīng)13年的科學(xué)研究，首創(chuàng)一類基于生物基單體衣康酸的大分子鏈結(jié)構(gòu)：利用糖、淀粉以及纖維素等生物質(zhì)原料發(fā)酵得到醇、酸等生物基單體，直接轉(zhuǎn)化為生物基橡膠，省去了中間由生物基單體轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)單體的步驟，提高了效率，降低了成本。- 該官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡膠作為我國原創(chuàng)的合成橡膠品種。
- 在山東京博中聚新材料有限公司建成了世界首條千噸級示范生產(chǎn)線；
- 在山東玲瓏輪胎股份有限公司工業(yè)化生產(chǎn)線上試制了生物基綠色輪胎，滾動阻力達(dá)到了歐盟標(biāo)簽法B級水平。
據(jù)估算，生產(chǎn)1噸官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡膠，相比傳統(tǒng)石油基合成橡膠，能夠減少碳排放1.44噸，可以為我國橡膠行業(yè)實(shí)施 “碳達(dá)峰”“碳中和”戰(zhàn)略提供積極支撐。?目前，我國已經(jīng)成功試制出生物基衣糠酸酯橡膠轎車輪胎、生物基共聚酯橡膠制品、杜仲橡膠航空輪胎和蒲公英橡膠概念輪胎等生物基橡膠制品。可以預(yù)見，在不久的將來，應(yīng)用上述生物基橡膠材料制備產(chǎn)品就會逐步滲入到我們的生產(chǎn)生活中，成為構(gòu)建未來高度文明社會有機(jī)元素。
綜合整理自TK生物基材料、中國橡膠雜志
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原文始發(fā)于微信公眾號（熱塑性彈性體資訊）：生物基橡膠的產(chǎn)業(yè)革新
