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天然橡膠原材料短缺,可持續(xù)的生物基橡膠離我們還遠(yuǎn)嗎?

   2023-07-11 12330
核心提示: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(kāi)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。
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(kāi)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(guó)把目光對(duì)準(zhǔn)了生物基橡膠的開(kāi)發(fā)。



1.橡膠資源日益缺乏



橡膠材料按照來(lái)源可以分為來(lái)自三葉香蕉樹(shù)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(guó)人固特異(Good Year)發(fā)明硫化橡膠以來(lái),天然橡膠與合成橡膠陸續(xù)進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)的方方面面,至今已經(jīng)為現(xiàn)代文明社會(huì)服務(wù)了近180年,在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),也還將繼續(xù)服務(wù)于現(xiàn)代文明社會(huì)。



但是,目前無(wú)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(jià)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(guó)BP石油公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),目前全球探明的石油儲(chǔ)備只夠維持42年的消耗、天然氣儲(chǔ)備只夠維持60年的消耗、煤炭?jī)?chǔ)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(shí),我國(guó)石油資源嚴(yán)重不足,60%依賴進(jìn)口,超過(guò)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(guó)合成橡膠的發(fā)展不但受制于油氣資源短缺的困境,還會(huì)受到化石能源旺盛需求的擠壓,未來(lái)很有可能面臨無(wú)米下鍋的窘境。



隨著全球變暖趨勢(shì)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(guó)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(cè)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(guó)天然橡膠的發(fā)展面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)。



我國(guó)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(wàn)噸,占到全球總消耗量的42%,其中自產(chǎn)81萬(wàn)噸、進(jìn)口546萬(wàn)噸。



而三葉橡膠樹(shù)僅適生于南北緯15度的熱帶雨林里內(nèi),我國(guó)適種面積幾乎開(kāi)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(shù)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(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化作業(yè),年輕人越來(lái)越多地遠(yuǎn)離種植農(nóng)場(chǎng)、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。



2.生物基橡膠是新思路



面對(duì)這種情況,一些發(fā)達(dá)國(guó)家已行動(dòng)起來(lái),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(shù)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(guó)家注重傳統(tǒng)橡膠合成單體的生物基化,比如美國(guó)固特異(Goodyear)公司利用糖源開(kāi)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(kāi)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(duì)于替代性天然橡膠的開(kāi)發(fā)更為急迫。2007年,美國(guó)組成PENRA聯(lián)盟并實(shí)施“卓越計(jì)劃(2007-2011-2020)”,歐盟于2008年組成EU-pearls聯(lián)盟實(shí)施“珍珠計(jì)劃(2008-2012)”,隨后又組成DRIVE4EU聯(lián)盟啟動(dòng)第二期“驅(qū)動(dòng)計(jì)劃(2014-2018)”。



這些計(jì)劃的目的都是立足本地區(qū)開(kāi)發(fā)三葉橡膠以外的可替代膠源,滿足本土對(duì)于天然橡膠的需求,降低對(duì)于東南亞三葉橡膠的依賴。在這些計(jì)劃中,蒲公英橡膠都是他們的首選目標(biāo)。



2013年,德國(guó)大陸輪胎公司在歐盟“珍珠計(jì)劃”的基礎(chǔ)上,獨(dú)自投資3500萬(wàn)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(kāi)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(guó)土面積狹小,無(wú)法獨(dú)自開(kāi)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(lái)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)。



我國(guó)在生物基橡膠材料研發(fā)的進(jìn)展



我國(guó)在生物基橡膠材料研發(fā)的進(jìn)展。主要包括原創(chuàng)型生物基可降解聚酯橡膠材料、原創(chuàng)型不降解的生物基衣康酸酯橡膠材料、液相法超聚態(tài)天然橡膠材料及環(huán)氧化天然橡膠以及蒲公英橡膠的最新進(jìn)展。



北京化工大學(xué)研制成功了世界第一批丁烯二醇基生物基聚酯橡膠可降解輪胎,能夠提高輪胎的抗?jié)窕?、低滾阻性能?,F(xiàn)在已經(jīng)取得了彈性體制備及方法、彈性體胎面膠、復(fù)合輪胎及制備方法等3項(xiàng)專利。CNAS等出具的降解性能評(píng)價(jià)顯示,生物基聚酯橡膠符合“全生命周期”特征。



張立群通報(bào)了生物基可降解聚酯橡膠戰(zhàn)略規(guī)劃,除已經(jīng)研制成功的可降解輪胎外,北化還在與多方合作,共同研發(fā)可降解鞋、高低溫耐油密封圈、TPV制品等工業(yè)產(chǎn)品外,還有可降解口香糖等日用品。



就在一個(gè)月前的5月25日,由北京化工大學(xué)先進(jìn)彈性體材料研究中心為主完成的“官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡膠”通過(guò)了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定。



官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡膠作為我國(guó)原創(chuàng)的合成橡膠品種,北化歷經(jīng)13年的科學(xué)研究。



在山東京博中聚新材料有限公司建成了世界首條千噸級(jí)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(dòng)阻力達(dá)到了歐盟標(biāo)簽法B級(jí)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(guó)橡膠行業(yè)實(shí)施 “碳達(dá)峰”“碳中和”戰(zhàn)略提供積極支撐。



世界首批官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡膠膠乳及生膠



世界首批官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡膠輪胎



張立群說(shuō),天然橡膠是全球最大的可直接未加工改型使用的生物基高分子材料,1噸天然橡膠從植物合成到輪胎生命終止總計(jì)排放二氧化碳2.7噸,僅是合成橡膠全生命周期二氧化碳10.2噸的約1/4。每1噸天然橡膠進(jìn)行環(huán)氧化改型產(chǎn)生7.7噸二氧化碳,按前述橡膠樹(shù)每生產(chǎn)1噸天然橡膠能吸收17.5噸的二氧化碳計(jì)算,每生產(chǎn)1噸環(huán)氧化天然橡膠能消耗9.8噸二氧化碳。



環(huán)氧化天然橡膠不僅符合綠色輪胎制造的理念,而且硫化膠用作胎面膠的綜合動(dòng)態(tài)性能非常好。將其與天然橡膠按一定比例配合生產(chǎn)的載重子午胎,改善了撕裂強(qiáng)度,并進(jìn)一步提高了載重胎的綜合性能。其還能完全代替SSBR用于綠色轎車輪胎的生產(chǎn),材料的力學(xué)性能、抗?jié)窕阅?、耐磨性能進(jìn)一步增強(qiáng),符合新時(shí)代節(jié)能減排的要求。北化已經(jīng)與海膠集團(tuán)、海南大學(xué)合作,建設(shè)了中試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。



北化與西雙版納圣潤(rùn)橡膠合作開(kāi)發(fā)出了“高頻微剪切液相工藝制備超聚態(tài)高性能橡膠材料新技術(shù)”。一套裝置已經(jīng)開(kāi)發(fā)出3種新材料:超聚態(tài)天然橡膠、超聚態(tài)天然橡膠納米復(fù)合材料、超聚態(tài)與硫化膠基制品。檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示,超聚態(tài)天然橡膠基本與進(jìn)口1號(hào)煙片膠技術(shù)指標(biāo)持平。已經(jīng)在兩家企業(yè)生產(chǎn)出了半鋼胎的試驗(yàn)胎。


我國(guó)蒲公英橡膠研究始于2012年,2014年9月,在山東玲瓏生產(chǎn)的3條蒲公英橡膠輪胎樣胎在當(dāng)年召開(kāi)的國(guó)際橡膠會(huì)議上展出,引起業(yè)界高度關(guān)注。2015年,中國(guó)蒲公英橡膠產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟建立,項(xiàng)目利用“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助,開(kāi)發(fā)出“綠色高效蒲公英橡膠制備關(guān)鍵技術(shù)”,還在哈爾濱建設(shè)了100噸級(jí)綠色水基工藝路線自動(dòng)化提膠裝置,今天試車?!叭绻皇菂⒓咏裉斓恼搲?,作為研發(fā)計(jì)劃的主要人員,我按說(shuō)應(yīng)該過(guò)去參加儀式?!睆埩⑷赫f(shuō),該全新裝置的試車,將會(huì)為下游產(chǎn)業(yè)廣泛的產(chǎn)品驗(yàn)證提供充足的蒲公英橡膠原料。


蒲公英橡膠的開(kāi)發(fā)必須遵循綜合開(kāi)發(fā)的技術(shù)路線,形成天然橡膠+菊糖(乙醇)+蒲公英茶+飼料+有機(jī)肥的全產(chǎn)業(yè)鏈條。



每一項(xiàng)技術(shù)成果的成功,飽含科研技術(shù)人員多年的辛苦付出。希望業(yè)界支持生物基橡膠的研究發(fā)展,高度重視生物質(zhì)資源的高附加值利用,為促進(jìn)橡膠產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo),作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。


文章來(lái)源: TK生物基材料,中國(guó)橡膠雜志
 
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