橡膠在我們的日常生活中發(fā)揮著非常重要的作用，然而目前所有的合成橡膠依賴于石油資源，且不可降解。生物基聚酯彈性體是由生物資源經(jīng)過發(fā)酵、合成、加工得到的具有良好性能的一系列材料，符合環(huán)保、低碳、可持續(xù)發(fā)展的需求。
合成橡膠依賴進口 可持續(xù)發(fā)展是熱點
橡膠材料具有柔軟、大變形、可回彈的獨特性，是高分子材料的重要方向之一，廣泛應(yīng)用于汽車輪胎、飛機輪胎、輸送帶、耐油管、密封圈、手套、醫(yī)用材料等領(lǐng)域，是其他高分子材料不能取代的。全球每年消耗橡膠產(chǎn)品達到3000萬噸，橡膠工業(yè)總產(chǎn)值超過萬億元。
目前的合成橡膠品種包括乙丙橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、順丁橡膠、丙烯酸酯橡膠、硅橡膠等，均是由國外原創(chuàng)的，我國在橡膠領(lǐng)域尚沒有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，嚴重限制了我國合成橡膠的發(fā)展。我國合成橡膠每年的消耗量在800萬噸左右，而產(chǎn)量不足，仍然嚴重依賴國外進口。
另外，合成橡膠材料均是通過化石資源得到的。隨著化石資源日益匱乏，如何實現(xiàn)橡膠材料的可持續(xù)性發(fā)展成為橡膠工業(yè)的研究熱點。更為重要的是，傳統(tǒng)合成橡膠材料是不可降解的。我國每年產(chǎn)生廢舊輪胎達到超過3億條，重量超過1000萬噸，且輪胎每年產(chǎn)生的磨屑就可達到200萬噸，對環(huán)境造成了嚴重的污染。
研發(fā)生物基聚酯彈性體 開展示范性生產(chǎn)線建設(shè)
為了實現(xiàn)橡膠行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，開發(fā)我國原創(chuàng)的橡膠品種，北京化工大學(xué)彈性體中心于2008年提出利用不同的生物基二元酸和二元醇為單體，采用熔融縮聚方法，獲得了一系列的生物基聚酯彈性體。該生物基聚酯彈性體為我國原創(chuàng)的合成橡膠品種，有望實現(xiàn)我國合成橡膠品種零的突破;完全不依賴石油資源，其原料均是通過生物發(fā)酵得到的，符合國家環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的要求;可降解，真正實現(xiàn)從自然環(huán)境中來，到自然環(huán)境中去的全生命周期循環(huán)過程，不對環(huán)境造成任何污染。
北京化工大學(xué)彈性體中心通過十余年的不懈努力，合成了數(shù)十種生物基聚酯彈性體，并對其產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用進行了開發(fā)，于2013年建成一條百噸級的生物基聚酯彈性體的生產(chǎn)線。目前該團隊與彤程新材料集團合作，摸清了聚酯彈性體的各項生產(chǎn)工藝參數(shù)，正在開展千噸級生物基聚酯彈性體示范生產(chǎn)線的建設(shè)。
可實現(xiàn)多種橡膠替代 可降解橡膠有望量產(chǎn)
生物基聚酯彈性體具有很強的極性，因此具有優(yōu)異的耐油性，可取代丁腈橡膠和丙烯酸酯橡膠，應(yīng)用于耐油密封圈領(lǐng)域。
據(jù)悉，丁腈橡膠的價格在2萬元每噸，丙烯酸酯橡膠價格更是接近10萬元，且需要從國外進口。生物基聚酯橡膠材料在耐油領(lǐng)域取代這兩種橡膠材料從價格上是可行的。
聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等塑料韌性較差，需要引入增韌劑進行增韌。傳統(tǒng)的增韌劑效果不佳，生物基聚酯彈性體與這些塑料相容性好，所以是優(yōu)異的增韌劑。
我國每年聚氯乙烯(PVC)的產(chǎn)量超過2000萬噸，其增塑劑的用量也超過幾百萬噸?，F(xiàn)有的PVC增塑劑不夠環(huán)保，且被國外所壟斷，急需發(fā)展我國自主的PVC增塑劑。張立群教授團隊合成的生物基聚酯，無毒、耐溶出、增塑效果好，是一種優(yōu)異的PVC用增塑劑。該生物基聚酯彈性體還具有可降解性能，是目前唯一能降解的合成橡膠材料。這種材料通過改變結(jié)構(gòu)和填料種類，實現(xiàn)了對其降解速度的有效控制，有望制備得到生物基可控降解輪胎，從而從根源消除輪胎及輪胎磨屑對環(huán)境的污染。
另外，利用聚酯彈性體的可降解性能以及無毒性，研究團隊設(shè)計、合成了口香糖膠基，并開發(fā)一種可在人體內(nèi)和土壤中降解的口香糖，從而避免口香糖吐到地上難以清理的情況。該聚酯彈性體得到了國家自然科學(xué)基金重點基金“生物基工程彈性體的設(shè)計、制備及應(yīng)用基礎(chǔ)研究”、國家重點研發(fā)計劃“新型生物基橡膠材料制備技術(shù)及應(yīng)用示范”以及世界輪胎巨頭美國固特異公司的支持。預(yù)期在不久的將來，生物基聚酯彈性體將會實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，實現(xiàn)在橡膠領(lǐng)域多方面的應(yīng)用，成為我國特色的生物基可降解特種橡膠材料。
