橡胶材料的绿色革命，生物基橡胶材料的产业化发展
来源：橡胶技术网
橡胶的第三代材料是生物基橡胶，这种新型材料以其环保、可持续和可再生的特性，正逐渐成为橡胶领域的新宠，并有望在未来引领橡胶材料的绿色革命。
橡胶，作为一种广泛应用的材料，从天然橡胶到合成橡胶，已经历了两代的变革。然而，随着全球环境问题的日益突出和可持续发展理念的深入人心，传统的橡胶材料已无法满足现代社会的需求。于是，作为橡胶的第三代材料，生物基橡胶应运而生，以其环保、可持续和可再生的特性，成为了材料科学领域的新宠
生物基橡胶，又称为生物橡胶或生物质橡胶，是以可再生生物资源为主要原料，通过生物发酵或化学合成等方法制得的一类新型橡胶。与传统的石油基橡胶相比，生物基橡胶具有更低的碳足迹、更好的生物降解性和更高的可再生性，符合现代社会的绿色发展趋势。
生物基橡胶的发展历程可以追溯到21世纪初。随着生物技术的飞速发展和人类对可再生能源的追求，越来越多的科研机构和企业开始投身于生物基橡胶的研发和生产。经过多年的努力，生物基橡胶已经在汽车、轮胎、鞋材、电线电缆等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的环保和经济效益。
然而，生物基橡胶的发展仍面临一些挑战。首先，生物基橡胶的生产成本相对较高，主要原因是原料的获取和加工技术尚未完全成熟。其次，生物基橡胶的性能和稳定性仍有待提高，以满足更多领域的需求。此外，生物基橡胶的市场推广和应用也需要得到更多政策和资金的支持。
尽管如此，生物基橡胶的未来前景仍然非常广阔。随着技术的不断进步和成本的降低，生物基橡胶有望在更多领域替代传统的石油基橡胶，成为橡胶领域的主导材料。同时，随着全球对可持续发展的重视和绿色经济的兴起，生物基橡胶也将成为推动绿色发展和应对气候变化的重要力量。
总之，橡胶的第三代材料——生物基橡胶，正以其独特的优势和巨大的潜力，引领着橡胶材料领域的绿色革命。在未来，我们有理由相信，生物基橡胶将成为推动可持续发展和构建绿色经济的重要力量。
天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。非粮生物基合成橡胶是指以农作物秸秆、玉米芯等非粮生物质资源为原料，通过微生物发酵等技术合成的橡胶材料。它不抢耕地、不耗粮食，生产时碳排放比石油基合成橡胶低50%—80%，是破解“石油依赖”“粮食安全”双重挑战的关键材料。
生物基橡胶对石油基橡胶的替代研究
同结构替换
生物基和石油基橡胶最大的不同，是原料来源不同。生物基橡胶来源于土豆、玉米、秸秆等。举个例子，如果用生物基乙烯和丙烯制备乙丙橡胶，那产品就是生物基乙丙橡胶；如果用石油基乙烯和丙烯制备乙丙橡胶，那产品就是石油基乙丙橡胶。同结构替换，意味着分子结构、单体聚合手段、产品性能、下游产品应用领域是完全一致的，只是原料来源不一样。
新结构替换
这意味着制备出的橡胶分子结构是新型的，与传统通用合成橡胶品种不同。以我们团队开发的生物基聚酯橡胶和生物基衣康酸酯橡胶为例，它们与传统橡胶相比，在力学性能、应用领域上有相近性，但又有其独有的特点，比如耐油、可降解等。
生物基橡胶材料的产业化
京博中聚10000吨/年非粮生物基橡胶
2024年11月，京博中聚10000吨/年非粮生物基橡胶产线获批建设，标志着非粮生物基橡胶产品进入万吨级产业化阶段。此次实现产业化的生物基衣康酸酯橡胶项目，旨在贯通非粮生物基合成橡胶产业链。该项目以农业废弃物玉米芯为原料制备衣康酸酯橡胶，兼具技术创新性与环保价值。
“与传统石油基合成橡胶相比，每生产1吨生物基衣康酸酯橡胶产品可减少CO₂排放约1.4吨，产品生物基碳含量可达20%—100%。”刘晓介绍，目前，该项目已获取全产业链ISCC PLUS认证，从原料来源到生产过程，全方位践行绿色发展理念。据了解，该成果已在高端鞋材、防护手套、轮胎等领域产品中推广应用。
恒辉安防年产11万吨生物可降解聚酯橡胶项目，采用“一次规划、三期建设”模式稳步推进。其中，一期10，000吨项目已于2024年8月正式开工，目前正按照既定计划稳步推进，力争早日实现符合设计性能要求的合格胶料稳定生产
阿朗新科生产的生物基三元乙丙橡胶
原材料来源于甘蔗，即用甘蔗生产蔗糖，用糖制作乙醇，再用乙醇做成乙烯，同时乙醇通过乙烯与2-丁烯的变构转化为生物基丙烯，最后聚合成三元乙丙橡胶。目前阿朗新科有6款不同牌号的生物基三元乙丙橡胶应用于汽车零部件、门窗密封材料、鞋中底，在人造草皮和塑胶跑道中也有涉及。
陶氏化学
在德国橡胶博览会期间推出了一种生物基三元乙丙橡胶，其采用其他行业的生物残留物为原料而制成，宣称可帮助客户降低碳足迹
此种三元乙丙橡胶可用于汽车防风雨密封件、软管、建筑型材、屋顶膜以及电线电缆领域，将助力实现除汽车行业外的建筑和施工行。
2021年，北京化工大学成功研发新型官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡胶，北京化工大学的张立群教授与王润国教授领衔的团队，以生物基衣康酸酯和丁二烯单体为原料，通过共聚与官能化改性技术，成功研制出新一代高性能官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡胶。这一创新成果不仅为大规模工程应用奠定了坚实基础，更实现了生物质资源的高效增值利用，推动了橡胶行业的绿色转型与持续发展。 北京化工大学团队通过分子结构设计，实现高性能生物基橡胶产业化，获得多项专利，并取得国际认可。
生物基橡胶可以分为天然橡胶和生物基合成橡胶两类，后者又可以分为生物基传统合成橡胶和新型生物基合成橡胶。
我国天然橡胶树产量很低，但是从我国特有的植物蒲公英和杜仲树中，也能提取出天然橡胶。这两种植物的含胶量没有那么高，我们可以通过基因改性的方法去提高植物的含胶量，可以改进提胶工艺提高产率。这是它的核心问题。
生物基传统橡胶是以同结构生物基原料替换石油基原料制备得到的橡胶。现在国际上逐渐出现了生物基乙烯、生物基丁二烯、生物基异物二烯等，通过生物基烯烃类单体替换石油基烯烃类单体，来实现最终产品的低碳化、绿色化。
这类橡胶的优点是不需要市场验证，可以直接取代现有的石油基橡胶。其现存主要问题是生物基烯烃原料成本过高、生产过程复杂，限制了应用。这类橡胶发展重点就在于如何通过优化生物炼制工艺来提高生物基烯烃转化率，降低成本。
新型生物基合成橡胶的发展方向是如何通过分子结构设计以开发出更多新牌号的产品。因为新品种橡胶没有参比物，因此要针对目标市场去设计相应的分子结构，这是该类橡胶的研究热点。另外，要加快这类橡胶的市场验证，尽快去实现万吨级生产规模，使其市场化。
目前，通过不同的生物发酵得到原材料化学品、设计合成新生物基弹性体的研究非常多。如果现在所有石油基原料都可以由生物基发酵获得，那么现在所有高分子材料都可以实现生物基。