天然橡膠替代資源開發現狀及前景分析

李業海?張琪昕?魏孔亮 劉俊良 崔志富

摘要：對較具代表性的銀菊、杜仲及蒲公英橡膠草的開發歷程及現狀進行闡述，指出天然橡膠替代資源開發存在的困難，分析該領域的前景并提出發展對策。

關鍵詞：天然橡膠;替代資源;開發現狀;前景分析;對策

天然橡膠是重要的戰略資源，廣泛應用于工業、國防、交通、民生、醫藥、衛生等領域，直接關系到一個國家的經濟發展、政治穩定和國家安全。其中，30%自給率是國際公認一個國家橡膠產業最基本的安全保障線，但由于中國當前橡膠工業快速發展，導致國內耗膠量不斷上升，從1998年開始自給率不斷降低，在2005年首次跌破安全線時的28%，直線下跌到2014年的19%[1]。而在天然橡膠產量方面，由于傳統的巴西三葉橡膠樹單株產量提升空間已經十分有限，加上投機炒作常常令天然橡膠價格上下波動;另外，合成橡膠價格隨直接掛鉤的國際油價不斷變化;從控制資源角度及穩定價格角度來說，尋求其他資源替代天然橡膠，仍然是未來全球橡膠業可持續發展的一個重要課題。長期以來，為打破地域束縛桎梏，不少非植膠區國家及需求量大的地區很早就展開了天然橡膠替代資源的開發研究，從近2000多種含膠植物中挑選出較具代表性的銀菊、杜仲及蒲公英橡膠草，在其種植撫管模式、膠乳提煉技術和綜合開發應用等方面取得了一定研究進展，此舉對開發生物基橡膠，實現天然橡膠多元化發展具有積極意義。

1? 天然橡膠替代資源開發現狀

1.1? 銀菊橡膠

1.1.1? 基本概況

銀菊橡膠存在于一種多年生灌木植物銀菊，主產區位于前蘇聯、中美洲墨西哥等地，后經人工栽培種，2～4年后即可收其莖和根，經機械粉碎、化學溶劑抽提膠乳制得。

1.1.2? 發展歷程

墨西哥印第安人在1852年發現可從銀膠菊中提取橡膠物質，并在1876年展出了樣品，而1904年創立的國際橡膠公司是銀菊膠最早的生產單位;二十世紀的二十年代，美國和蘇聯在其屬地內推廣種植，其中第二次世界大戰期間美國制訂了橡膠應急計劃，銀菊橡膠得到大力發展，但之后因為馬來西亞地區三葉膠增產等原因，銀菊膠的生產進入快速衰退期[2]。

1.1.3? 開發現狀

許多國家看好銀菊橡膠是最好的替代資源。主要因為銀菊橡膠成分里沒有蛋白質，屬于替代非致敏天然橡膠的最優選擇 [3]。2000年開始，開發無過敏性反應的天然膠乳被列入美國農業研究機構項目發展計劃[4]。日本普利司通公司為實現輪胎原料100%可持續化，對以銀菊為代表的各種生物材料進行研發 [5]。2010年初，銀菊膠和蒲公英替代三葉天然膠的研究被列入“歐盟第七框架計劃”[6]。近年來，銀膠菊綜合開發也取得很大進展。銀膠菊的樹脂提取用于粘合劑和制造涂料后，用剩余不含樹脂的部分提取橡膠，提膠后的余渣可用來生產建筑材料、復合板及用作肥料等[6];而樹脂和膠乳分離后，可以從樹脂中回收脂肪酸、萜類化合物等，膠渣可轉化為生物能源，經發酵可轉化為乙醇，經裂解可制成生物燃料，經汽化可生成合成氣，燃燒用于發電，等等[7]。

1.2? 杜仲橡膠

1.2.1? 基本概況

杜仲是優質膠源樹種，其橡膠存在于杜仲樹的葉、皮、根中。中國擁有全球95%以上的杜仲資源，秦嶺山中的略陽縣是我國最大的杜仲基地，共有3.87萬hm2，1.3億株優質杜仲資源。杜仲膠和產于三葉橡膠樹的天然橡膠，化學成份相同，但分子結構不同，杜仲膠為反式聚異戊二烯，天然橡膠為順式聚異戊二烯[8]。

1.2.2? 發展歷程

上世紀五十年代初，我國組織專家在青島二廠開展杜仲代替天然橡膠研究，直到1981年，中國科學院化學所首次將合成杜仲膠制成彈性體，隨后制造出了以杜仲膠和順丁膠混合的摩托車外胎;1996年，國家在北京順義建設了一個精膠示范廠，在遵義、略陽等地建設了粗膠示范廠; 2010年年底，杜仲產業促進工作委員會在中國橡膠工業協會的支持下成立[9]，;該促進會于2011年成立我國第一個杜仲產業戰略聯盟組織，推動我國杜仲橡膠產業化進程。同年4月，國家發改委將“杜仲種植生產”和“新型天然橡膠的開發和應用”列入產業結構調整目錄（2011本）的鼓勵類目錄中。

1.2.3? 開發現狀

在資源培育方面，目前有6個高產膠杜仲良種被中國林業科學研究院牽頭選育，采用果園化栽培技術，杜仲產果量比傳統栽培模式提高40倍，產膠量達400kg/hm2[10];在加工應用方面，杜仲膠擁有優異的耐磨性以及耐疲勞性，是具備較大發展潛力的天然橡膠替代資源;在產業化研究方面，具有完整自主知識產權的杜仲材料科學產權體系已經形成，該體系在中國具備了產業化的基本條件并領先于全世界。

目前，熱塑性杜仲膠應用已十分廣泛，主要用于生產骨科外固定材料、假肢套以及運動護具、醫療保健品等，具有衛生、輕便、透X光，操作簡便、物美價廉等優點，比進口的其他高分子代石膏材料更受歡迎。利用聚乙烯與杜仲膠有很好的共混相容性，加工成薄膜可與金屬很好粘合，并且具有很好的透雷達波性能，進行合成孔隙雷達波導天線密封用的透雷達波材料研究，可促進軍工的發展[11]。

1.3? 蒲公英橡膠

1.3.1? 基本概況

蒲公英橡膠由草本植物青膠蒲公英的膠乳制得，該橡膠草性耐寒，原產前蘇聯，生膠集中于根部皮中的乳汁內，約占8%～10%。工業用生膠，一般含橡膠烴80%～86%、樹脂10%～11%，其硫化膠的物理化學性質近于煙片膠，但耐熱性和定伸強度很低[12]。

1.3.2? 發展歷程

受地域限制，天然橡膠研究計劃在很多非植膠區國家相繼提出，比如美國“卓越計劃”、歐盟“珍珠計劃”等;2012年，日本通過自主研發提膠技術，成功地將哈薩克斯坦等地原產的蒲公英根部的天然橡膠提取出來用于制作輪胎 [13]。同年，中國開始進入蒲公英橡膠研究領域標志是北京化工大學與山東玲瓏輪胎簽署了開發蒲公英橡膠的合作協議[14]，2015年，在雙方主導下成立了“蒲公英橡膠產業技術創新戰略聯盟”，我國進入蒲公英橡膠產業商業化快車道。