国内首创！中国生物基橡胶研究第一梯队是如何炼成的？

生物基橡胶替换石油基橡胶的两种思路：同结构替换和新结构替换

合成橡胶品种繁多，主流品种包括乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶等等，但这么多的合成橡胶品种均是国外开发的。

为了开发出我国原创的橡胶品种，北京化工大学弹性体中心从2003年起开展了相关工作。在此后18年里，该团队不仅设计合成了两款新品种生物基聚酯橡胶材料生物基可降解聚酯橡胶和官能化生物基衣康酸酯橡胶，还不断助推这两款橡胶的商业化。

譬如，该团队陆续将生物基聚酯橡胶材料应用于具体领域，制成出耐低温耐油密封圈、可降解轮胎、可降解鞋子、可降解口香糖、可降解骨蜡、聚乳酸增韧剂、PVC增塑剂等产品，部分相关产品得到了中国航发北京航空材料研究院、山东玲珑轮胎股份有限公司等企业的认可，认为“该材料具有重要的应用前景和社会效益”。

2021年3月，该研究通过中国石油和化学工业联合会组织专家的鉴定。专家“一致认为该原创的高分子量生物基可降解聚酯橡胶在分子结构上具有独特性，展现了在特定领域的良好应用前景，该成果处于国际领先水平”。

在官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡胶材料拓展商业化方面，该团队目前已在山东京博中聚新材料有限公司建成了世界首条千吨级示范生产线，在山东玲珑轮胎股份有限公司工业化生产线上试制了生物基绿色轮胎。该轮胎“滚动阻力达到了欧盟标签法B级水平”，“实现生物质资源的高附加值利用”。2021年5月，中国石油和化学工业联合会组织专家认为，“官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡胶材料结构设计与合成居国际领先水平”，“建议大力推广”。

迄今为止，该两款产品均已完成千吨级的中试生产，处于产品市场应用阶段。

《生物基生态》:对于一个弹性体专业教授来说，以生物基的方式替换石油基橡胶，其中的替换的逻辑是怎么来的？

王朝：主要有两个替换思路。

第一个思路叫同结构替换。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。

第二个思路叫新结构替换。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。

《生物基生态》: 如果说同结构替换是有迹可循的，那如何保证新结构替换的成功？

王朝：我们团队开发出的这两种新结构合成橡胶是我国原创的生物基合成橡胶品种，国际上没有任何同类型产品，实现了从“0”到“1”的转变。至于为什么会想到这两种新结构分子就能做成橡胶，这得基于我们团队在橡胶领域多年的经验累积，以及对高分子材料分子结构理论知识的累积。

我们在设计生物基聚酯弹性体的时候，就有这样一个思考，即如何能把聚酯从塑料变成橡胶材料。当然，这个思考也不是一蹴而就的。我们前期做了很多实验，逐渐论证，一步步地去接近目标产物，最后才得到这两种生物基橡胶。我们的研究工作持续了好多年，这两种橡胶都历经了14年以上。

02

生物基橡胶三个发展方向

各有热点

在“双碳”政策之下，橡胶行业的发展必须走绿色化的道路，从生物基原料中取材是其发展的重要支撑点。

天然橡胶是橡胶行业中最具有碳中和潜力的材料。然而，我国天然橡胶资源匮乏，只有云南、海南可以生产天然橡胶，产量极低，这使得我国天然橡胶的进口依存度较高。2019年我国天然橡胶的消费量约为555万吨天然橡胶，其中520万吨是进口的。

王朝指出，生物基橡胶行业的发展趋势可从三个子类别去讨论，分别是天然橡胶、生物基传统合成橡胶、新型生物基合成橡胶。这三者各有其发展热点，但都与社会发展进程、政策环境及橡胶行业自身资源特点相适应。

《生物基生态》: 生物基橡胶行业目前发展的热点是什么？

王朝：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。

《生物基生态》:在您看来，2022年生物基橡胶行业有新变化吗？

王朝：我认为是有新变化的。新变化主要有三点。

第一个是今年生物基橡胶领域和第二代天然橡胶领域都发展得非常迅速，无论是论文数量还是受到的关注度都比较高。

第二个是通过生物发酵手段获得了更多的烯烃类单体，可进一步合成更多的生物基传统合成橡胶。

第三个是我国原创的生物基可降解的聚酯橡胶和衣康酸酯橡胶都已经通过了中试，现在正在加快下游市场开发和生产线建设，应该很快就可以在市场上看到生物基橡胶相关产品的身影。

03

轮胎行业价格敏感度高

鞋行业附加值高

翻开张立群院士和王朝教授团队的履历，轮胎企业是出现最为频繁的合作方。不过，在近些年，制鞋企业也找到该团队寻求合作。

根据Grand View Research全球可持续鞋类市场分析，包括耐克、阿迪达斯、匡威在内的许多知名鞋企品牌都在开发出更加“碳中和风格”的鞋子。

例如，2019年4月，阿迪达斯推出了完全可回收的Futurecraft Loop运动鞋系列。2022年10月，FILA斐乐推出使用多种废料回收再生环保材质打造新产品FILA鲸鱼鞋。彪马推出了Puma InCycle鞋系列，宣称100%生物降解；耐克使用再生皮革，阿迪达斯使用再生塑料，锐步推出了植物衍生的石油基跑步鞋。

在与企业广泛接触过程中，王朝对生物基橡胶的下游行业的需求形成了自己的理解。

《生物基生态》: 目前，国内对生物基轮胎、生物基鞋的补贴政策暂未出现，请问生物基橡胶下游企业对生物基橡胶的反响如何？

王朝：就目前对橡胶行业来说，最大的下游市场分别是轮胎和鞋子，前者占了60-70%。轮胎制造商家对橡胶价格的敏感度较高；制鞋企对价格的敏感度要低一些。目前，我们生产出的生物基橡胶产品，其成本比石油基橡胶要高一些。

鞋子对橡胶的性能要求没有那么高，市场相对成熟。在环保风潮下，国内外鞋企均在寻找生物基橡胶或者是可降解橡胶。虽然目前国外的各大品牌商陆续推出了各种概念性的生基鞋环保鞋、回收鞋等，但由于缺乏可降解的橡胶材料，导致无法实现全生物降解的鞋。

在对接需求的过程，我们发现，鞋企基本都愿意去接受这样一个新的环保的橡胶材料。具体来说，鞋企需求大致可以分为两类。第一类制鞋企想走量，希望有更低成本的橡胶用料；第二类制鞋企想要有很好的环保宣传理念，这样它就能接受更高价格的橡胶。

轮胎企业在环境和社会责任方面也在努力。例如，德国大陆集团在2021年9月发布了Conti GreenConcept 绿色概念轮胎，其使用的原材料有50%以上来自于回收利用或可再生的资源。

国内轮胎企业也致力于推动环保。我们团队与山东玲珑轮胎公司有紧密的合作，他们愿意在还没有看到利润回报之前不断投入，一起开发出全球首条可生物降解轮胎。令人欣慰的是，我们合作制造的生物基可降解轮胎将在可预见的时间内开始在市场上推广。

今年8月，我们在北京化工大学举办了“全生物基可降解小白鞋”的发布会，给北化学生送出500双全生物基可降解鞋。活动后，很多制鞋企业和品牌商找到我们，希望我们去帮他们开发生物基鞋底或是可降解鞋底，进一步去做全生物基可降解的鞋子。我能感受得到，这是在当前制鞋行业一个非常紧迫的需求。

《生物基生态》: 目前，团队生产的生物基衣康酸酯橡胶在山东京博中聚建有千吨级示范生产线，后期发展计划是什么？目前推广生物基橡胶的难点和可能的解决方案是什么？

王朝：目前这两个橡胶品种在生物基轮胎、生物基鞋子、生物基耐用密封圈领域都实现了应用，可以说在短时间内，这两种橡胶的产能产量会随着市场需求、双碳战略的执行、政策的支持呈现出爆发式的增长。我们目前的规划是，这两个胶种的产能在2025年都能达到万吨级。

目前推广生物基橡胶上主要有两个难点。第一个是生物基原料的橡胶，生产成本略高。第二个是市场对新品种橡胶的接受度还不够。大家用惯了传统橡胶，会担心新橡胶的性能能否满足要求。

加大推广的方案是争取更多政策的支持，同时加快产品的市场验证。

比如目前国外政府会依据产品生物基材料含量不同，提供相应的补贴，因此我期望我们国家也能给出类似的政策支持。当生物基产品的价格和性能都有竞争力的时候，自然就能解决产能产量的问题。

后记

采访尾声，王朝还特别提到了全球每年600万吨轮胎磨屑污染环境和影响人类健康的问题遭到了忽视。

“因为摩擦磨损，每年全球都有超过10亿条废弃轮胎要更换，但你知道轮胎被磨损的部分去哪儿了吗？”王朝一边向我提问，一边为我作答。

“这些橡胶磨屑，它们洒在路上、落入海里、被鱼吞食、最后进入人体。调查已经发现，人的血液、肾脏肝脏以及婴儿胎盘都发现了这种磨屑。但是，每年这600万吨磨屑去哪儿？没人在意。”

王朝随后又进一步解释了轮胎磨屑日积月累带来的环境负担。通过在线对话视频的窗口，我瞥见了王朝无名指上的戒指，猜想这份忧虑或因其担任父亲的角色而加深。

“你看，磨屑一年是600万吨，两年就是1,200万吨，它是累积的，累积十年就是6,000万吨。这个长此下去的话，那就是说我们给下一代造成非常大的负担。”王朝说。

的确，落实绿色愿景是一项崇高的任务。

站在个人职业寿命角度看，单个材料产业化所需要时间极其漫长。其中不仅需要大量试验、每一个具体环节的解决方案优化，还需要贴合市场潮流，满足消费需求。每一小点滴的进步，都融汇了来自各方组织的资金和人力智力，从企业、高校、科研机构到政府。

既然任务如此艰巨，我们为什么还要砥砺前行？无他，这背后关系到每个家庭和生命个体的安全，关系到人类共同的生态环境。

但值得我们欣慰的是，生物基橡胶行业不断突破。随着上述国产原创生物基橡胶品种在轮胎、鞋底、耐用密封圈领域获得应用，我们从“为什么要用生物基橡胶产品”到“人人能用上生物基橡胶产品”，又近了一步。

2023年，把握生物基产业新机遇

↓↓↓

《生物基生态》杂志广告招商啦~

↓↓↓

返回搜狐，查看更多