國內杜仲膠研發情況研究綜述
郭雨竹1,2石欣彤1,2張精兵1,2郎鉞1,2
(1､瀋陽化工大學材料科學與工程學院,遼寧瀋陽1101422､遼寧省高分子應用技術高校重點實驗室,遼寧瀋陽110142)
我國橡膠消耗量已經連續十多年居世界首位,2014年天然橡膠表觀消費量約495萬噸,自給率不足20%｡發展天然杜仲膠資源不僅是破解我國天然橡膠嚴重不足的重要途徑,也是實施橡膠強國戰略的重要組成部分｡杜仲膠作為新型天然橡膠,在我國杜仲森林資源豐富,採用果園化栽培技術,杜仲產果將比傳統提高40-60倍,每公頃產膠量達400-600千克｡可以使我國天然橡膠資源匱乏的問題得到根本緩解｡杜仲膠同時也是一種天然高分子材料,具有獨特的橡塑二重性,如果加以合理開發可廣泛應用於橡膠工業,航空航天,國防等各個方面,產業覆蓋面極廣｡
2011年4月,國家發改委發布的「產業結構調整目錄」(2011年)中,首次將「杜仲種植生產」和「新型天然橡膠的開發和應用」列入鼓勵類目錄中,並於當年對部分有杜仲產業基礎的企業實施了資金扶持｡2012年,國家發改委､科技部通過重點項目建設､省部會商項目建設､火炬項目和863科技支撐計劉等形式,對杜仲膠的項目建設､提取工藝和應用開發給予了資金扶持｡「十三五」期間,對於杜仲膠產業的發展國家應給予政策和科技專項的支持｡2017年,科技部將「杜仲膠高效提取關鍵技術及性能研究」作為「新型生物基橡膠材料製備技術及應用示範」項目的子課題列入國家重點研發計劃項目｡這充分表明了國家對杜仲產業發展和開發新型天然橡膠替代材料的重視｡
自2015年以來,我國部分高校和科研機構在杜仲膠的培育､提取､改性和應用開發方面取得了一系列突破性進展:
1杜仲膠的優良單株與無性選擇研究取得新突破
西北農林科技大學通過研究杜仲雜交親本分子標記遺傳距離和子代生長性狀的關係,對初選優良單株的表型情況的差異進行分析｡確定得出杜仲早期選擇的最合適年限,對初選優良單株進行表型選擇｡使後期無性系選育得到突破性進展｡
2天然杜仲膠提取工藝獲新進展
超聲波輔助技術､超臨界二氧化碳技術､逆流提取工藝､乙酸預處理､蒸汽爆破預處理在天然杜仲橡膠的提取過程中的應用,克服了提取過程中提取次數繁多､產率低的問題,並且降低了操作成本及汙染,大大提高了提取效率和溶劑的使用率｡
3合成杜仲膠開發及使用
青島第派新材有限公司､中國杜仲膠科學研究院在合成杜伸膠的應用開發方面不斷取得新進展｡數據表明,在現階段所有用於輪胎的橡膠中,硫化合成杜仲膠的生熱以及滾動阻力是最低的,僅為聚丁苯橡膠的50%左右,但同樣的,硫化杜仲膠由於其獨特的橡塑二重性使得其強度高於其他輪胎用橡膠,使得舒適度有所降低｡
4生物基杜仲膠生產成功
為了獲得低成本､高品質的杜仲膠並且大幅度降低汙染,貴州大學張學俊教授提出了全生物酶降解杜仲植物組織提取杜仲膠的方法｡經過長時間不懈研究,一批適合杜仲植物組織水解破壞的生物酶被張學俊教授的團隊篩選出來,採用生物酶降解杜仲植物組織,讓天然長絲杜仲膠游離出來｡實現了杜仲膠提取的全酶解,保證了杜仲膠的高聚合度並且大幅度降低汙染及生理毒性｡
5杜仲膠航空輪胎研製成功
瀋陽化工大學材料科學與工程學院院長方慶紅教授帶領的研究團隊與瀋陽三橡股份公司合作研製的航空胎獲得成功｡大量的研究和試驗數據表明,在加入天然杜仲膠之後,航空輪胎的耐老化性能､抗屈撓性能､動態生熱､抗撕裂強度､耐疲勞性能､耐磨性等多項力學性能得到改善,其中抗屈撓性能的改善尤為可觀｡
天然杜仲膠在航空輪胎領域的應用不僅在緩解我國大量進口天然橡膠的問題以及提升航空輪胎的力學性能方面具有重要戰略價值,也為杜仲膠在輪胎領域的應用打下了基礎｡
6共混膠的製備得到突破性進展
採用特殊新工藝加工方法,混煉膠的性能得到明顯的改善,門尼黏度逐漸下降,硫化膠的物理性能､分散性能､流變性能､磨耗性能､屈撓性能都有顯著提高例如隨著老化時間的增加,EUG/NR並用膠的拉伸強度和斷裂伸長率逐漸下降,100%定伸應力､硬度和交聯密度逐漸增大;
隨著時代的發展,人們對於生命安全以及人體健康的關注愈來愈深,全酶解生物基杜仲膠的製備完美切合了這一日益增長的需求｡生物基杜仲膠獨特的橡塑二重性,使得該物質與其他橡膠共混所製備的材料力學性能優異,研究杜仲膠與輪胎用膠共混膠並探索該共混膠在通用輪胎領域的發展是具有極其重要的研究意義｡
生物基杜仲膠獨特的橡塑二重性使得其在常溫下結晶並表現出塑料的力學性能,根據其常溫下結晶的特點,製成硫化膠將會具有優良的記憶效應以及力學性能｡如果製成記憶材料,相比傳統記憶材料將會有很大的優勢｡例如相比傳統記憶合金,將會具有更大的形變量,相比傳統高分子記憶材料,將會具有更高的強度,這無疑將會拓寬記憶材料的應用領域,研究意義深遠｡
生物基杜仲膠的記憶效應,無生理毒性的特點以及獨特的橡塑二重性還可用於生物醫療中的骨折固定,防血栓阻塞系統等,總而言之,如果對於杜仲膠獨特的記憶效應,獨特的橡塑二重性以及無生理毒性的特點加以合理的開發利用可廣泛應用於橡膠工業,航空航天,國防,生物醫療等各個方面,產業覆蓋面極廣,並且可大幅緩解我國大量進口天然橡膠的問題｡