杜仲胶产业将迎来曙光

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  天然胶资源匮乏,供不应求,严重制约了我国橡胶工业发展。开发第二天然胶资源——杜仲橡胶是补充天然胶资源最积极有效的途径之一,也是加快我国橡胶工业健康发展的一种根本措施。

  宝贵工业植物杜仲

  杜仲是我国特有的植物,其种植面积是三叶橡胶树的数倍,世界95%以上的杜仲资源都在中国。杜仲适应性极强,在我国亚热带至温带的27个省份均可种植,杜仲栽培模式的改良和杜仲良种选育的进展,已经为杜仲资源的发展奠定了很好的基础。

  杜仲橡胶存在于杜仲的果、叶、皮、根中,其中叶含胶量为2%~5%,树皮含胶量为6%~10%,种子、果皮含胶量为12%~18%。看似含量不高,但每株杜仲植株的树皮、树叶和翅果种子含胶量的总和却是巨大的,单株树的杜仲橡胶产量也高于单株三叶橡胶树的橡胶产量。利用杜仲高产胶良种培育的果园化杜仲林每公顷产果量达到3.5~4.5吨,每公顷产胶量可达400~600千克,比传统乔林栽培模式提高40~60倍。杜仲叶林栽培模式试验结果表明,杜仲叶林定植3年后,每公顷可年产杜仲干叶15吨,杜仲干皮0.5吨,木材22.5吨,每公顷杜仲橡胶产量500~600千克,为天然杜仲橡胶的规模化开发奠定了良好基础。

  杜仲树集工业应用、医药、农产业、林产业、养殖、生态于一身,既可以发展多种种植模式,又可以发展立体种植,是极具社会效益、经济效益和生态效益的宝贵工业植物。杜仲资源综合开发可有效降低杜仲橡胶生产成本,如杜仲橡胶、杜仲中药、杜仲保健品及功能食品的开发、杜仲饲料添加剂加工、畜禽养殖、杜仲木材加工、杜仲生态及土壤改良、杜仲生物质燃料开发利用等。

  杜仲胶开发掀高潮

  杜仲橡胶与天然橡胶的化学成分相同,但分子结构不同,是同分异构体。杜仲橡胶具有双键、柔性、反式结构三大特征,可用作橡胶高弹性材料、低温可塑性材料及热弹性材料,广泛应用于橡胶工业、航空航天、国防、船舶、化工、医疗、体育等国民经济各领域,产业覆盖面极广。

  早在19世纪80年代,中科院严瑞芳研究员在世界上首次用新的硫化办法将合成杜仲橡胶制成弹性体,并将杜仲橡胶加工成三类用途不同的材料:热塑性功能塑料、热弹性形状记忆材料和橡胶材料,开发出一系列专利技术及各种不同用途的功能材料,并在世界上首次制造出了“杜仲橡胶/顺丁胶共混3.25-16型摩托车外胎”,安全行驶两年后的胎面及锯开的横断面处于完好状态。

  我国第一套溶剂法杜仲橡胶提取试验设备于1991年在河南汝阳建成。我国第一个杜仲精胶示范厂于1996年在北京顺义建成。之后又陆续在陕西安康、陕西略阳和河南灵宝市建成了杜仲橡胶提取装置。2011年,国家发改委、工信部、科技部等部门对杜仲资源培育、综合开发、杜仲橡胶提取等给予了扶持和资助。

  我国杜仲橡胶的开发及应用受到美、日等国的高度关注。在日本能源省和日本新能源及产业技术综合开发机构的资助下,由日本大阪大学和日立造船株式会社组成的研究团队常年坚持对天然杜仲橡胶的研究工作,先后在我国陕西杨凌和河南灵宝建立了杜仲橡胶提取和生产装置。大阪大学研究发现,杜仲叶中一种名为“异戊烯吡咯啉酸”的物质通过4种酶的作用合成了杜仲橡胶,并同时查明了这些酶的基因;另有研究发现随着杜仲异戊烯基焦磷酸异构酶表达量的增加,杜仲植物中反式异戊二烯的含量将可增加3~4倍。这一重大发现,为大幅提升杜仲橡胶产量探索出一条重要途径。此外,日本可乐丽(Kurary)公司建有一套400吨/年的合成杜仲橡胶生产装置,产品主要用于医用材料市场。美国固特异公司已将合成杜仲橡胶应用于高端轮胎的商业化制造。相比之下,我国对杜仲橡胶的高效提取和应用仍处于弱势。

  经过几十年的努力,我国杜仲橡胶发展已经进入了一个新阶段,首套百吨级连续化天然杜仲橡胶生产装置已在湖南湘西建成投产,成功生产出纯度大于94%的天然杜仲精胶。科技部于2017年启动了国家重点研发计划项目——“新型生物基橡胶材料制备技术及应用示范”,其中“杜仲橡胶高效提取关键技术及性能研究”是其中一个重要的研发内容,旨在建成我国首条千吨级杜仲橡胶高效提取工业化装置。2019年“杜仲资源高值化利用产业技术创新联盟”正式成立,联盟旨在推动我国杜仲资源高值化利用创新研发和成果转化,突破杜仲产业发展进程中共性和关键技术瓶颈,促进杜仲各产业链端的合作和共同发展,将新型天然橡胶资源——杜仲橡胶的开发推向了一个新的高潮。

  前景广阔潜力巨大

  近年来,我国在杜仲橡胶应用开发方面的研究已经逐步活跃起来。杜仲橡胶用于高耐磨性轮胎胶料可以改善轮胎的滚动阻力和耐磨耗性能、延长使用寿命,并实现节油2.5%左右。试验表明,每吨杜仲橡胶用于轮胎可节油70吨,减少二氧化碳排放200吨。2017年沈阳化工大学制备出世界首批生物基杜仲航空轮胎。杜仲橡胶在航空及有关行业轮胎的开发,顺应了国际上以反式胶为主,发展长寿命、高强度、安全、节能“绿色轮胎”的趋势,可以解决长期以来困扰航空业及相关行业中轮胎强度、轮胎寿命、轮胎摩擦放热等一系列重大问题,最大限度地减少由于飞机轮胎爆裂而造成的灾害,为我国国防工业、航空航天工业的发展提供了新型橡胶材料。

  杜仲橡胶同时又是合成橡胶和塑料的优良改性材料,杜仲橡胶与塑料共混改性可以制造高性能塑料合金,广泛用于汽车部件、体育运动器材等,在我国蕴藏着巨大的潜在市场。

  杜仲橡胶还可应用于海底电缆、高性能三角带、医用夹板、形状记忆材料、减震降噪集成材料以及其他特殊环境下使用的新型功能材料等。

  此外,杜仲橡胶的应用研发和推广对能否带动杜仲大产业链的快速发展,将发挥关键性的作用。重视杜仲橡胶的研发,将推动我国轮胎等橡胶制品产业的产品结构和应用性能迈上新的高度。重视杜仲橡胶的战略地位,以杜仲橡胶发展为龙头,实现杜仲橡胶的规模化生产,将实现杜仲资源真正意义上的综合利用,从而带动杜仲大产业链的发展。


关键字:橡胶
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