可降解的生物基聚酯弹性体
2019-08-20 来源:中国化工报
橡胶在我们的日常生活中发挥着非常重要的作用，然而目前所有的合成橡胶依赖于石油资源，且不可降解。生物基聚酯弹性体是由生物资源经过发酵、合成、加工得到的具有良好性能的一系列材料，符合环保、低碳、可持续发展的需求。
合成橡胶依赖进口 可持续发展是热点
橡胶材料具有柔软、大变形、可回弹的独特性，是高分子材料的重要方向之一，广泛应用于汽车轮胎、飞机轮胎、输送带、耐油管、密封圈、手套、医用材料等领域，是其他高分子材料不能取代的。全球每年消耗橡胶产品达到3000万吨，橡胶工业总产值超过万亿元。
目前的合成橡胶品种包括乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶等，均是由国外原创的，我国在橡胶领域尚没有完全自主知识产权，严重限制了我国合成橡胶的发展。我国合成橡胶每年的消耗量在800万吨左右，而产量不足，仍然严重依赖国外进口。
另外，合成橡胶材料均是通过化石资源得到的。随着化石资源日益匮乏，如何实现橡胶材料的可持续性发展成为橡胶工业的研究热点。更为重要的是，传统合成橡胶材料是不可降解的。我国每年产生废旧轮胎达到超过3亿条，重量超过1000万吨，且轮胎每年产生的磨屑就可达到200万吨，对环境造成了严重的污染。
研发生物基聚酯弹性体 开展示范性生产线建设
为了实现橡胶行业的可持续性发展，开发我国原创的橡胶品种，北京化工大学弹性体中心于2008年提出利用不同的生物基二元酸和二元醇为单体，采用熔融缩聚方法，获得了一系列的生物基聚酯弹性体。该生物基聚酯弹性体为我国原创的合成橡胶品种，有望实现我国合成橡胶品种零的突破;完全不依赖石油资源，其原料均是通过生物发酵得到的，符合国家环保、可持续发展的要求;可降解，真正实现从自然环境中来，到自然环境中去的全生命周期循环过程，不对环境造成任何污染。
北京化工大学弹性体中心通过十余年的不懈努力，合成了数十种生物基聚酯弹性体，并对其产业化和应用进行了开发，于2013年建成一条百吨级的生物基聚酯弹性体的生产线。目前该团队与彤程新材料集团合作，摸清了聚酯弹性体的各项生产工艺参数，正在开展千吨级生物基聚酯弹性体示范生产线的建设。
可实现多种橡胶替代 可降解橡胶有望量产
生物基聚酯弹性体具有很强的极性，因此具有优异的耐油性，可取代丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶，应用于耐油密封圈领域。
据悉，丁腈橡胶的价格在2万元每吨，丙烯酸酯橡胶价格更是接近10万元，且需要从国外进口。生物基聚酯橡胶材料在耐油领域取代这两种橡胶材料从价格上是可行的。
聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等塑料韧性较差，需要引入增韧剂进行增韧。传统的增韧剂效果不佳，生物基聚酯弹性体与这些塑料相容性好，所以是优异的增韧剂。
我国每年聚氯乙烯(PVC)的产量超过2000万吨，其增塑剂的用量也超过几百万吨。现有的PVC增塑剂不够环保，且被国外所垄断，急需发展我国自主的PVC增塑剂。张立群教授团队合成的生物基聚酯，无毒、耐溶出、增塑效果好，是一种优异的PVC用增塑剂。该生物基聚酯弹性体还具有可降解性能，是目前唯一能降解的合成橡胶材料。这种材料通过改变结构和填料种类，实现了对其降解速度的有效控制，有望制备得到生物基可控降解轮胎，从而从根源消除轮胎及轮胎磨屑对环境的污染。
另外，利用聚酯弹性体的可降解性能以及无毒性，研究团队设计、合成了口香糖胶基，并开发一种可在人体内和土壤中降解的口香糖，从而避免口香糖吐到地上难以清理的情况。该聚酯弹性体得到了国家自然科学基金重点基金“生物基工程弹性体的设计、制备及应用基础研究”、国家重点研发计划“新型生物基橡胶材料制备技术及应用示范”以及世界轮胎巨头美国固特异公司的支持。预期在不久的将来，生物基聚酯弹性体将会实现连续化生产，实现在橡胶领域多方面的应用，成为我国特色的生物基可降解特种橡胶材料。
