在全球化工業(yè)的版圖中，天然橡膠始終占據(jù)著舉足輕重的地位。在近日舉行的全國輪胎行業(yè)會員大會暨興達(dá)生態(tài)創(chuàng)新發(fā)展論壇上，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員郇彥表示，在中國科學(xué)院C類先導(dǎo)專項等支持下我國仿生合成橡膠取得突破，仿生合成橡膠綜合性能已經(jīng)達(dá)到進(jìn)口高標(biāo)號煙片膠水平，是最接近天然橡膠的人工合成橡膠。

仿生合成橡膠為何而生？資源困局倒逼技術(shù)革命

據(jù)了解，作為全球大宗工業(yè)原料中僅存的農(nóng)產(chǎn)品，這種源自熱帶雨林的白色乳汁，憑借著高彈性、抗撕裂和耐疲勞等特性，不僅支撐著國防軍工、經(jīng)濟建設(shè)的龐大體系，更滲透到人類日常生活的方方面面。

然而，我國天然橡膠產(chǎn)業(yè)正面臨嚴(yán)峻的供需失衡困境，受自然條件限制，國內(nèi)產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足需求。據(jù)統(tǒng)計，2024年我國天然橡膠產(chǎn)量約為76萬噸，全年消費量卻高達(dá)635萬噸，進(jìn)口量占比超 80%，自給率長期不足15%。按1/3的安全警戒線計算，我國需具備211萬噸天然橡膠儲備，而目前極限產(chǎn)能僅為86萬噸，供需缺口巨大。

天然橡膠的國防價值更不容忽視。郇彥指出，朝鮮戰(zhàn)爭期間，我國曾因西方禁運陷入天然橡膠短缺困境，必須走上自力更生之路。如今，全球主要國家仍將其列為戰(zhàn)略儲備物資——美國將其納入國防原料清單，歐盟列入關(guān)鍵原材料目錄，我國《國家戰(zhàn)略應(yīng)急物資儲備目錄》也將其置于重要地位。與此同時，天然橡膠產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展正面臨多重挑戰(zhàn)。天然橡膠種植過程中對環(huán)境不可避免地會產(chǎn)生負(fù)面影響，而勞動力短缺與經(jīng)濟價值低下等考驗也不容忽視。

如何實現(xiàn)技術(shù)突破？從分子仿生到性能對標(biāo)

我國科研人員在仿生合成橡膠研究領(lǐng)域歷經(jīng)長期探索，取得了令人矚目的成果。長春應(yīng)用化學(xué)研究所通過深入解析天然橡膠的分子結(jié)構(gòu)與性能特點，采用合成類生物分子并結(jié)合橡膠分子工程設(shè)計，成功設(shè)計出不同分子結(jié)構(gòu)的仿生合成橡膠。同時，通過聚合物化學(xué)改性，合成末端功能化橡膠并與類生物分子接枝，實現(xiàn)了化學(xué)結(jié)構(gòu)仿生，且該制備方法適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

仿生合成橡膠與天然橡膠對比如何？是否能滿足使用需求？

研究人員以航空輪胎作為應(yīng)用目標(biāo)，推動關(guān)鍵材料技術(shù)的突破。據(jù)介紹，航空輪胎代表輪胎工業(yè)領(lǐng)域的最高技術(shù)水平，對橡膠材料的性能要求極為嚴(yán)苛，包括大承載、低生熱、高耐磨以及抗沖擊等基本技術(shù)指標(biāo)。在無數(shù)次實驗與優(yōu)化后，仿生合成橡膠在航空輪胎的應(yīng)用測試中表現(xiàn)出色。其制成的航空輪胎膠面、胎體和下膠面橡膠核心性能與天然橡膠幾乎無異，部分?jǐn)?shù)據(jù)甚至略高于天然橡膠。

“在耐疲勞性能對比中，仿生合成橡膠的優(yōu)勢更加明顯。在相同應(yīng)變條件下，仿生合成橡膠的疲勞壽命明顯優(yōu)于天然橡膠；在相同應(yīng)變能密度條件下，仿生合成橡膠的疲勞壽命同樣優(yōu)于天然橡膠。”郇彥表示，同時，仿生合成橡膠在裂紋擴展的主體階段展現(xiàn)出比天然橡膠更優(yōu)的抗裂紋擴展能力，其耐磨損性能也更出色，能夠適應(yīng)工廠現(xiàn)有的加工設(shè)備。

目前，仿生合成橡膠千噸級中試裝置已經(jīng)建設(shè)完成，開車成功，制出合格的仿生合成橡膠。這標(biāo)志著我國仿生合成橡膠技術(shù)在規(guī)模化生產(chǎn)方面邁出了重要一步。

仿生合成橡膠的優(yōu)勢在哪？環(huán)境、經(jīng)濟與社會多維助力

“仿生合成橡膠的誕生不僅破解了戰(zhàn)略材料困局，更在環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)業(yè)升級與民生改善領(lǐng)域釋放多重紅利。”郇彥說。

在環(huán)境保護(hù)方面，傳統(tǒng)天然橡膠種植產(chǎn)業(yè)存在諸多弊端。大面積種植天然橡膠易引發(fā)干燥氣候，橡膠林對霧中水分的截留能力較差，導(dǎo)致種植區(qū)氣候從濕熱轉(zhuǎn)向干熱。同時，天然橡膠種植還會降低土壤養(yǎng)分保持率，引起水土流失，使土壤變得貧瘠，養(yǎng)分保持效益僅為天然林的47%。此外，橡膠林的水分流失量和土壤流失量分別是熱帶雨林的3倍和53倍，對熱帶雨林的生物多樣性也造成了嚴(yán)重破壞。為此，歐盟提出了“零毀林法案”（EUDR），杜絕通過砍伐熱帶雨林而改種天然橡膠的行為，保護(hù)環(huán)境和自然生態(tài)。

“而仿生合成橡膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能夠減少對天然橡膠種植的依賴，進(jìn)而緩解這些環(huán)境問題，釋放土地，用于生態(tài)涵養(yǎng)或改種其他經(jīng)濟作物，以此實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與平衡?！臂◤┲赋?。

從經(jīng)濟角度來看，仿生合成橡膠具備一定優(yōu)勢。首先，批次一致性。其質(zhì)量穩(wěn)定性使下游企業(yè)便于下游企業(yè)進(jìn)行質(zhì)量控制，提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品合格率。其次，仿生合成橡膠沒有天然橡膠的氣味問題，降低了輪胎廠的環(huán)保壓力與治理成本。再者，仿生合成橡膠所采用的原材料異戊二烯為石油煉化產(chǎn)品，供應(yīng)穩(wěn)定且易獲取。整個產(chǎn)業(yè)鏈自主可控。此外，仿生合成橡膠的優(yōu)化升級迭代周期短，能夠根據(jù)下游市場的多樣化需求快速開發(fā)出系列牌號產(chǎn)品。更重要的是，隨著規(guī)模化生產(chǎn)的推進(jìn)，仿生合成橡膠的成本將進(jìn)一步降低，在市場上更具競爭力。

從社會層面來看，仿生合成橡膠的發(fā)展將帶來諸多積極變化。天然橡膠收割時間黑白顛倒、從業(yè)人數(shù)逐年降低等問題。不規(guī)律的作息導(dǎo)致膠農(nóng)身體疲勞、健康受損，同時橡膠收割面臨勞動力短缺的挑戰(zhàn)。而仿生合成橡膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有望讓膠農(nóng)擺脫以往勞作模式。同時，土地的釋放與產(chǎn)業(yè)更迭將提升土地產(chǎn)出價值。