破译天然橡胶密码 ——仿生合成橡胶实现产业生态双赢

在全球化工业的版图中，天然橡胶始终占据着举足轻重的地位。在近日举行的全国轮胎行业会员大会暨兴达生态创新发展论坛上，中国科学院长春应用化学研究所研究员郇彦表示，在中国科学院C类先导专项等支持下我国仿生合成橡胶取得突破，仿生合成橡胶综合性能已经达到进口高标号烟片胶水平，是最接近天然橡胶的人工合成橡胶。

仿生合成橡胶为何而生？资源困局倒逼技术革命

据了解，作为全球大宗工业原料中仅存的农产品，这种源自热带雨林的白色乳汁，凭借着高弹性、抗撕裂和耐疲劳等特性，不仅支撑着国防军工、经济建设的庞大体系，更渗透到人类日常生活的方方面面。

然而，我国天然橡胶产业正面临严峻的供需失衡困境，受自然条件限制，国内产量远不能满足需求。据统计，2024年我国天然橡胶产量约为76万吨，全年消费量却高达635万吨，进口量占比超 80%，自给率长期不足15%。按1/3的安全警戒线计算，我国需具备211万吨天然橡胶储备，而目前极限产能仅为86万吨，供需缺口巨大。

天然橡胶的国防价值更不容忽视。郇彦指出，朝鲜战争期间，我国曾因西方禁运陷入天然橡胶短缺困境，必须走上自力更生之路。如今，全球主要国家仍将其列为战略储备物资——美国将其纳入国防原料清单，欧盟列入关键原材料目录，我国《国家战略应急物资储备目录》也将其置于重要地位。与此同时，天然橡胶产业的可持续发展正面临多重挑战。天然橡胶种植过程中对环境不可避免地会产生负面影响，而劳动力短缺与经济价值低下等考验也不容忽视。

如何实现技术突破？从分子仿生到性能对标

我国科研人员在仿生合成橡胶研究领域历经长期探索，取得了令人瞩目的成果。长春应用化学研究所通过深入解析天然橡胶的分子结构与性能特点，采用合成类生物分子并结合橡胶分子工程设计，成功设计出不同分子结构的仿生合成橡胶。同时，通过聚合物化学改性，合成末端功能化橡胶并与类生物分子接枝，实现了化学结构仿生，且该制备方法适用于工业化生产。

仿生合成橡胶与天然橡胶对比如何？是否能满足使用需求？

研究人员以航空轮胎作为应用目标，推动关键材料技术的突破。据介绍，航空轮胎代表轮胎工业领域的最高技术水平，对橡胶材料的性能要求极为严苛，包括大承载、低生热、高耐磨以及抗冲击等基本技术指标。在无数次实验与优化后，仿生合成橡胶在航空轮胎的应用测试中表现出色。其制成的航空轮胎胶面、胎体和下胶面橡胶核心性能与天然橡胶几乎无异，部分数据甚至略高于天然橡胶。

“在耐疲劳性能对比中，仿生合成橡胶的优势更加明显。在相同应变条件下，仿生合成橡胶的疲劳寿命明显优于天然橡胶；在相同应变能密度条件下，仿生合成橡胶的疲劳寿命同样优于天然橡胶。”郇彦表示，同时，仿生合成橡胶在裂纹扩展的主体阶段展现出比天然橡胶更优的抗裂纹扩展能力，其耐磨损性能也更出色，能够适应工厂现有的加工设备。

目前，仿生合成橡胶千吨级中试装置已经建设完成，开车成功，制出合格的仿生合成橡胶。这标志着我国仿生合成橡胶技术在规模化生产方面迈出了重要一步。

仿生合成橡胶的优势在哪？环境、经济与社会多维助力

“仿生合成橡胶的诞生不仅破解了战略材料困局，更在环境保护、产业升级与民生改善领域释放多重红利。”郇彦说。

在环境保护方面，传统天然橡胶种植产业存在诸多弊端。大面积种植天然橡胶易引发干燥气候，橡胶林对雾中水分的截留能力较差，导致种植区气候从湿热转向干热。同时，天然橡胶种植还会降低土壤养分保持率，引起水土流失，使土壤变得贫瘠，养分保持效益仅为天然林的47%。此外，橡胶林的水分流失量和土壤流失量分别是热带雨林的3倍和53倍，对热带雨林的生物多样性也造成了严重破坏。为此，欧盟提出了“零毁林法案”（EUDR），杜绝通过砍伐热带雨林而改种天然橡胶的行为，保护环境和自然生态。

“而仿生合成橡胶产业的发展，能够减少对天然橡胶种植的依赖，进而缓解这些环境问题，释放土地，用于生态涵养或改种其他经济作物，以此实现生态系统的修复与平衡。”郇彦指出。

从经济角度来看，仿生合成橡胶具备一定优势。首先，批次一致性。其质量稳定性使下游企业便于下游企业进行质量控制，提高生产效率与产品合格率。其次，仿生合成橡胶没有天然橡胶的气味问题，降低了轮胎厂的环保压力与治理成本。再者，仿生合成橡胶所采用的原材料异戊二烯为石油炼化产品，供应稳定且易获取。整个产业链自主可控。此外，仿生合成橡胶的优化升级迭代周期短，能够根据下游市场的多样化需求快速开发出系列牌号产品。更重要的是，随着规模化生产的推进，仿生合成橡胶的成本将进一步降低，在市场上更具竞争力。

从社会层面来看，仿生合成橡胶的发展将带来诸多积极变化。天然橡胶收割时间黑白颠倒、从业人数逐年降低等问题。不规律的作息导致胶农身体疲劳、健康受损，同时橡胶收割面临劳动力短缺的挑战。而仿生合成橡胶产业的发展，有望让胶农摆脱以往劳作模式。同时，土地的释放与产业更迭将提升土地产出价值。