“雖然未來幾年內(nèi)不太可能出現(xiàn)重大革新性的游戲規(guī)則改變者，但燃油效率成為全球恒久話題、標(biāo)簽法在全球逐漸普及、高附加值技術(shù)繼續(xù)植入中等價(jià)格輪胎，都為創(chuàng)新力打開了新的空間。而其中以納米材料/石墨烯為代表的新型補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)、智能系統(tǒng)、智能材料、天然材料、生產(chǎn)靈活性技術(shù)和大數(shù)據(jù)，則是最引人關(guān)注的未來技術(shù)?！?7個(gè)國(guó)家和地區(qū)的700多名橡膠界代表9月齊聚北京，在2014年國(guó)際橡膠會(huì)議（IRC2014）上做出了這一前瞻性的判斷。眾多科研工作者在材料的高性能化和材料的可再生方面進(jìn)行的探索，更是給記者留下了最為深刻的印象。
創(chuàng)新必須順應(yīng)大勢(shì)
在由中國(guó)化工學(xué)會(huì)橡膠專業(yè)委員會(huì)主辦，北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院承辦的IRC2014上，固特異橡膠輪胎公司高級(jí)主管Surendra K. Chawla表示，輪胎創(chuàng)新的方向一定要緊跟全球大趨勢(shì)。從宏觀上看，全球變暖，就要求降低CO2和其他溫室氣體排放；資源保護(hù)，就要提升不可再生資源利用效率及二次利用率，發(fā)展替代能源；人們更加注重健康，就要減少污染，并讓廢棄材料盡可能得到再利用。從經(jīng)濟(jì)角度看，企業(yè)要降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)的靈活性，提升產(chǎn)品的附加值，延長(zhǎng)輪胎的全周期壽命，降低維護(hù)成本。順應(yīng)上述大趨勢(shì)，各國(guó)制訂了相應(yīng)的運(yùn)輸系統(tǒng)法規(guī)，并對(duì)整車的CO2排放、可回收率等進(jìn)行了規(guī)定，多國(guó)對(duì)輪胎產(chǎn)品施行了標(biāo)簽分類，歐盟還對(duì)化學(xué)品制訂了REACH法規(guī)。
由此，新一輪的整車技術(shù)革新正在興起，其中包括燃料、引擎和動(dòng)力系統(tǒng)的革新，傳感器、電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等信息系統(tǒng)的革命，并引領(lǐng)著材料向著輕量化、高強(qiáng)度、易加工、智能化發(fā)展。
Surendra K. Chawla說，對(duì)應(yīng)上述大趨勢(shì)，輪胎技術(shù)應(yīng)該從5個(gè)方向進(jìn)行開發(fā)，即輕量化、高性能化、智能化、長(zhǎng)壽命化、高效化。其中輕量化主要依靠提高單位膠料產(chǎn)出和先進(jìn)材料的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)；高性能化主要表現(xiàn)在降噪、抗震、提高操控性能及產(chǎn)品均一性上；智能化包括智能系統(tǒng)、傳感器、遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)；長(zhǎng)壽命化主要通過提高各種路面條件下輪胎的牽引力、耐磨性，增加重復(fù)利用性；高效化則需要依靠新生產(chǎn)工藝和新加工工藝。
“而且，現(xiàn)在看起來離普及還比較遙遠(yuǎn)的無(wú)人駕駛技術(shù)怎么應(yīng)對(duì)，也是個(gè)應(yīng)該考慮的問題了?！?br />
高性能化看材料
“減小環(huán)境影響的綠色技術(shù)是非常熱門的研究領(lǐng)域?！庇《认鹉z研究院主席、JK集團(tuán)研發(fā)總監(jiān)R.Mukhopadhyay介紹，根據(jù)日本橡膠生產(chǎn)商協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)，輪胎全生命周期的CO2排放約為296.4kg，其中材料占4.1%，產(chǎn)品生產(chǎn)過程占1.5%，物流占0.2%，使用過程占87%（258kg），終端處理占7.2%。因此從降低輪胎使用過程CO2排放入手最為實(shí)際，而材料的高性能化是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
“綠色輪胎技術(shù)，一方面是使用特殊可再生彈性體、填料和助劑的低滾動(dòng)阻力輪胎，另一方面是最大限度提升輪胎的安全性、可靠性、耐久性、操控性、舒適性和運(yùn)行效率。提升這些性能又很大程度上依靠材料的更新?lián)Q代。具體來說，就是合成膠進(jìn)行改性、提高可再生性和可回收性，補(bǔ)強(qiáng)材料主要是新一代白炭黑及納米填料，骨架材料將從聚酯、尼龍、鋼簾線，向可回收人造絲、生物基纖維、超高強(qiáng)耐腐蝕鋼簾線發(fā)展，填充油會(huì)更多采用植物油、生物基加工助劑、低/無(wú)多環(huán)芳烴油，助劑則要滿足REACH要求?！盧.Mukhopadhyay說。
全球?qū)喩喬ゲ牧咸剿髌鋵?shí)早在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)開始，業(yè)界嘗試用溶聚丁苯替代乳聚丁苯，90年代初開始并用溶聚丁苯與釹系順丁，90年代末初步使用低芳烴含量的環(huán)保油替代傳統(tǒng)芳烴油，2000年之后開始對(duì)溶聚丁苯進(jìn)行鏈段改性，使其功能化，今后還將探索生物材料的應(yīng)用。補(bǔ)強(qiáng)材料方面，則主要是上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的以米其林綠色輪胎為代表的白炭黑硅補(bǔ)強(qiáng)材料，近來碳材料成為研究熱點(diǎn)。此外，高嶺土可提高輪胎的可操控性，降低油耗；核殼結(jié)構(gòu)的材料也有潛力。R.Mukhopadhyay這樣介紹道。
“玲瓏特別關(guān)注石墨烯、納米碳管作為補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)用。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，石墨烯/丁吡橡膠具有更好的力學(xué)性能和氣密性，石墨烯-白炭黑/丁苯橡膠復(fù)合物耐磨性更高，在綠色輪胎應(yīng)用中前景廣闊。納米碳管/橡膠復(fù)合材料用于胎面，可開發(fā)高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性、功能性節(jié)油輪胎；用于載重胎胎肩膠，可減少動(dòng)態(tài)生熱，提高輪胎的安全性和壽命?！鄙綎|玲瓏輪胎股份有限公司研發(fā)中心主任聶秋海告訴記者，橡膠交聯(lián)體系是玲瓏關(guān)注的另一熱點(diǎn)技術(shù)，官能化溶聚丁苯、超高順式丁二烯橡膠并用，獲得輪胎所需黏彈性，則是他們最近的主要進(jìn)展。
“碳納米管補(bǔ)強(qiáng)確實(shí)是一個(gè)方向，固特異已經(jīng)生產(chǎn)了樣胎，不過離商業(yè)化還有一定距離。”Surendra K. Chawla接受記者提問時(shí)表示，“未來，提升材料的模量和拉伸性能，超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯、PBO（聚對(duì)苯撐苯并二惡唑）也將成為重要方向。”
德國(guó)橡膠研究院也在研究碳補(bǔ)強(qiáng)材料，而且涵蓋了一維、二維、三維材料?！凹{米碳管補(bǔ)強(qiáng)性能介于炭黑330和炭黑550之間，成本在15歐元左右。這一結(jié)果證實(shí)碳材料確實(shí)值得探索下去?！痹撗芯吭旱腞obert H. Schuster先生表示。
探索生物合成路線
糖和碳水化合物合成生物基異戊二烯、生物基丁二烯；甘蔗制成生物基乙烯，進(jìn)而合成三元乙丙橡膠；谷物等生物質(zhì)制備出異丁烯和異戊二烯，進(jìn)而合成丁基橡膠；酶催化合成生物基化學(xué)品……IRC2014上介紹的這些技術(shù)，讓記者實(shí)實(shí)在在感受到糖、淀粉、纖維素、殼聚糖、蛋白質(zhì)，木質(zhì)素，成為橡膠工業(yè)的可再生原材料來源又進(jìn)了一步。
單體/聚合物合成進(jìn)展迅速
據(jù)記者了解，在眾多材料中，除了技術(shù)已經(jīng)較為成熟的生物乙醇外，合成橡膠最主要原材料丁二烯的生物技術(shù)研究是進(jìn)展最快的。因供應(yīng)呈短缺加劇之勢(shì)，價(jià)格忽高忽低，生物基丁二烯研究迅速提速，并在近期取得了多項(xiàng)突破。比如，Cobalt技術(shù)公司成功實(shí)施了生物正丁醇的試驗(yàn)，在生物丁醇生產(chǎn)放大成功的基礎(chǔ)上，以丁醇分子為原料生產(chǎn)丁二烯。Cobalt公司首席執(zhí)行官稱，公司正在開發(fā)生產(chǎn)生物丁二烯的整套技術(shù)，且可以在全球市場(chǎng)銷售。Cobalt公司還宣布，計(jì)劃在亞洲建設(shè)第一套生物丁二烯裝置，采用傳統(tǒng)的化學(xué)催化技術(shù)，用生物丁醇作原料生產(chǎn)生物丁二烯，預(yù)計(jì)2017年投產(chǎn)。美國(guó)Genomatlca公司也正在將生產(chǎn)生物丁二烯項(xiàng)目升級(jí)成世界級(jí)規(guī)模。
異戊二烯的生物路線研究也在有條不紊地展開。固特異與杜邦正在加緊合作開發(fā)生物基異戊二烯，并完成了異戊橡膠的中試，希望2015年能實(shí)現(xiàn)異戊二烯的商業(yè)化生產(chǎn)。普利司通和味之素合作開發(fā)出適合異戊二烯生產(chǎn)的菌株。
異丁烯方面，德國(guó)弗勞恩霍夫化學(xué)生物技術(shù)中心眼下正與法國(guó)全球生物能源公司合作，在德國(guó)洛伊納建設(shè)一個(gè)可用于工業(yè)生產(chǎn)的試驗(yàn)性裝置，用糖來生產(chǎn)異丁烯。此前，全球生物能源公司的研究人員已在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了糖與異丁烯的轉(zhuǎn)化。
朗盛的生物基異丁烯已在中試裝置上試產(chǎn)成功，并試產(chǎn)出一批由生物基原料合成的丁基橡膠。朗盛預(yù)計(jì)，生物基丁基橡膠將在2015年達(dá)到數(shù)萬(wàn)噸規(guī)模。
“生物基彈性體是非常有前景的一類生物材料?！泵绹?guó)化學(xué)會(huì)Sparks-Thomas Award獎(jiǎng)獲得者、北京化工大學(xué)教授張立群告訴記者，生物基彈性體具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，且與傳統(tǒng)的橡膠加工成型工藝有良好的相容性，可采用傳統(tǒng)的橡膠加工工藝加工成型，例如混合、模壓和硫化等工藝?！皬膶?shí)驗(yàn)室成果來看，生物基聚酯彈性體和炭黑納米復(fù)合材料顯示出了良好的阻隔性能，且在高溫下性能損失甚至比天然膠還要小。而生物基聚酰胺則可以水解成彈性體，在C=C中降解?！?/span>
增強(qiáng)材料開辟新路線
“米糠（稻殼）灰已經(jīng)成為固特異獲取白炭黑的一種新途徑。全球每年會(huì)產(chǎn)出7.38億噸水稻，其中約20%是米糠。而米糠灰里面90%是SiO2。我們從米糠灰提取白炭黑的技術(shù)，2015年將商業(yè)化。”Surendra K. Chawla說，“大豆是另一種固特異看重的原料。大豆油基增塑劑的效果好于石油基。我們與美國(guó)研究所合作開發(fā)的大豆油基增塑劑，可提高胎面耐磨性10%，且與白炭黑共混性能好，預(yù)計(jì)2015年商業(yè)化?！?br /> “玲瓏也開發(fā)出了植物油增塑劑，不僅可以降低橡膠體系黏度，還能減少加工能耗。我們還用菜子油替代芳烴油EDTA，使輪胎濕地性能提高了11.7%，干地性能提高了8.5%。”聶秋海說。
尋找第二橡膠資源
按照國(guó)際橡膠研究組織的預(yù)計(jì)，2015年全球天然膠短缺40萬(wàn)噸。尋找第二橡膠資源，也是橡膠行業(yè)的一直努力的方向。
反式異戊橡膠
“TPI是非常有前景的一項(xiàng)技術(shù)，萬(wàn)噸級(jí)裝置也已建成?！盨urendra K. Chawla所說的TPI就是合成的反式異戊橡膠。由青島第派新材有限公司建設(shè)的全球首套萬(wàn)噸級(jí)TPI工業(yè)化生產(chǎn)裝置，已于2013年在青島萊西市投產(chǎn)。該裝置采用青島科技大學(xué)自主研發(fā)的負(fù)載型TiCl4/MgCl2催化異戊二烯本體沉淀聚合法工藝，粉末狀產(chǎn)品的反式-1,4-結(jié)構(gòu)含量≥98%。國(guó)內(nèi)知名輪胎企業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，反式異戊膠應(yīng)用于全鋼子午胎時(shí)，輪胎磨耗可提高20%以上，耐疲勞性提高300%；用于半鋼子午胎時(shí)，輪胎可節(jié)油2.5%，每應(yīng)用1噸反式異戊膠可節(jié)省燃油70噸，減少汽車尾氣二氧化碳排放量200噸。
天然反式異戊橡膠則可以從杜仲中提取。杜仲是中國(guó)特有資源，我國(guó)已經(jīng)擁有了杜仲種植、杜仲膠提取及應(yīng)用的技術(shù)，但大規(guī)模應(yīng)用，產(chǎn)膠率還需提高，價(jià)格還需親民。除中國(guó)外，西班牙南部、中國(guó)聯(lián)盟也在進(jìn)行杜仲膠研究，西班牙北部/法國(guó)聯(lián)盟則在開展TPI研究。