杜仲膠:具有橡塑二重性的優異高分子材料-中文百科頻道

發展曆史

上世紀五十年代初，前蘇聯專家曾向周總理建議，中國應提前開展杜仲代替天然橡膠的研究。中國接受這一建議，并組織專家在青島二廠開展研究。

杜仲膠1981年，中國科學院化學所嚴瑞芳副研究員首次将合成杜仲膠制成彈性體，并在原西德申請了發明專利，1984年獲得授權。

1993年，國家農業部原部長何康、副部長洪绂曾、原副部長相重揚及跨部門、跨學科的專家、科學工作者共同寫了《關于杜仲綜合利用盡快産業化的建議》上報中央，受到國務院領導的重視。

1994年5月5日，受國務委員陳俊生的委托，國務院副秘書長劉濟民組織召開了關于杜仲資源綜合開發有關問題的會議。國家計委、國家科委、國務院扶貧開發辦、國家農業綜合開發辦的有關領導聽取了農業部、中國農學會的彙報後，正式提出：“杜仲的綜合開發利用是貧困山區脫貧緻富的支柱産業”。彙報後形成會議紀要，轉發有關部委。會議決定安排第一筆資金，支持在北京辦精膠示範廠，在遵義、略陽等地辦粗膠廠，并要求各部委和地方支持這項工作。

1996年1月，中國第一個杜仲精膠示範廠在北京順義建成。2010年11月，國家發改委在上報國務院的信息中，提出了充分發揮中國杜仲種植和加工利用傳統優勢，加快杜仲開發利用的建議。2010年12月，中國橡膠工業協會專門成立了杜仲産業促進工作委員會。旨在牽頭和聯系有關杜仲種植、杜仲膠提取與加工應用以及循環利用等領域的企業、科研單位及其他相關企業互相配合、協調發展，推動中國杜仲橡膠産業化進程。南靈寶分别建成了百噸級杜仲橡膠生産裝置和實驗裝置，并陸續有一定量的産品進入市場和出口國外。

2011年3月1日，中國橡膠工業協會在北京組織杜仲産業戰略聯盟（籌）成員單位召開了“杜仲産業化促進工作座談會”，國家發改委産業協調司、農經司，科技部高新技術發展及産業化司等有關部門領導應邀出席會議。會議圍繞中國杜仲種植模式比較，杜仲膠提取、醫藥及保健品制備等綜合利用工藝路線選擇，杜仲産業重點技術攻關方向和重點研究項目以及杜仲産業鍊經濟性分析及市場發展預測進行了探讨和分析。

3月16日，由中國橡膠工業協會牽頭組織，22家積極投身于杜仲種植、杜仲膠提取與加工應用及醫藥保健等領域的骨幹企業、高校、科研機構、政府組織及其他相關單位自願發起的中國第一個杜仲産業戰略聯盟組織在青島正式成立。

2011年4月，國家發改委發布的“産業結構調整目錄（2011本）中将杜仲種植生産”和“新型天然橡膠的開發和應用列入鼓勵類目錄中。

特征特性

杜仲橡膠存在于杜仲的果、葉、皮、根中，其中葉含膠量為2%～5%，樹皮含膠量為6%～10%，種子、果皮含膠量為12%～18%。看似含量不高，但每株杜仲植株的樹皮、樹葉和翅果種子含膠量的總和卻是巨大的，單株樹的杜仲橡膠産量也高于單株三葉橡膠樹的橡膠産量。利用杜仲高産膠良種培育的果園化杜仲林每公頃産果量達到3.5~4.5噸，每公頃産膠量可達400~600千克，比傳統喬林栽培模式提高40~60倍。

杜仲葉林栽培模式試驗結果表明，杜仲葉林定植3年後，每公頃可年産杜仲幹葉15噸，杜仲幹皮0.5噸，木材22.5噸，每公頃杜仲橡膠産量500~600千克，為天然杜仲橡膠的規模化開發奠定了良好基礎。

産地分布

杜仲是中國特有的植物，其種植面積是三葉橡膠樹的數倍，世界95%以上的杜仲資源都在中國。杜仲适應性極強，在中國亞熱帶至溫帶的27個省份均可種植，杜仲栽培模式的改良和杜仲良種選育的進展，已經為杜仲資源的發展奠定了很好的基礎。

中國最大的杜仲基地位于秦嶺山中的略陽縣境内，共有1.3億株，58萬畝優質杜仲資源。大秦嶺得天獨厚自然環境為這一珍稀古樹的生長提供了良好的溫床。

張家界慈利縣擁有杜仲林近兩萬畝，是解放初期在蘇聯專家的指導下建成的一處大型杜仲林場，也是世界著名的幾大杜仲林場之一，素有“杜仲之鄉”的美譽。

資源現狀

在資源培育方面，中國林業科學研究院牽頭選育出6個高産膠杜仲良種，采用果園化栽培技術，杜仲産果量比傳統栽培模式提高40倍，每公頃産膠量達400千克；在産業化研究方面，已經形成了具有自主知識産權、領先世界的完整的杜仲材料科學産權體系，基本具備了産業化的基礎。

如果将杜仲栽種面積擴大到300萬公頃，杜仲橡膠年産量可達120萬噸以上，可以使中國天然橡膠資源匮乏問題得到根本緩解。

提取方法

不同于熱帶的古塔波橡膠和巴西橡膠,隻能采用溶劑抽提法、研磨浮選法、堿液浸洗制膠法取得。用堿液浸洗法可制得含70%左右的杜仲橡膠。

流行的杜仲膠提取技術都為小規模的分立式提取。

成分性質

杜仲膠和古塔波橡膠的化學成分都是反－1，4－聚異戊二烯，是巴西橡膠的成分順－1，4－聚異戊二烯的同分異構體，它們的物理性質大不相同。

杜仲橡膠在室溫時是皮革狀的堅韌物質，純膠無色，商品膠則帶有各種顔色。純膠在10℃時結晶，40～50℃開始表現有彈性，易伸長，100℃軟化，具有可塑性,冷卻後可恢複原來的性質。其軟化點與可塑性随樹脂含量而異：含樹脂率2%～6%者，軟化點為62～63℃；含樹脂率7%～12%者,軟化點為59～60℃。杜仲橡膠的相對密度為0.95～0.98；平均分子量為160000～173000，混煉後降解。

研究發現，杜仲膠可以用于開發熱塑性功能材料、熱彈性形狀記憶材料，特别是開發研制的杜仲膠高彈性材料。它可以用于航空及有關行業輪胎的開發，順應了國際上以反式膠為主，發展長壽命、高強度、安全、節能“綠色輪胎”的趨勢，可以解決長期以來困擾航空業及相關行業中輪胎強度、輪胎壽命、輪胎摩擦放熱等一系列重大問題，最大限度地減少由于飛機輪胎爆裂而造成的災害，為中國國防工業、航空航天工業的發展提供了新型橡膠材料。

性能指标

主要技術參數：密度0.91g/cm3，拉伸強度極限20～28N/mm2，拉斷延伸率≤1000%，硬度(IRHD)50～98，耐油性能良好，允許工作溫度-50℃～160℃。

杜仲橡膠化學性質活潑，極易氧化成為白色脆性體，因此在研磨、浮選、幹燥時，必須及時加入防老劑。

杜仲膠在正負50攝氏度時即融化為膏狀物，随意切割有很強的可塑性。

工業應用

杜仲橡膠用于高耐磨性輪胎膠料可以改善輪胎的滾動阻力和耐磨耗性能、延長使用壽命，并實現節油2.5%左右。試驗表明，每噸杜仲橡膠用于輪胎可節油70噸，減少二氧化碳排放200噸。

2017年沈陽化工大學制備出世界首批生物基杜仲航空輪胎。杜仲橡膠在航空及有關行業輪胎的開發，順應了國際上以反式膠為主，發展長壽命、高強度、安全、節能“綠色輪胎”的趨勢，可以解決長期以來困擾航空業及相關行業中輪胎強度、輪胎壽命、輪胎摩擦放熱等一系列重大問題，最大限度地減少由于飛機輪胎爆裂而造成的災害，為中國國防工業、航空航天工業的發展提供了新型橡膠材料。

杜仲橡膠同時又是合成橡膠和塑料的優良改性材料，杜仲橡膠與塑料共混改性可以制造高性能塑料合金，廣泛用于汽車部件、體育運動器材等，在中國蘊藏着巨大的潛在市場。

杜仲橡膠還可應用于海底電纜、高性能三角帶、醫用夾闆、形狀記憶材料、減震降噪集成材料以及其他特殊環境下使用的新型功能材料等。