“雖然未來(lái)幾年內不太可能出現重大革新性的游戲規則改變者，但燃油效率成為全球恒久話(huà)題、標簽法在全球逐漸普及、高附加值技術(shù)繼續植入中等價(jià)格輪胎，都為創(chuàng )新力打開(kāi)了新的空間。而其中以納米材料/石墨烯為代表的新型補強技術(shù)、智能系統、智能材料、天然材料、生產(chǎn)靈活性技術(shù)和大數據，則是最引人關(guān)注的未來(lái)技術(shù)?！?7個(gè)國家和地區的700多名橡膠界代表9月齊聚北京，在2014年國際橡膠會(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 )新必須順應大勢

  在由中國化工學(xué)會(huì )橡膠專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主辦，北京橡膠工業(yè)研究設計院承辦的IRC2014上，固特異橡膠輪胎公司高級主管Surendra K. Chawla表示，輪胎創(chuàng )新的方向一定要緊跟全球大趨勢。從宏觀(guān)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，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(cháng)輪胎的全周期壽命，降低維護成本。順應上述大趨勢，各國制訂了相應的運輸系統法規，并對整車(chē)的CO2排放、可回收率等進(jìn)行了規定，多國對輪胎產(chǎn)品施行了標簽分類(lèi)，歐盟還對化學(xué)品制訂了REACH法規。
  由此，新一輪的整車(chē)技術(shù)革新正在興起，其中包括燃料、引擎和動(dòng)力系統的革新，傳感器、電子系統、控制系統等信息系統的革命，并引領(lǐng)著(zhù)材料向著(zhù)輕量化、高強度、易加工、智能化發(fā)展。
  Surendra K. Chawla說(shuō)，對應上述大趨勢，輪胎技術(shù)應該從5個(gè)方向進(jìn)行開(kāi)發(fā)，即輕量化、高性能化、智能化、長(cháng)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)材料的應用來(lái)實(shí)現；高性能化主要表現在降噪、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、傳感器、遠程信息系統、監控系統；長(cháng)壽命化主要通過(guò)提高各種路面條件下輪胎的牽引力、耐磨性，增加重復利用性；高效化則需要依靠新生產(chǎn)工藝和新加工工藝。
“而且，現在看起來(lái)離普及還比較遙遠的無(wú)人駕駛技術(shù)怎么應對，也是個(gè)應該考慮的問(wèn)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(mén)的研究領(lǐng)域?！庇《认鹉z研究院主席、JK集團研發(fā)總監R.Mukhopadhyay介紹，根據日本橡膠生產(chǎn)商協(xié)會(huì )提供的數據，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(guò)程占1.5%，物流占0.2%，使用過(guò)程占87%（258kg），終端處理占7.2%。因此從降低輪胎使用過(guò)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。
  “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(lái)說(shuō)，就是合成膠進(jìn)行改性、提高可再生性和可回收性，補強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(xiàn)，向可回收人造絲、生物基纖維、超高強耐腐蝕鋼簾線(xiàn)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(mǎn)足REACH要求?！盧.Mukhopadhyay說(shuō)。
  全球對輪色輪胎材料探索其實(shí)早在上世紀80年代就已經(jīng)開(kāi)始，業(yè)界嘗試用溶聚丁苯替代乳聚丁苯，90年代初開(kāi)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)保油替代傳統芳烴油，2000年之后開(kāi)始對溶聚丁苯進(jìn)行鏈段改性，使其功能化，今后還將探索生物材料的應用。補強材料方面，則主要是上世紀90年代出現的以米其林綠色輪胎為代表的白炭黑硅補強材料，近來(lái)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；核殼結構的材料也有潛力。R.Mukhopadhyay這樣介紹道。
  “玲瓏特別關(guān)注石墨烯、納米碳管作為補強材料的應用。我們的實(shí)驗結果顯示，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/丁苯橡膠復合物耐磨性更高，在綠色輪胎應用中前景廣闊。納米碳管/橡膠復合材料用于胎面，可開(kāi)發(fā)高強度、高導熱性、功能性節油輪胎；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。
  “碳納米管補強確實(shí)是一個(gè)方向，固特異已經(jīng)生產(chǎn)了樣胎，不過(guò)離商業(yè)化還有一定距離?！盨urendra K. Chawla接受記者提問(wèn)時(shí)表示，“未來(lái)，提升材料的模量和拉伸性能，超高相對分子質(zhì)量聚乙烯、PBO（聚對苯撐苯并二惡唑）也將成為重要方向?！?br />  德國橡膠研究院也在研究碳補強材料，而且涵蓋了一維、二維、三維材料?！凹{米碳管補強性能介于炭黑330和炭黑550之間，成本在15歐元左右。這一結果證實(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(xiàn)

  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(lái)源又進(jìn)了一步。
單體/聚合物合成進(jìn)展迅速 
  據記者了解，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。因供應呈短缺加劇之勢，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突破。比如，Cobalt技術(shù)公司成功實(shí)施了生物正丁醇的試驗，在生物丁醇生產(chǎn)放大成功的基礎上，以丁醇分子為原料生產(chǎn)丁二烯。Cobalt公司首席執行官稱(chēng)，公司正在開(kāi)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(xiāo)售。Cobalt公司還宣布，計劃在亞洲建設第一套生物丁二烯裝置，采用傳統的化學(xué)催化技術(shù)，用生物丁醇作原料生產(chǎn)生物丁二烯，預計2017年投產(chǎn)。美國Genomatlca公司也正在將生產(chǎn)生物丁二烯項目升級成世界級規模。
  異戊二烯的生物路線(xiàn)研究也在有條不紊地展開(kāi)。固特異與杜邦正在加緊合作開(kāi)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)現異戊二烯的商業(yè)化生產(chǎn)。普利司通和味之素合作開(kāi)發(fā)出適合異戊二烯生產(chǎn)的菌株。
  異丁烯方面，德國弗勞恩霍夫化學(xué)生物技術(shù)中心眼下正與法國全球生物能源公司合作，在德國洛伊納建設一個(gè)可用于工業(yè)生產(chǎn)的試驗性裝置，用糖來(lái)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)驗室中實(shí)現了糖與異丁烯的轉化。
  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。朗盛預計，生物基丁基橡膠將在2015年達到數萬(wàn)噸規模。
  “生物基彈性體是非常有前景的一類(lèi)生物材料?！泵绹瘜W(xué)會(huì )Sparks-Thomas Award獎獲得者、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)境穩定性，且與傳統的橡膠加工成型工藝有良好的相容性，可采用傳統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)驗室成果來(lái)看，生物基聚酯彈性體和炭黑納米復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>

增強材料開(kāi)辟新路線(xiàn) 

  “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?！盨urendra K. Chawla說(shuō)，“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。我們與美國研究所合作開(kāi)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，預計2015年商業(yè)化?！?br />  “玲瓏也開(kāi)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%?！甭櫱锖Ｕf(shuō)。

尋找第二橡膠資源

  按照國際橡膠研究組織的預計，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技術(shù)，萬(wàn)噸級裝置也已建成?！盨urendra K. Chawla所說(shuō)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的全球首套萬(wàn)噸級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-結構含量≥98%。國內知名輪胎企業(yè)應用數據表明，反式異戊膠應用于全鋼子午胎時(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)，輪胎可節油2.5%，每應用1噸反式異戊膠可節省燃油70噸，減少汽車(chē)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。杜仲是中國特有資源，我國已經(jīng)擁有了杜仲種植、杜仲膠提取及應用的技術(shù)，但大規模應用，產(chǎn)膠率還需提高，價(jià)格還需親民。除中國外，西班牙南部、中國聯(lián)盟也在進(jìn)行杜仲膠研究，西班牙北部/法國聯(lián)盟則在開(kāi)展TPI研究。