生物基工程弹性体的设计、制备及应用基础研究

在能源、资源与环境都受到严重挑战的今天,充分利用可再生资源、减少对石油等不可再生资源的依赖是当今全球急需要重视的问题。项目组第一次在国际上提出了生物基工程弹性体（Biobased Engineering Elastomer，BEE）的概念与明确的内涵，对橡胶工业的可持续发展具有重要的意义。基于前期工作，本项目选用不依赖化石资源的大宗的生物基单体癸二酸、丙二醇、丁二醇、丁二酸、衣康酸等，通过缩合聚合和乳液聚合等方法合成新型生物基工程弹性体，结合弹性体应用所必须的纳米颗粒增强以及化学交联，力图制备出两种高综合力学性能、高环境稳定性、低成本、并与传统橡胶加工工艺相容的工程型弹性体材料。研究分子设计、聚合反应过程和条件、纳米复合、化学交联、加工条件等对新型生物基工程弹性体及其复合材料的结构、加工性能、物理机械性能的影响，探讨新材料在轮胎、密封等上的潜在应用，为新一代弹性体材料的诞生和工业化提供依据

自本项目获得资助以来，按照项目计划书执行研究，开展了包括聚酯类生物基工程弹性体，衣康酸生物基工程弹性体，大豆油生物基工程弹性体，生物基聚酰胺，生物基蒲公英橡胶五个种类的生物基工程弹性体的设计、制备与性能研究。在聚酯类生物基工程弹性体研究中，首次制备出了耐油、耐寒、高强度的新型聚酯弹性体材料，达到了工程应用弹性体材料的性能要求，而且还开发了聚酯生物基工程弹性体的多种应用，如采用聚酯弹性体增韧聚乳酸，聚酯/聚乳酸基热塑性硫化胶研究，聚酯基形状记忆材料研究，聚酯基电致伸缩弹性体研究等，这些研究显著拓展了聚酯生物基工程弹性体的应用领域，为今后聚酯生物基工程弹性体的工业化和市场推广奠定了基础。在此基础上，设计和制备了百吨级聚酯类生物基工程弹性体的中试生产线，目前，该生产线正处于调试和试生产阶段。在衣康酸生物基工程弹性体的研究中，首次通过衣康酸酯与异戊二烯的乳液共聚合制备出了高分子量，低玻璃化转变温度，高力学强度的聚（衣康酸酯/异戊二烯）型弹性体材料（命名为康戊胶）。该研究制备了一系列不同侧基长度的康戊胶，能够满足不同的应用需求。采用乳液共沉技术将蒙脱土和累托石与康戊胶进行复合，显著提高了康戊胶的气密性。同时，详细分析了康戊胶作为轮胎胎面用橡胶的可行性。设计和定制了10L规模的衣康酸生物基工程弹性体的聚合装置，在实验室阶段达到了2kg/批次的生产规模，满足了制备衣康酸生物基工程弹性体轮胎的制备条件。目前，样胎的制备和测试正在进行当中，该研究有望在国际上率先制备出可商业化的生物基工程弹性体轮胎。为了拓展生物基工程弹性体的种类，在进行聚酯类生物基工程弹性体和衣康酸生物基工程弹性体的研究的过程中，开展了大豆油生物基工程弹性体和生物基聚酰胺的研究。在合成生物基工程弹性体的研究之外，尝试了采用杂交和基因重组等方法，筛选和培育出了含胶量较高的俄罗斯蒲公英橡胶草新品种，改善了提取工艺，为蒲公英橡胶的工业化进行了有益探索。在执行项目的4年中，发表SCI收录文章47篇，申请专利11项，其中8项已授权。