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我国杜仲胶发展概况

发布时间:2011-12-11 来源:中国橡胶网 作者:中国橡胶工业协会杜仲产业促进工作委员会 王凤菊

 

杜仲橡胶是具有橡塑二重性的优异高分子材料,广义上来讲,分为天然杜仲橡胶与合成杜仲橡胶两类。两者与产于三叶橡胶树的天然橡胶化学成份相同,但分子结构不同,杜仲胶为反式聚异戌二烯,天然橡胶则为顺式聚异戌二烯。天然反式聚异戌二烯橡胶目前主要包括杜仲橡胶、古塔胶和巴拉塔胶。天然杜仲橡胶系由杜仲树的籽、叶、皮、根中通过物理或化学提取法而制得。古塔胶主要由马来亚半岛、印度尼西亚等热带地区产的山榄科植物的树皮树叶中的胶乳制得。巴拉塔胶主要由产于圭亚那和委内瑞拉等地的一种山榄科植物的胶乳制得。合成杜仲橡胶则由石油裂解后所得的C5馏分中的异戊二烯在特定的催化条件下聚合制得。
 一、天然杜仲橡胶
杜仲是我国特有的植物,世界95%以上的杜仲资源在中国。杜仲也是世界上适应范围最广、发展潜力最大的优质胶源树种。杜仲的果、叶、皮、根中均含有丰富的杜仲胶,基于杜仲胶独特的结构与性能,可以开发出三大类不同用途的材料:橡胶高弹性材料、低温可塑性材料及热弹性材料,广泛应用于橡胶工业、航空航天、国防、船舶、化工、医疗、体育等国民经济各领域,产业覆盖面极广。
1、我国天然杜仲橡胶发展回顾
早在上世纪五十年代初,前苏联专家曾向周总理建议,中国应提前开展杜仲代替天然橡胶的研究。我国接受这一建议,并组织专家在青岛二厂开展研究。
1981年,中国科学院化学所严瑞芳副研究员首次将合成杜仲胶制成弹性体,并在原西德申请了发明专利,1984年获得授权。
1993年,国家农业部原部长何康、副部长洪绂曾、原副部长相重扬及跨部门、跨学科的专家、科学工作者共同写了《关于杜仲综合利用尽快产业化的建议》上报中央,受到国务院领导的重视。
1994年5月5日,受国务委员陈俊生的委托,国务院副秘书长刘济民组织召开了关于杜仲资源综合开发有关问题的会议。国家计委、国家科委、国务院扶贫开发办、国家农业综合开发般的有关领导听取了农业部、中国农学会的汇报后,正式提出:“杜仲的综合开发利用是贫困山区脱贫致富的支柱产业”。汇报后形成会议纪要,转发有关部委。会议决定安排第一笔资金,支持在北京办精胶示范厂,在遵义、略阳等地办粗胶厂,并要求各部委和地方支持这项工作。
    
1996年1月,我国第一个杜仲精胶示范厂在北京顺义建成。截至到2010年,我国陕西略阳、安康和河南灵宝分别建成了百吨级杜仲橡胶生产装置和实验装置,并陆续有一定量的产品进入市场和出口国外。
2、 我国天然杜仲胶产业化进入历史新阶段
随着我国汽车工业、轮胎工业及橡胶相关领域的发展,我国已成为世界天然橡胶第一消耗大国,年消耗量已超过300万吨。但由于受地理环境限制,国内产量受限,进口依存度80%以上。近年来,天然橡胶价格持续上涨,2011年初甚至突破4万元/吨的历史高位,给轮胎等橡胶加工企业带来了巨大成本压力。长期高度依赖进口和胶价不断上涨的局面已经严重影响和制约我国橡胶工业的平稳、安全发展。开拓橡胶新资源、逐步解决我国天然橡胶资源匮乏的历史重任已迫在眼前。经过多年来不断的育种和栽培方式的改良,杜仲作为我国最具发展潜力的优质胶源树种已引起国家和业界的充分关注。
2010年3月的世界橡胶年会暨第五届中国橡胶市场发展论坛上,中国橡胶工业协会会长范仁德提出:“要站在世界橡胶工业长远持续发展的高度,推动杜仲胶等“新兴天然橡胶产业”的发展。” 2010年7月在中国橡胶工业协会召开的“橡胶新材料开发及应用研讨会”和“2010杜仲产业发展论坛”上,范仁德呼吁,为了我国橡胶工业的长远持续发展,建议国家推动杜仲新兴天然胶战略产业的发展,支持有关杜仲种植、提胶、橡胶产品开发及医疗等领域的企业和科研单位组成产业联盟,尽快形成新兴产业,为我国低碳经济发展作贡献。2010年3月我国轮胎行业人大代表中国化工橡胶总公司总经理曹朝阳、三角集团董事长丁玉华分别向“两会”递交了关于推动杜仲胶产业发展的提案。
2010年11月,国家发改委在上报国务院的信息中,提出了充分发挥我国杜仲种植和加工利用传统优势,加快杜仲开发利用的建议。
2010年12月,中国橡胶工业协会专门成立了杜仲产业促进工作委员会。旨在牵头和联系有关杜仲种植、杜仲胶提取与加工应用以及循环利用等领域的企业、科研单位及其他相关企业互相配合、协调发展,推动我国杜仲橡胶产业化进程。
2011年3月1日,中国橡胶工业协会在北京组织杜仲产业战略联盟(筹)成员单位召开了“杜仲产业化促进工作座谈会”,国家发改委产业协调司、农经司,科技部高新技术发展及产业化司等有关部门领导应邀出席会议。会议围绕我国杜仲种植模式比较,杜仲胶提取、医药及保健品制备等综合利用工艺路线选择,杜仲产业重点技术攻关方向和重点研究项目以及杜仲产业链经济性分析及市场发展预测进行了探讨和分析。
3月16日,由中国橡胶工业协会牵头组织, 22家积极投身于杜仲种植、杜仲胶提取与加工应用及医药保健等领域的骨干企业、高校、科研机构、政府组织及其他相关单位自愿发起的我国第一个杜仲产业战略联盟组织在青岛正式成立。
2011年4月,国家发改委发布的“产业结构调整目录(2011本)中将“杜仲种植生产”和“新型天然橡胶的开发和应用”列入鼓励类目录中。
目前我国陕西、河南、湖南、湖北的部分地区杜仲综合利用已取得较大进展,杜仲橡胶亦有一定量的生产。甘肃、福建、四川等省份的一些地区也已积极行动起来,并着手筹划杜仲大面积种植和改良以及杜仲产业链配套项目的建设。
3、我国天然杜仲胶产业化现状
早在1952年,我国就拥有贵州遵义、湖南江垭、湖北郧西和四川旺苍四个万亩杜仲林场,在国家有关部门的组织下,曾进行过高浓度的氢氧化钠法提胶工艺攻关,但由于成本高且环境污染严重而搁浅。1982年,中科院化学所研究员严瑞芳在西德进修期间,在世界上首次用新的硫化办法将合成杜仲胶制成弹性体,并在德国申请了专利。1983年初,方毅副总理做出批示,给予大力支持。严教授在后续的研究中从微观结构和宏观性能的关系上找到了杜仲胶获得高弹性的基本规律,利用杜仲胶橡-塑二重性、优良共混性及独特的集成特性使杜仲胶新材料的开发进入了一个新的高度,为开发不同环境下使用的新型特种功能材料及以高性能绿色轮胎为代表的工程材料奠定了基础。并将杜仲胶加工成三大类用途不同的材料:热塑性功能塑料,热弹性形状记忆材料及橡胶材料,大大拓展了杜仲胶的用途,开发出一系列专利技术及各种不同用途的功能材料,并在世界上首次制造出了“杜仲胶/顺丁胶共混3.25-16型摩托车外胎”,安全行驶两年后的胎面及锯开的横断面处于完好状态。
目前我国已有三家杜仲胶生产企业,分别是:灵宝市天地科技生态有限责任公司、略阳嘉木杜仲产业有限公司和陕西安康禾烨公司。灵宝市天地科技生态有限责任公司自1993年以来利用荒山、荒坡陆续开发种植了约3万亩杜仲林,并在中国林科院的指导下逐步改造为优质果园式杜仲种植基地。目前已开发和投入市场的产品有:杜仲胶、杜仲雄花茶、杜仲a-亚麻酸胶囊、杜仲洋参胶囊等,产品销售和应用情况均较好。该公司2007年与西北农林科技大学、日本大阪大学、日本日立造船公司合作,建立了杜仲胶试验装置,目前杜仲胶的提取纯度约95%,在应用方面亦有不少突破。略阳嘉木杜仲产业有限公司依托当地58万亩杜仲优势资源,通过综合开发,主要产品有杜仲橡胶、杜仲籽油胶囊、杜仲饲料添加剂及杜仲保健饮品等。安康市禾烨生物工程有限公司早在2001年就建成了年产100吨规模的杜仲粗胶厂,近年又建起了年产30吨规模的精胶厂,除杜仲橡胶外,还生产医用胶板、绿原酸等医药中间体。
湖南老爹生物有限公司最近也已成功提取制备出高纯度的杜仲胶,经检测,各项指标均达到合格产品要求。百吨级杜仲胶生产装置预计年底前建成。
二、合成杜仲橡胶
1、 我国合成杜仲橡胶发展进程
1989年,青岛科技大学黄宝琛教授在实验室瓶试中首次发现,用负载钛催化剂(TiCl4/MgCl2)可以合成制得高反式(反式结构含量超过98%)的反式聚异戊二烯(TPI)(国外均用钒体系或V/Ti混合体系)。并在《高分子学报》上发表“高反式-1,4-聚异戊二烯合成的新方法”(1992,(1):116)论文,公布了这一结果。
1991年,高反式-1,4-聚异戊二烯的合成研究项目获得第一项国家自然科学基金支持(编号:29170185)。经过系统研究,进一步研究出负载钛催化本体沉淀聚合合成TPI新方法。使催化活性和合成技术都前进了一大步,奠定了后续发展的基础。并申请了中国发明专利:“高反式-1,4-聚异戊二烯的新合成方法”(专利号:ZL95110352.0)。
1995年,“合成聚异戊二烯的新途径”研究项目再获国家自然科学基金支持(编号:29574166),用5-10聚合釜研究负载钛催化本体沉淀聚合合成TPI新工艺。
1996年,“反式-1,4-聚异戊二烯的材料工程学研究”项目获得第三项国家自然科学基金支持(编号:59673004),重点研究TPI的结构与性能及其应用。同年10月,“高反式-1,4-聚异戊二烯的合成与应用开发”研究项目获国家“863”高技术研究发展计划支持(编号:715-007-0040,进行了模试合成杜仲胶100升聚合釜试验。1998年12月,重点进行轮胎应用研究的“高反式-1,4-聚异戊二烯的工业化准备”再获国家“863”计划支持(编号:715-007-0040)
    20005月,“高反式-1,4-聚异戊二烯在高速节能轮胎中的应用”通过中国石化局(原化工部)鉴定,评价为国际先进。主要成果是,在半钢子午胎胎面胶中以20份TPI取代丁苯橡胶,可使汽车百公里油耗降低2.5%左右。意味着TPI:节油:减排=1:70:200。
2001年1月,该项目获得2000年度国家技术发明奖二等奖。2001年2月,获国家科技部863计划十五周年先进个人重要贡献奖。
2005年11月,以青岛科技大学为主,成立了“青岛科大方泰材料工程有限公司”(注册资本700万元),建设500吨/年合成TPI工业试验装置(采用4500升聚合釜)。这实际上已是当时世界上产能最大的合成TPI工业试验装置。2006年12月一次投料试车成功,生产出粉末状合成杜仲胶。
2010年,青岛第派新材有限公司成立,开始筹建30000吨/年合成反式异戊橡胶工业化装置。2011年5月,一期15000吨/年规模合成TPI装置基础设计通过审查,进入详细设计和建设阶段。预计2012年6月可建成投产。
、杜仲胶应用研发工作获可喜进展
近年我国在杜仲胶应用开发方面的研究已经逐步活跃起来。国内外杜仲胶的产品应用已覆盖到多个领域。作为低温热可塑材料,应用范围包括高尔夫球、医用代石膏骨科外固定及矫形用杜仲胶夹板、运动员护支具、假肢支撑腔(假肢套)、牙齿填料、运动员护齿等。作为热弹性形状记忆材料,由于其独特的形状记忆功能,可用于实验室玻璃仪器接管、真空油泵、真空水泵密封接管等。由于其优异的耐磨性和抗撕裂强度,与聚丁二烯橡胶等合成橡胶共混制成综合性能优异的轮胎用集成材料用于制备高性能轮胎。其他应用包括海底电缆、飞机遥测遥感雷达天线透雷达波用密封薄膜、塑料改性、沥青改性、高拉伸疲劳帘子布胶改性、气密性橡胶组合物、减震降噪集成材料以及其它特殊环境下使用的新型功能材料等。 
青岛第派新材公司生产的反式异戊橡胶(TPI)是一种微观结构与杜仲胶相同的合成杜仲胶。该公司与轮胎企业合作,在合成杜仲胶的应用方面已经做了大量试验工作,为天然杜仲胶应用推广奠定了基础。以20~25份TPI取代SBR1712试制小轿车、轻量载重半钢子午胎,经机床高速试验各项指标分别达到相应合格产品标准。在时速90~100公里的情况下节油率达到2.5%左右。行驶里程分别达到15万公里和12万公里以上。为天然杜仲胶应用推广奠定了基础。
四、加快我国杜仲橡胶产业化进程的思考及建议
1、大力发展高胶含量种植模式,新植和低产低效林改造相结合
我国的气候地理自然条件非常适合种植杜仲, 目前杜仲栽培面积约500万亩。据测算,全国可种植范围约2000万公顷以上。利用杜仲高产胶良种,采用果园化栽培技术,杜仲产果量比传统栽培模式提高40-60倍,每公顷产果量3000公斤,产胶量达450公斤,包括叶和皮的产胶量,每公顷产胶量达到600公斤左右。据了解,集约式优质、成熟果园化杜仲林盛果期亩产杜仲籽达到450公斤,籽壳提胶率达到15-17%,亩产杜仲胶约60公斤,接近我国海南地区天然橡胶亩产量。
但现有种植面积绝大多数为传统药用杜仲林,树干高大,产果量低、且不易采摘。建议在今后的发展中推广高胶含量的果园化种植模式,也可因地制宜根据区域特点或综合利用模式的需要,发展叶林式种植模式。培育杜仲种植示范基地,宜坚持新植和低产低效林改造相结合。要加强对杜仲基地和示范项目建设的宏观指导。基地建设要充分考虑促进主导产业的形成,不仅在于发展的数量,还在于实现建设规模化经营和资源利用的有效配置。每片基地要相对集中连片,并有一定的面积,使基地建成后都能形成“规模”。基地建设要严格按工程项目管理,强化集约经营,并建立一套从可行性研究(报告)、立项、规划设计、作业方案、施工管理、检查验收到建立技术档案等主要内容的科学管理体系,集中人力、财力、物力重点投入,做到造一片、管一片、成林一片、丰产一片。在基地布局上,应根据当地自然地理条件,特别是要选择适宜杜仲生长的山地、荒地发展栽培,认真做到因地制宜、适地适树,选择优良品种。在营造模式上,必须将立体结构与层次经营相,如发展林下种植等;在培育方式上,实行新造(包括更新造林)与培育有丰产潜力的幼林相结合,以加快建设速度,及早发挥投资效益;在新发展的同时,对经济效益差的“劣、杂、散、残”的杜仲林,应有计划地分期分批进行补植,使基地能与增产、增收、增效同步进行。
2以杜仲胶为龙头,实现杜仲资源综合利用、协调发展。
资源培育方面,中国林业科学研究院牵头选育出4个高产胶杜仲良种,采用果园化栽培技术,杜仲产果量比传统栽培模式提高40-60倍,每公顷产胶量达400-600kg。在产业化研究方面,已经形成了具有自主知识产权、领先世界的完整的杜仲材料科学产权体系。国内杜仲胶生产企业在多年的生产及研发实践中积累了大量经验,不仅可以生产出合格的杜仲精胶,并在综合利用和杜仲橡胶的加工应用方面取得了可喜的进展。目前国内外已经开发出多种功能食品和保健品,如:杜仲雄花茶、杜仲叶茶、杜仲亚麻酸软胶囊、杜仲挂面、杜仲茶果冰、杜仲冰糕、杜仲茶粥、杜仲晶、杜仲冲剂、杜仲口服液、杜仲酒、杜仲纯粉、杜仲酱油、杜仲醋、杜仲可乐、杜仲咖啡、杜仲面粉、杜仲米粉等。
提取有效医药保健成分后的杜仲原料,还可以用来生产杜仲绿色饲料添加剂;提取杜仲胶及其它活性成份后的杜仲固体废物经微生物发酵、除臭和腐熟后可加工成有机肥;利用产业过程中生成的木质素、纤维素、半纤维素等废弃物,可以生产“环境友好型” 的型材、板材及其它制品。
几十年的实践证明,只有通过对杜仲资源的综合利用,充分利用杜仲的果、叶、皮、花等发展循环经济,才可以大幅度降低杜仲橡胶的生产成本,从而实现杜仲橡胶的规模化生产。而从另一方面来讲,也只有以杜仲胶为龙头,实现杜仲橡胶的规模化生产,才可以实现杜仲资源真正意义上的综合利用,带动杜仲大产业链的发展,彼此相辅相成,互为依存,协调发展。
3、建立杜仲长期育种基地和普及杜仲栽培知识
大规模的种植和更新种植,目前面临的突出问题是丰产苗种的缺乏和种植知识。建议以支撑我国300万公顷杜仲天然橡胶产业工程为目标,建立杜仲长期育种基地。在我国杜仲主产区培育建立(国家级)杜仲繁育与产业开发技术工程中心,建立杜仲良种果园、叶用林为主的杜仲胶产业化示范基地,进行模式创新、栽培新技术集成与创新,为杜仲产业发展提供配套培育技术。要尽快开展杜仲栽培知识普及工作。加速培养高级技术人才。
4、切实加强杜仲胶的应用研发工作
杜仲胶的应用研发和推广对于能否带动杜仲大产业链的快速发展将发挥关键性的作用。杜仲胶所独有的-塑二重性、优良的共混性及独特的集成特性不仅可以部分替代天然橡胶,而且可以通过对合成橡胶改性从而生成综合性能优异的橡胶集成材料,从而把我国轮胎等橡胶制品产业的产品结构和应用性能推向一个新的高度。杜仲胶的吸声、减震和记忆功能是独有的,是极具发展潜力的新兴军用、医用橡胶材料。杜仲胶本身所具有的优异性能已被越来越多的人所认识,利用杜仲胶不同硫化阶段的特性,其应用范围可以覆盖多个领域。
为了加快我国杜仲胶应用研发的步伐,由中国橡胶工业协会牵头,青岛科技大学参与,10月16日在青岛第派新材有限公司成立了中国杜仲胶科学研究院,相信杜仲胶研究院在我国杜仲胶事业发展中将发挥其应有的重要作用,为带动我国杜仲大产业的发展贡献力量。也希望国家能在资金和人才方面给予扶持,加快杜仲胶应用研发进程。
5、建立完整的杜仲产业链和综合利用体系
杜仲产业是典型的工农业复合型循环经济产业,发展前景宏伟,要把杜仲产业作为系统工程来推动。要建立完整的杜仲产业链和综合利用体系,把杜仲胶的开发应用作为推动杜仲产业发展的核心。在发展杜仲资源的同时,要统筹考虑原料的运输、储藏、产业链的布局、产品的销售、市场的开发等等;通过建成综合开发配套项目和产品营销链,形成既有资源规模又有系列加工,既有全方位销售又有配套服务的社会化格局,努力提高杜仲开发的经济效益。把杜仲产业作为系统工程来推动,还需要地方政府形成共识,并给予积极支持和配合。
6、杜仲产业的发展需要国家给予政策支持

建议国家把杜仲产业纳入战略性新兴产业的生物制造领域和新材料领域,对于杜仲产业种植基地和杜仲综合利用示范基地的培育,国家应给予资金和相应的政策扶持;对基于杜仲产业发展规模化种植、从事杜仲胶、药物和保健品成份提取和制造、加工废弃物循环利用的龙头企业给予补贴;要把杜仲产业发展纳入碳汇产业给予支持;对杜仲种植给予种苗和抚管补贴;建议把杜仲产业技术创新联盟纳入国家科技支撑计划给予支持


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