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官能化溶聚丁苯橡膠：助力國(guó)產(chǎn)輪胎“彎道超車”
文章來(lái)源：中國(guó)化工報(bào)     更新時(shí)間：2024-05-21 13:29:59
        我國(guó)是世界合成橡膠第一大生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，其中50%以上的合成橡膠用于制造輪胎，2004年我國(guó)輪胎總產(chǎn)量躍升至世界第一。然而我國(guó)高端輪胎產(chǎn)量不高，已經(jīng)成為影響國(guó)內(nèi)輪胎產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的一個(gè)重要因素。
 
　　由中國(guó)石油石油化工研究院、獨(dú)山子石化和同濟(jì)大學(xué)、大連理工大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的官能化溶聚丁苯橡膠SSBR72612F獲評(píng)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)2023年度化工新材料創(chuàng)新產(chǎn)品，標(biāo)志著擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)高端新型輪胎胎面膠面世，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，助力國(guó)產(chǎn)輪胎實(shí)現(xiàn) “彎道超車”。
 
　　開(kāi)發(fā)特定結(jié)構(gòu)的官能化試劑——攻克國(guó)家急需高端材料
 
　　2017年，中國(guó)石油牽頭組織了由高校、科研院所、橡膠生產(chǎn)企業(yè)、輪胎加工企業(yè)組成的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，成功競(jìng)聘國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”。開(kāi)發(fā)官能化溶聚丁苯橡膠是“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目的子課題之一。
 
　　官能化溶聚丁苯橡膠主要用于制備綠色高性能輪胎(雙B級(jí)及以上級(jí)別)的胎面。以轎車輪胎為例，一條輪胎所用的溶聚丁苯橡膠只有1千克左右，但由于胎面膠直接接觸地面，且輪胎觸地面積僅成年人一只手掌大小，而所有與路面相關(guān)的性能均需在此狹小范圍內(nèi)體現(xiàn)，因此胎面用膠性能對(duì)輪胎性能影響極大。目前雙B級(jí)及以上級(jí)別輪胎胎面膠均由官能化溶聚丁苯橡膠制備，國(guó)內(nèi)的需求量超過(guò)5萬(wàn)噸/年。
 
　　官能化溶聚丁苯的制備難點(diǎn)是如何在端基引入多個(gè)官能團(tuán)，常見(jiàn)的技術(shù)路線是采用官能化引發(fā)劑。傳統(tǒng)官能化引發(fā)劑由于極性差異在聚合溶劑中溶解性和穩(wěn)定性差，造成引發(fā)劑活性不高，工業(yè)應(yīng)用困難。該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了特定結(jié)構(gòu)的官能化試劑，采用“相似相溶”的原理，選擇與反應(yīng)溶劑類似結(jié)構(gòu)的官能化試劑，通過(guò)官能化試劑與丁基鋰引發(fā)劑反應(yīng)制備了溶解性好、引發(fā)活性高的官能化引發(fā)劑，官能化引發(fā)劑帶入胺基官能團(tuán)，同時(shí)在聚合過(guò)程中采用多臂結(jié)構(gòu)偶聯(lián)的方法，實(shí)現(xiàn)鏈端多個(gè)胺基官能團(tuán)，增加了橡膠和填料相互作用，使填料在橡膠中分散更均勻，因此滾動(dòng)阻力及抗?jié)窕阅苊黠@提升。
 
　　實(shí)現(xiàn)工程化放大、聚合工藝的穩(wěn)定控制——打通產(chǎn)業(yè)化“最后一公里”
 
　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)歷時(shí)4年技術(shù)攻關(guān)，解決了官能化試劑的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、官能化試劑的純化、官能團(tuán)種類及結(jié)構(gòu)與輪胎“魔鬼三角”性能(滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕澳湍バ阅?構(gòu)效關(guān)聯(lián)規(guī)律等技術(shù)難題，突破了官能化試劑制備的工程化放大、聚合工藝的穩(wěn)定控制等關(guān)鍵技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了官能化溶聚丁苯橡膠SSBR72612F的工業(yè)化。
 
　　官能化溶聚丁苯橡膠工業(yè)化產(chǎn)品的門尼黏度60左右，苯乙烯含量23.5%，乙烯基含量61%，主要性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平。該項(xiàng)目打破了國(guó)外對(duì)官能化溶聚丁苯橡膠的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了在3.5萬(wàn)噸/年工業(yè)裝置上的生產(chǎn)示范，徹底改變了我國(guó)高端胎面膠的“卡脖子”局面。
 
　　產(chǎn)品的測(cè)試情況表明，采用官能化溶聚丁苯制備的雙B級(jí)輪胎相比D、E級(jí)輪胎，滾動(dòng)阻力降低10%以上。統(tǒng)計(jì)顯示，滾動(dòng)阻力每降低10%，汽車油耗減少0.15升/100千米，這對(duì)于機(jī)動(dòng)車降低油耗、節(jié)能減排有著非常重要的意義。
 
　　隨著自主開(kāi)發(fā)技術(shù)在高性能輪胎的全面應(yīng)用，我國(guó)化石能源用量將大幅減少，助力碳達(dá)峰目標(biāo)的完成。除節(jié)能減排的意義外，B級(jí)輪胎的抗?jié)窕阅茌^D、E級(jí)輪胎提高15%以上，剎車距離可縮短15%以上，可大幅減少交通事故的發(fā)生。
 
　　過(guò)去，受國(guó)外合成橡膠高端技術(shù)壟斷的影響，我國(guó)的輪胎產(chǎn)品主要集中在中低端，與國(guó)外高性能輪胎相比差2至3個(gè)等級(jí)。國(guó)外相同類型的乘用車輪胎比國(guó)產(chǎn)輪胎售價(jià)高200元/條左右。造成這一被動(dòng)局面的主要原因是生產(chǎn)高端輪胎所需要的合成橡膠材料國(guó)內(nèi)不能生產(chǎn)，且研發(fā)難度極高。
 
　　近兩年來(lái)，石油化工研究院的科研人員發(fā)揮“國(guó)家隊(duì)”的作用，主動(dòng)配合和協(xié)助輪胎生產(chǎn)企業(yè)做好官能化溶聚丁苯橡膠產(chǎn)品的加工應(yīng)用，助力輪胎行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。2023年材料進(jìn)口替代達(dá)到1萬(wàn)噸/年的階段性目標(biāo)。
 
　　高性能合成橡膠輪胎用胎面材料的研發(fā)及推廣應(yīng)用，表明我國(guó)已經(jīng)掌握了合成橡膠最高端合成技術(shù)，彌補(bǔ)了制約國(guó)產(chǎn)輪胎產(chǎn)業(yè)升級(jí)急需的基礎(chǔ)材料短板，對(duì)我國(guó)橡膠工業(yè)從大國(guó)走向強(qiáng)國(guó)、輪胎產(chǎn)品從中低端邁向高端提供堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。
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