我國是世界合成橡膠第一大生產(chǎn)和消費國，其中50%以上的合成橡膠用于制造輪胎，2004年我國輪胎總產(chǎn)量躍升至世界第一。然而我國高端輪胎產(chǎn)量不高，已經(jīng)成為影響國內(nèi)輪胎產(chǎn)業(yè)轉型升級的一個重要因素。
由中國石油石油化工研究院、獨山子石化和同濟大學、大連理工大學合作開發(fā)的官能化溶聚丁苯橡膠SSBR72612F獲評中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會2023年度化工新材料創(chuàng)新產(chǎn)品，標志著擁有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)高端新型輪胎胎面膠面世，打破了國外技術壟斷，助力國產(chǎn)輪胎實現(xiàn) “彎道超車”。
開發(fā)特定結構的官能化試劑——攻克國家急需高端材料
2017年，中國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)組成的項目團隊，成功競聘國家重點研發(fā)計劃項目“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關鍵技術”。開發(fā)官能化溶聚丁苯橡膠是“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關鍵技術”項目的子課題之一。
官能化溶聚丁苯橡膠主要用于制備綠色高性能輪胎(雙B級及以上級別)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輪胎性能影響極大。目前雙B級及以上級別輪胎胎面膠均由官能化溶聚丁苯橡膠制備，國內(nèi)的需求量超過5萬噸/年。
官能化溶聚丁苯的制備難點是如何在端基引入多個官能團，常見的技術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)應用困難。該項目開發(fā)了特定結構的官能化試劑，采用“相似相溶”的原理，選擇與反應溶劑類似結構的官能化試劑，通過官能化試劑與丁基鋰引發(fā)劑反應制備了溶解性好、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，同時在聚合過程中采用多臂結構偶聯(lián)的方法，實現(xiàn)鏈端多個胺基官能團，增加了橡膠和填料相互作用，使填料在橡膠中分散更均勻，因此滾動阻力及抗?jié)窕阅苊黠@提升。
實現(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”
項目團隊歷時4年技術攻關，解決了官能化試劑的設計開發(fā)、官能化試劑的純化、官能團種類及結構與輪胎“魔鬼三角”性能(滾動阻力、抗?jié)窕澳湍バ阅?構效關聯(lián)規(guī)律等技術難題，突破了官能化試劑制備的工程化放大、聚合工藝的穩(wěn)定控制等關鍵技術，成功實現(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%，主要性能指標均達到國際同類產(chǎn)品水平。該項目打破了國外對官能化溶聚丁苯橡膠的技術壟斷，實現(xiàn)了在3.5萬噸/年工業(yè)裝置上的生產(chǎn)示范，徹底改變了我國高端胎面膠的“卡脖子”局面。
產(chǎn)品的測試情況表明，采用官能化溶聚丁苯制備的雙B級輪胎相比D、E級輪胎，滾動阻力降低10%以上。統(tǒng)計顯示，滾動阻力每降低10%，汽車油耗減少0.15升/100千米，這對于機動車降低油耗、節(jié)能減排有著非常重要的意義。
隨著自主開發(fā)技術在高性能輪胎的全面應用，我國化石能源用量將大幅減少，助力碳達峰目標的完成。除節(jié)能減排的意義外，B級輪胎的抗?jié)窕阅茌^D、E級輪胎提高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。
過去，受國外合成橡膠高端技術壟斷的影響，我國的輪胎產(chǎn)品主要集中在中低端，與國外高性能輪胎相比差2至3個等級。國外相同類型的乘用車輪胎比國產(chǎn)輪胎售價高200元/條左右。造成這一被動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內(nèi)不能生產(chǎn)，且研發(fā)難度極高。
近兩年來，石油化工研究院的科研人員發(fā)揮“國家隊”的作用，主動配合和協(xié)助輪胎生產(chǎn)企業(yè)做好官能化溶聚丁苯橡膠產(chǎn)品的加工應用，助力輪胎行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。2023年材料進口替代達到1萬噸/年的階段性目標。
高性能合成橡膠輪胎用胎面材料的研發(fā)及推廣應用，表明我國已經(jīng)掌握了合成橡膠最高端合成技術，彌補了制約國產(chǎn)輪胎產(chǎn)業(yè)升級急需的基礎材料短板，對我國橡膠工業(yè)從大國走向強國、輪胎產(chǎn)品從中低端邁向高端提供堅實的材料基礎。
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