官能化溶聚丁苯橡膠：助力國產輪胎“彎道超車”
文章來源：中國化工報 更新時間：2024-05-21 13:29:59
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我國是世界合成橡膠第一大生產和消費國，其中50%以上的合成橡膠用于制造輪胎，2004年我國輪胎總產量躍升至世界第一。然而我國高端輪胎產量不高，已經成為影響國內輪胎產業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的官能化溶聚丁苯橡膠SSBR72612F獲評中國石油和化學工業聯合會2023年度化工新材料創新產品，標志著擁有自主知識產權的國產高端新型輪胎胎面膠面世，打破了國外技術壟斷，助力國產輪胎實現 “彎道超車”。
開發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、橡膠生產企業、輪胎加工企業組成的項目團隊，成功競聘國家重點研發計劃項目“高性能合成橡膠產業化關鍵技術”。開發官能化溶聚丁苯橡膠是“高性能合成橡膠產業化關鍵技術”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體現，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劑。傳統官能化引發劑由于極性差異在聚合溶劑中溶解性和穩定性差，造成引發劑活性不高，工業應用困難。該項目開發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劑反應制備了溶解性好、引發活性高的官能化引發劑，官能化引發劑帶入胺基官能團，同時在聚合過程中采用多臂結構偶聯的方法，實現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，因此滾動阻力及抗濕滑性能明顯提升。
實現工程化放大、聚合工藝的穩定控制——打通產業化“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、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、抗濕滑及耐磨性能)構效關聯規律等技術難題，突破了官能化試劑制備的工程化放大、聚合工藝的穩定控制等關鍵技術，成功實現了官能化溶聚丁苯橡膠SSBR72612F的工業化。
官能化溶聚丁苯橡膠工業化產品的門尼黏度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，實現了在3.5萬噸/年工業裝置上的生產示范，徹底改變了我國高端胎面膠的“卡脖子”局面。
產品的測試情況表明，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、節能減排有著非常重要的意義。
隨著自主開發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。除節能減排的意義外，B級輪胎的抗濕滑性能較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高端輪胎所需要的合成橡膠材料國內不能生產，且研發難度極高。
近兩年來，石油化工研究院的科研人員發揮“國家隊”的作用，主動配合和協助輪胎生產企業做好官能化溶聚丁苯橡膠產品的加工應用，助力輪胎行業的高質量發展。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及推廣應用，表明我國已經掌握了合成橡膠最高端合成技術，彌補了制約國產輪胎產業升級急需的基礎材料短板，對我國橡膠工業從大國走向強國、輪胎產品從中低端邁向高端提供堅實的材料基礎。
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