长期以来，我国合成橡胶行业胶种少，缺乏高端及原创性产品，处于追赶和模仿国外产品的现状。“耐苛刻使役环境的合成橡胶制备技术及其产业化”项目聚焦创制新型催化体系，开发耐苛刻使役环境的合成橡胶及其绿色高效可控制备关键技术，开发耐苛刻使役环境下的高性能轮胎、输送带和减振件等制品。
1,2-间同聚丁二烯课题负责人、青岛科技大学张春雨教授向记者介绍，承担该项目研发任务后，团队提出采用Fe系催化剂和Nd/Fe双催化剂体系制备1,2-间同聚丁二烯及其与顺丁橡胶合金的解决方案。基于高温高活性铁系催化剂体系，团队开发了高温绝热聚合技术和双金属催化剂体系序贯聚合技术等关键技术，先后在催化剂结构设计、聚合物熔点和分子量调节及缺气保用轮胎配方优化等方面取得了突破性进展。
反式丁戊橡胶是发展高性能、绿色、长服役寿命橡胶制品的关键橡胶材料，可显著提高橡胶制品的高温抗疲劳性、耐磨性、阻隔性，降低其滚动阻力和生热。青岛科技大学贺爱华教授带领的反式丁戊橡胶研发团队致力于实现高转化率、高粘度、复杂流体工程学下，橡胶本体聚合及其工业示范装置的建设和运行。
贺爱华介绍，研发团队不断调整设计方案和实验配方，设计开发了反式丁戊橡胶合成的新型高效催化剂，催化活性提高近4倍;设计制备了具有不同分子链序列结构和结晶度的反式丁戊橡胶，发现了具有突出高温(90℃)服役性能的橡胶复合材料的结构。
值得一提的是，贺爱华团队开发出一套合成橡胶生产通用的新装备与本体聚合合成关键技术，自主设计建成全球首套千吨级反式丁戊橡胶工业中试装置，并实现装置稳定生产。
高性能合成橡胶材料的特点及应用领域
通用合成橡胶的高端牌号和功能化品种主要指应用于高性能轮胎胎面、胎侧和气密层，可以显著提高轮胎性能的官能化溶聚丁苯橡胶、钕系顺丁橡胶、星型卤化丁基橡胶；以及用于苛刻条件下密封防水、胶黏剂、聚合物改性、光缆电缆等领域的极性化丁苯热塑性弹性体（SBS）、苯乙烯–异戊二烯嵌段共聚物（SIS）、氢化苯乙烯–丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、氢化苯乙烯异戊二烯共聚物（SEPS）热塑性弹性体、长链支化乙丙橡胶、官能化高抗冲丁苯树脂等。特种合成橡胶材料是指不同于通用橡胶材料而具有耐高低温、耐老化、抗烧蚀、耐化学介质等特殊性能的橡胶材料，主要包括氢化丁腈橡胶（HNBR）、热塑性硫化橡胶（TPV）、硅橡胶、氟橡胶等。特种合成橡胶材料具有的特殊性能使其成为航空航天、国防军工、电子信息、能源、环境、海洋等国家重大战略和新兴领域发展所必需的关键材料 。
当前和今后一段时期，国防和国民经济发展急需的先进通用橡胶和特种橡胶材料主要有以下几种。
溶聚丁苯橡胶（SSBR），不同于传统乳聚丁苯橡胶，它是通过锂系阴离子溶液聚合制备的丁二烯、苯乙烯共聚橡胶，由于其结构可设计、性能可调控，是制造轮胎胎面胶的理想胶种。作为高性能合成橡胶胶种，溶聚丁苯橡胶比乳聚丁苯橡胶有更优异的滚动阻力和抗湿滑性能，被公认为绿色轮胎的橡胶复合体系中所必须采用的橡胶组分。
氢化丁腈橡胶是以改善丁腈橡胶（NBR）的耐热和耐老化性能为目的，将丁腈橡胶链锻上的丁二烯单元进行选择性加氢制得的一种高饱和度橡胶材料，其最主要的特点是能在 150℃下长期使用，并且在高温下仍能保持较高的物理机械性能，能够很好地满足汽车、宇航、油田等领域对材料耐高温耐化学品的特殊要求，应用越来越广泛，比如用作汽车油封、燃油系统部件、汽车传动带、钻井保持箱和泥浆用活塞、印刷和纺织用胶辊、航空航天用密封件、减震材料等。
IIR/HIIR 是由异丁烯与少量异戊二烯通过低温阳离子聚合反应合成的线型高分子材料。丁基橡胶是气密性最好的橡胶，在轮胎内胎、硫化胶囊、医用胶塞和胶管胶带等领域有着广泛的应用。卤化丁基橡胶包括溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶，是丁基橡胶经过卤化改性的产品。卤化丁基橡胶在保持丁基橡胶原有性能的基础上，提高了产品硫化宽容度，并且可与其他种类通用橡胶共硫化，可生产无内胎轮胎，且具有更好的耐热性。
氢化苯乙烯类热塑性弹性体（HSBCs）是热塑性弹性体 SBS 和 SIS 经氢化后将绝大多数不饱和双键变成饱和键，不仅保留了本身优秀的弹性，而且耐热、耐光和耐热氧等性能得到大幅度提高。氢化 SBS（SEBS）可广泛用于生产高档弹性体、树脂改性、胶黏剂、润滑油增黏剂、电线电缆的填充料和护套料等。随着共享单车的兴起，SEBS 用于生产不充气轮胎成为热门领域。氢化 SIS（SEPS）主要用于润滑油增黏、透明弹性体和膜制品制造，以及用在润滑油脂、光缆密封油膏、化妆品和涂覆革等领域 。
异戊橡胶由异戊二烯合成，与天然橡胶结构最为相近，是天然橡胶的最佳替代品，可用于轮胎等行业。
热塑性硫化橡胶，又称动态硫化热塑性弹性体，是通过在塑料相（如聚丙烯）和橡胶相（如 EPDM）熔融共混过程中，将橡胶相进行硫化，得到粒状硫化橡胶相以微区相态稳定存在于塑料相中所制得的热塑性弹性体材料，兼具传统橡胶的高弹性能和塑料材料的热塑性加工性能，具有密度低、可回收、易加工、能耗低、长效耐老化性等优良的特点。
硅橡胶是由线性聚硅氧烷混入补强填料以及功能填料和助剂，在加热、加压条件下硫化后成为网状结构的弹性体的一类特殊合成橡胶。具有优异的耐高低温、耐候、耐臭氧、抗电弧、电气绝缘性、防潮、高透气性以及生理惰性等。在现代工业、电子电气、汽车、建筑、医疗、个人护理等领域具有广泛应用，成为航空航天、国防军工、智能制造等领域不可或缺的先进高性能材料。
氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种含氟橡胶材料，其特殊性能由氟原子的结构特点所决定。氟橡胶可长时间在 250℃下使用，极限使用温度可达 300℃，而传统三元乙丙橡胶、丁基橡胶的极限使用温度只有 150℃。氟橡胶除了耐高温还具有优异的耐油、耐化学介质、耐酸碱性能，在所有橡胶弹性体材料中其综合性能最好，主要用于火箭、导弹、飞机、船舶、汽车等运载工具的耐油密封和耐油管路等特种用途领域，是国民经济和国防军工不可或缺的关键材料。
特种橡胶是合成橡胶中成长性最好、技术难度最高的细分领域
合成橡胶根据用途可分为通用橡胶和特种橡胶两大类。其中，通用橡胶是人工合成橡胶的主要品种，其技术含量相对较低，目前国内已经实现绝大多数通用橡胶品种的量产，并应用于轮胎和工业橡胶制品，主要包括丁苯橡胶（SBR）、聚丁二烯橡胶（BR）、丁基/卤化丁基橡胶（IIR/HIIR）、乙丙橡胶（EPDM）、丁腈橡胶（NBR）、异戊橡胶（IR）、氯丁橡胶（CR）和苯乙烯类嵌段共聚物（SBCs）；特种橡胶是指具有特殊性能和特殊用途且能适应苛刻条件下使用的合成橡胶，主要包括硅橡胶、氟橡胶、丁腈橡胶和聚氨酯橡胶等种类，特种橡胶可以看作是通用橡胶的高端品种，是新时代发展所必需的关键化工基础材料。目前我国的特种橡胶产业在技术水平上仍然存在着很大的差距。
除此之外，结构分布上也存在着一定的不合理性。产能大量剩余，而产能分布却十分分散，大量的低端产品，由于其附加值低的特性，造成了即使降低销售价格也难以扩大市场需求的尴尬局面。从而使橡胶行业出现了结构性产能过剩问题。
近年来，政府给予特种橡胶产业链各个环节的支持措施越来越多，市场监管等重要环节的宏观政策环境也日趋完善。全国多省市在“十四五”规划中明确指出发展重点：突破特种橡胶生产关键技术，扩大溴化丁基橡胶、丁腈胶乳、氢化丁腈橡胶等特种橡胶规模。同时，随着一批明星企业的迅速崛起以及国内在特种橡胶领域的投资，国内特种橡胶技术专利的数量也在持续增长。
技术支持下，特种橡胶的重要应用领域如电子电器、电线电缆、汽车、医疗、日化等下游行业的需求将持续旺盛，这给我国合成橡胶行业带来高速发展的机遇。现阶段，我国能够生产的特种橡胶种类虽然不多，行业整体研发能力、生产工艺、产品综合性能与国外先进企业相比仍存在一定差距，但随着科技不断发展、技术不断进步，我国特种橡胶市场规模不断扩大，推动我国特种橡胶行业不断升级产业结构，向高端化方向发展。
绿色环保是大势所趋，合成橡胶产业结构升级顺应时代
合成橡胶在生产过程中会产生大量的挥发性有机物(VOCs)，对环境污染较大。近年来，在节能减排和“双碳”背景下，国家对绿色经济发展尤为重视，我国合成橡胶行业积极响应，加快构建绿色产业链供应链。具体到合成橡胶产业上下游，大致可以分为合成橡胶生产绿色化、助剂生产绿色化、轮胎及制品生产绿色化和轮胎及制品使用场景绿色化。
从合成橡胶生产来看，当前已经有许多合成橡胶企业逐步改建生产设备和研发环保节能型产品。例如：海南橡胶金水橡胶加工分公司在2020年就已经投入了近700万元更新加工厂的环保设备，除了加装除氨塔，该公司还升级改造了废水处理系统。
从合成橡胶助剂来看，我国橡胶助剂行业在高端化、绿色化和智能化研究开发方面起步较晚，2001年中国橡胶工业协会在成立之初将“发展绿色化工，突破关键技术，打造世界橡胶助剂工业强国”作为行业重要方针，国家“十四五”规划也提出深入实施智能制造和绿色制造工程，发展服务型制造新模式，推动制造业高端化智能化绿色化，推动制造业优化升级。当前，环保型橡胶助剂已经开始陆续应用到国内各类橡胶制品中去，其中促进剂TBzTD、促进剂ZBEC、硫化剂DTDC、促进剂ZBOP、塑解剂DBD等已被国家2016年《国家鼓励的有毒有害原料(产品)替代品目录(2016年版) 》明确鼓励和推广。
合成橡胶下游应用极其广泛，两大主流胶种丁苯和顺丁橡胶的主要应用领域都是轮胎生产。绿色轮胎已成为轮胎发展的主流趋势之一。早在2015年，由中国橡胶工业协会举办的国内首届中国绿色轮胎安全周中，国内外主要轮胎生产企业、原材料生产企业就发起了《中国绿色轮胎安全周活动发起倡议书》。在全社会普及绿色轮胎理念和轮胎安全知识，倡导汽车制造厂配套和消费者使用绿色轮胎，从而在消费层面推动中国绿色轮胎发展；推进中国轮胎标签制度实施进程，以期今后达到设立绿色轮胎门槛。同时，吸引政府相关部门关注中国绿色轮胎发展，推进中国轮胎产业升级。近年来，众多企业积极践行绿色理念，实施绿色制造，构建以“绿色工厂、绿色产品、绿色供应链”为核心的绿色制造体系。
综合来看，未来环保型合成橡胶品种将是合成橡胶行业发展的必然趋势，我国合成橡胶产业实现转型升级是顺应时代的需要，也是实现高品质升级的需要。
文章来源： 中国工程院院刊，观研天下，橡胶技术网
原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_543961.html
来源：贤集网
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