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官能化溶聚丁苯橡胶:助力国产轮胎“弯道超车”
发布日期:2024-05-21     查看次数:56 次
   我国是世界合成橡胶第一大生产和消费国,其中50%以上的合成橡胶用于制造轮胎,2004年我国轮胎总产量跃升至世界第一。然而我国高端轮胎产量不高,已经成为影响国内轮胎产业转型升级的一个重要因素。

  由中国石油石油化工研究院、独山子石化和同济大学、大连理工大学合作开发的官能化溶聚丁苯橡胶SSBR72612F获评中国石油和化学工业联合会2023年度化工新材料创新产品,标志着拥有自主知识产权的国产高端新型轮胎胎面胶面世,打破了国外技术垄断,助力国产轮胎实现 “弯道超车”。

  开发特定结构的官能化试剂——攻克国家急需高端材料

  2017年,中国石油牵头组织了由高校、科研院所、橡胶生产企业、轮胎加工企业组成的项目团队,成功竞聘国家重点研发计划项目“高性能合成橡胶产业化关键技术”。开发官能化溶聚丁苯橡胶是“高性能合成橡胶产业化关键技术”项目的子课题之一。

  官能化溶聚丁苯橡胶主要用于制备绿色高性能轮胎(双B级及以上级别)的胎面。以轿车轮胎为例,一条轮胎所用的溶聚丁苯橡胶只有1千克左右,但由于胎面胶直接接触地面,且轮胎触地面积仅成年人一只手掌大小,而所有与路面相关的性能均需在此狭小范围内体现,因此胎面用胶性能对轮胎性能影响极大。目前双B级及以上级别轮胎胎面胶均由官能化溶聚丁苯橡胶制备,国内的需求量超过5万吨/年。

  官能化溶聚丁苯的制备难点是如何在端基引入多个官能团,常见的技术路线是采用官能化引发剂。传统官能化引发剂由于极性差异在聚合溶剂中溶解性和稳定性差,造成引发剂活性不高,工业应用困难。该项目开发了特定结构的官能化试剂,采用“相似相溶”的原理,选择与反应溶剂类似结构的官能化试剂,通过官能化试剂与丁基锂引发剂反应制备了溶解性好、引发活性高的官能化引发剂,官能化引发剂带入胺基官能团,同时在聚合过程中采用多臂结构偶联的方法,实现链端多个胺基官能团,增加了橡胶和填料相互作用,使填料在橡胶中分散更均匀,因此滚动阻力及抗湿滑性能明显提升。

  实现工程化放大、聚合工艺的稳定控制——打通产业化“最后一公里”

  项目团队历时4年技术攻关,解决了官能化试剂的设计开发、官能化试剂的纯化、官能团种类及结构与轮胎“魔鬼三角”性能(滚动阻力、抗湿滑及耐磨性能)构效关联规律等技术难题,突破了官能化试剂制备的工程化放大、聚合工艺的稳定控制等关键技术,成功实现了官能化溶聚丁苯橡胶SSBR72612F的工业化。

  官能化溶聚丁苯橡胶工业化产品的门尼黏度60左右,苯乙烯含量23.5%,乙烯基含量61%,主要性能指标均达到国际同类产品水平。该项目打破了国外对官能化溶聚丁苯橡胶的技术垄断,实现了在3.5万吨/年工业装置上的生产示范,彻底改变了我国高端胎面胶的“卡脖子”局面。

  产品的测试情况表明,采用官能化溶聚丁苯制备的双B级轮胎相比D、E级轮胎,滚动阻力降低10%以上。统计显示,滚动阻力每降低10%,汽车油耗减少0.15升/100千米,这对于机动车降低油耗、节能减排有着非常重要的意义。

  随着自主开发技术在高性能轮胎的全面应用,我国化石能源用量将大幅减少,助力碳达峰目标的完成。除节能减排的意义外,B级轮胎的抗湿滑性能较D、E级轮胎提高15%以上,刹车距离可缩短15%以上,可大幅减少交通事故的发生。

  过去,受国外合成橡胶高端技术垄断的影响,我国的轮胎产品主要集中在中低端,与国外高性能轮胎相比差2至3个等级。国外相同类型的乘用车轮胎比国产轮胎售价高200元/条左右。造成这一被动局面的主要原因是生产高端轮胎所需要的合成橡胶材料国内不能生产,且研发难度极高。

  近两年来,石油化工研究院的科研人员发挥“国家队”的作用,主动配合和协助轮胎生产企业做好官能化溶聚丁苯橡胶产品的加工应用,助力轮胎行业的高质量发展。2023年材料进口替代达到1万吨/年的阶段性目标。

  高性能合成橡胶轮胎用胎面材料的研发及推广应用,表明我国已经掌握了合成橡胶最高端合成技术,弥补了制约国产轮胎产业升级急需的基础材料短板,对我国橡胶工业从大国走向强国、轮胎产品从中低端迈向高端提供坚实的材料基础。(中国化工报)
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