聚異戊二烯橡膠市場分析及技術進展

郝 愛 張耀亨 何 春

(中國石油蘭州石化公司研究院，甘肅 蘭州 730060)

市場研究

聚異戊二烯橡膠市場分析及技術進展

郝 愛 張耀亨 何 春

(中國石油蘭州石化公司研究院，甘肅 蘭州 730060)

概述了世界聚異戊二烯橡膠(IR)的市場狀況，分析了我國IR的產能、進出口量、供需和消費狀況，綜述了世界IR最新技術進展，根據我國IR的市場需求情況，展望了未來幾年國內IR的發展前景。

聚異戊二烯橡膠 市場分析 技術進展 發展前景

聚異戊二烯橡膠(IR)，又稱異戊橡膠，是由異戊二烯單體在催化劑作用下，通過本體聚合或者溶液聚合制得的一種綜合性能最好的合成橡膠膠種。IR的研究起源于對天然橡膠(NR)的研究，早在1826年，M.Farady就進行NR的元素分析，測得其組分為C5H8。1860年G.William從NR中成功地分離出了C5H8組分，并命名為異戊二烯。1982年W.A.Tilden提出異戊二烯的結構和NR單元結構相同，故將IR俗稱合成天然橡膠。

IR與NR有相同的化學組成和立體結構，具有優良的彈性、密封性、耐蠕變性、耐磨性、耐熱性、抗撕裂性、抗張強度和伸長率，是唯一可以替代NR的合成橡膠膠種，可廣泛用于輪胎、膠帶、膠管等橡膠加工領域。IR不僅可以單獨使用，也可以與NR或其他合成橡膠并用，應用前景十分廣泛。

1 世界IR市場狀況分析

1.1 生產狀況

美國是最早生產IR的國家，1954年美國固特里奇公司用Ziegler引發劑合成了順式1,4結構含量達98%的IR；1963年該公司用鋁鈦引發劑生產IR，實現了工業化。此后，荷蘭、前蘇聯、意大利、法國、日本、羅馬尼亞、南非和巴西相繼實現了工業化。近幾年隨著中國多套新建生產裝置的建成投產，世界IR的生產能力穩步增長，到2015年年初，全球共有7個國家19個IR生產廠商，總生產能力達1 070 kt /a。全球IR的生產公司主要集中在中國、俄羅斯、美國、日本、羅馬尼亞等少數國家。俄羅斯是世界上最大的IR生產國，具有成熟的工業技術，產能占世界IR總產能的48.8%，中國占26.17%，美國占8.40%，日本占8.04%，羅馬尼亞占5.7%，其他國家和地區合計占2.99%。

近幾年由于受原料異戊二烯價格及NR的影響，世界IR主要生產國俄羅斯的產能已呈萎縮狀態，導致世界IR總生產能力呈遞減趨勢。預計未來幾年國外IR的產能將持續下降。

1.2 消費狀況

2013年世界IR總消費量達到680 kt，其中中東歐是世界主要的消費地區，約占世界總消費量的46.0%，西歐地區約占12.0%，北美地區約占10.0%，日本約占8.5%，中國約占14.5%，世界其他國家和地區約占9.0%。中東歐在生產輪胎及輪胎制品方面的消費量約占IR總消費量的90%。預計今后幾年世界IR的需求量將以年均2.9%的速度增長，2018年世界IR的總消費量將達到750 kt，其中美國、日本和西歐的消費量仍將處于停滯狀態，而亞洲地區(除日本外)的消費量以年均約3.5%的速度增長，中東歐的消費量也沒有明顯好轉的跡象。

由于各國產業結構不同，IR在不同國家的消費結構也各具特色。俄羅斯是世界IR的最大消費國，90%以上的IR用于輪胎制造業；美國用于輪胎的IR消費量占總消費量的58%，機械橡膠制品的IR消費量占22%，其他則用于膠管、膠帶、膠墊、密封和體育用品等領域；日本用于汽車輪胎的消費量占IR總消費量的81%，其他則用于醫療設備、膠管、膠帶和黏合劑等領域；西歐IR主要用于輪胎制造業。

1.3 未來供需預測

IR的生產主要受下游用戶使用習慣、異戊二烯價格和NR供需3個因素共同決定。2013年開始，全球NR出現供過于求現象，價格在低位震蕩，對應的IR價格也在低位徘徊。但從長遠發展來看，預計未來幾年世界IR產能增長速度仍將在4.6%以上，2015年產能達到1 070.4 kt/a，2016年將達到1 119.7 kt/a，2017年將達到1 171.2 kt/a。IR需求也將穩步增長，2016年將達到1 107.3 kt，2017年將達到1 170.1 kt(見表1)。

表1 IR在各應用領域的需求情況

2 我國IR市場狀況分析

2.1 生產狀況

我國IR的研究始于20世紀60年代，中國科學院長春應用化學研究所采用稀土催化劑合成出質量分數為93%～95%的順式IR，并于70年代在中國石油吉林石化公司的順丁橡膠生產裝置上進行了工業化試生產，產品質量接近鈦系產品，制成的輪胎通過了里程試驗。但由于原料來源和工藝技術等方面的原因，在2009年以前，我國一直沒有建成IR工業生產裝置，所需要的產品全部依賴進口。到2010年4月廣東茂名魯華化工有限公司采用稀土催化劑建成15 kt/a的IR裝置，產品性能指標達到或超過進口的日本2200、俄羅斯SKI-5PM產品，完全滿足用戶的需求，產品供不應求。2010年9月，青島萊西伊科思合成橡膠新材料公司又建成30 kt/a稀土IR工業化生產裝置，此兩項生產裝置的成功投產，填補了國內IR工業生產裝置的空白。2013年，我國先后有淄博魯華泓錦新材料股份有限公司、撫順伊科思新材料股份有限公司、中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司、山東神馳石化有限公司以及青島第派新材料有限公司IR裝置建成投產。

截至2014年,國內IR的生產廠家共有9家,總生產能力達280 kt/a，占世界總量的26.17%，成為世界最大的稀土系IR生產國(見表2)。伊科思新材料股份有限公司是國內最大的IR生產廠，總產能為70 kt/a(兩套裝置，分別位于山東青島和遼寧撫順)，約占國內IR總產能的25.0%，產品主要有4個牌號，性能與俄羅斯SKI-3牌號產品相當，主要用于輪胎行業。淄博魯華泓錦新材料股份有限公司和遼寧盤錦振奧化工公司，產能均為50 kt/a，分別約占總產能的17.9%。青島第派新材料有限公司30 kt/a的裝置，分為兩條15 kt/a反式IR生產線，成為世界首套萬噸級反式IR工業化生產裝置。

表2 2010—2014年國內IR生產情況 kt/a

自2010年以來,國內相繼建成了多套萬噸級異戊二烯生產線，使異戊二烯產能急劇增長，滿足了IR生產的資源需求。未來幾年國內計劃建設多套IR生產裝置，產能將保持增長態勢。如果擬建裝置能夠按計劃實施，預計到2018年，我國IR的總產能將達到690 kt/a，成為世界第一大IR生產國。

2.2 消費和進出口狀況

我國NR自給率僅有23%左右，發展IR可部分替代NR，緩解國內NR短缺，減少對外依存度。2010年以前我國IR幾乎全部依賴進口，盡管國內輪胎生產、制鞋等行業對IR有著強烈的需求，但IR消費量完全取決于進口量，進口量決定了需求量。2010年后，隨著國內兩套IR裝置的建成投產，IR開始部分國產化，在供應上得到了一定的保障。近兩年雖然國內IR的產能不斷增加，但裝置的開工率卻不斷下降。2011—2014年，IR的價格伴隨著NR的價格，從4.0萬元/t降到了1.05萬元/t，新建的橡膠裝置紛紛停車[1]。從異戊二烯的價格和NR的供求分析，2015年我國IR裝置的開工率仍將低于50%。2011—2014年國內IR的消費情況見表3。

表3 2011—2014年國內IR消費情況 kt

我國IR進口主要來自俄羅斯和日本。2013年來自這兩個國家的進口量合計達到38.4 kt，占總進口量的96.48%，同比2012年的51.3 kt減少25.15%。其中來自俄羅斯的進口量為29.0 kt，約占總進口量的72.86%，同比減少34.68%；來自日本的進口量為9.4 kt，占總進口量的23.62%，同比增長36.23%[2]。

2.3 產品應用狀況

國內IR主要應用于全鋼載重子午胎的胎圈鋼絲部位，可以改善膠料的加工性能和流動性，使鋼絲表面附膠均勻，同時膠料具有較高的硬度、耐撕裂性和耐疲勞性。斜交胎中使用IR，主要是替代NR，以降低成本。國內IR也用于膠管和膠帶的生產，用IR代替NR用于夾布和膠管中，膠料具有良好的加工性能，不需要塑煉，可以有效降低能耗，簡化生產工序。由于IR性能和NR相似，又不含天然蛋白等生物組分，也適用于醫藥包裝方面。IR比NR透明性好，加工性能相似，也經常代替NR用于膠鞋生產中。

2.4 供需狀況分析

2014年，原油和NR等自然資源價格持續下跌，2014年10月NR的價格跌到了12 000元/t，此時異戊二烯的價格約為16 000元/t，IR的生產成本約為17 000元/t，生產裝置開車就意味著虧損，開工率很低。2014年11月NR的價格降至10 500元/t，整個合成橡膠行業低迷，從異戊二烯的價格和NR的供求分析，2015年我國IR裝置的開工率仍將低于50%。從目前實際需求分析，國內IR行業處于“供大于求”的局面，但隨著我國石化產業的快速發展，綜合實力逐步提高，在完成初期產業布局之后，國內大型石化生產企業開始著手進行產業結構調整，其中從屬于煉油-乙烯-輕烯烴衍生物產業鏈的國內IR產業表現的尤為明顯。隨著未來下游使用習慣的轉變及汽車行業的茁壯發展，潛在市場將快速轉化為實際需求，目前市場上表現出來的IR“供大于求”的局面只是表象。預計2018年國內對IR的實際需求量在150～180 kt，市場前景廣闊。

3 生產技術進展

IR按結構形式分為順式-1，4-聚異戊二烯和反式-1，4-聚異戊二烯，按催化劑體系可分為鋰系異戊橡膠(Li-IR)、鈦系異戊橡膠(Ti-IR)和稀土異戊橡膠(Nd-IR)。鋰系引發體系所得IR的順式-1，4結構含量通常為91%～92%，鈦系和稀土IR的順式-1，4結構含量均可達到95%以上[3]。目前世界大多數公司以生產鈦系IR為主，只有中國和俄羅斯的廠家生產稀土IR。稀土IR的最大特點是不含凝膠，是支化度很小的線形高分子，在生產中無需水洗脫灰，廢水少，顏色淺，粘著性和流動性好，易于加工，適用于淺色制品，國際上最先進的IR生產技術都采用稀土體系催化劑。在稀土釹系IR開發方面，俄羅斯合成橡膠研究院技術已成功應用于俄羅斯的斯捷爾利塔馬克橡膠廠裝置，該技術是世界上最早工業化的Nd-IR生產技術[4]。

近年來，隨著我國乙烯產能的增長，C5資源極大豐富，分離技術日益成熟和完善，國內異戊二烯實現了規模化生產，消除了制約IR發展的原料瓶頸，IR技術研發和應用全面提速，在稀土IR技術研發方面獲得重大突破[5-6]。中國石化北京化工研究院燕山分院已完成IR中試研究，其所生產的產品綜合性能優異；中國科學院長春應用化學研究所先后成功開發出采用鈦系和稀土體系的IR合成技術，并在世界上率先利用稀土催化劑合成出順式1，4-聚異戊二烯質量分數為93%～95%的IR；中國石油吉林石化公司研究院、錦州石油化工公司先后完成了稀土IR的中試研究開發。青島科技大學發明的負載鈦催化IR本體沉淀聚合合成反式異戊橡膠(簡稱TPI)法，具有催化效率高、工藝簡單、投資少、能耗物耗低、無“三廢”排放等特點，成本大幅降低。

虞旻等[7]開發出一種內通冷劑的螺旋攪拌反應器，該反應器以無返混的平推流型代替完全返混的全混流型，強化了聚合反應過程和傳熱過程，反應器體積明顯減小，能耗大幅降低，聚合物性能提高，特別適合用于稀土異戊橡膠和順丁橡膠的合成；劉乃青等[8]開發出了一種稀土異戊橡膠濕法凝聚方法；王勛章等[9]開發出稀土異戊橡膠溶劑油去除雜質精餾回收溶劑和單體的方法；羅天韻[10]開發出聚異戊二烯橡膠后處理一步法加工工藝，將“兩步法”后處理工藝簡化為“一步法”工藝，降低40%設備投資費用，縮小50%占地面積，節約27%的能耗，單機產量提高5%以上。

王繼葉等[11]開發出了應用于IR生產的稀土催化劑的制備方法，該方法通過控制催化劑各組分的加料速度和實現催化劑各組分的充分混合來控制其配位反應,從而提高稀土催化劑制備的效率與性能指標。蔡洪光等[12]開發出了一種用于聚合高順式聚異戊二烯橡膠的磺酸稀土催化劑，該催化劑由苯磺酸釹稀土配合物及烷基鋁組成，用于異戊二烯聚合可得到順式1，4-聚異戊二烯質量分數大于96.0%，重均相對分子質量大于2.2×106的高順式稀土IR。

李楊等[13]開發出一類稀土催化體系含氮功能化Nd-IR，其特征在于：重均相對分子質量為1×104～120×104，結合苯乙烯衍生物質量分數為1%～50%，異戊二烯質量分數為50%～99%，1,4-聚異戊二烯質量分數為70%～98%；苯乙烯衍生物選自含有氮原子取代基的苯乙烯，并且至少含有一個叔胺基團取代基；取代基可以直接連接在苯乙烯的鄰位、間位或對位上，也可以連接在苯乙烯鄰位、間位或對位上的烷基上；苯乙烯衍生物可以含有單取代基、雙取代基或三取代基，取代基可以相同，也可以不同。曹堃等[14]開發出一種利用氣相聚合制備高順式聚異戊二烯的方法及催化劑，異戊二烯和催化劑在40～70 ℃下氣相聚合 30 min 以上即得到高順式1,4-聚異戊二烯橡膠顆粒。

4 國內IR發展前景展望

4.1 市場需求是IR發展的源動力

由于NR的供應受社會環境、地理位置和氣候條件等多種因素影響，加上其價格的不穩定性，對下游生產成本的影響較大。而IR作為一種合成橡膠，在供應上相對比較穩定，價格也基本有規律可循，綜合性能優異，使得輪胎、制鞋等行業對IR的需求增加。建議國內IR企業抓住當前市場發展時機，加快新技術的研究以降低橡膠生產成本，提高經濟效益；積極運行好現有裝置，穩定產品質量，降低能耗、物耗；除建設稀土系IR裝置之外，還應加大鈦系裝置的建設，擴大產品品種，滿足多種功能需求。

4.2 NR供應緊張為IR發展提供市場空間

我國NR自給率很低，大部分依賴進口。研究表明,在輪胎行業中用15%～20%的IR替代NR，對輪胎性能幾乎沒有影響。假如IR可以替代20%NR的消費量，那么IR的需求量將達到480 kt/a，具有廣闊的市場前景。

4.3 乙烯工業的發展為IR提供了原料保障

近年來，我國乙烯工業發展迅速，已形成多個生產能力在800～1 000 kt/a的大型乙烯生產基地，C5資源日益豐富，加上C5分離技術的不斷完善與成熟，C5分離裝置的建設步伐逐步加快，國內異戊二烯資源將不斷增加，為IR的生產原料提供有力支撐。

4.4 技術的進步為IR發展提供技術支撐

我國在稀土IR技術研發方面已經獲得了重大突破，為開發高端產品和提升我國輪胎等行業技術水平提供了堅實的技術支撐。今后國內IR行業應利用現有技術，加強新技術的研發：通過對現有催化劑的改進或者新型催化劑的研發，降低催化劑成本；通過對IR的改性和添加更有效的耐老化助劑，進一步提高順式1,4-聚異戊二烯的質量分數，使IR產品具有優良的結構性和極性化的高分子鏈特性，降低黏度，改善橡膠的綜合性能，降低產品的生產成本，提高產品的市場競爭力；積極發展IR產品的應用研究，提高合成橡膠在輪胎、特別是非輪胎制品領域使用比例，擴大應用范圍，有效解決我國NR長期供不應求的局面。

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韓國樂天集團將收購三星集團化學品業務

韓國三星集團確認，該公司將以超過3萬億韓元(約合26.3億美元)的價格向樂天集團出售旗下的化學品業務。據悉，樂天集團旗下子公司樂天化學將收購三星的多種資產，其中包括三星SDL旗下化學品業務的90%股份、三星精密化學的31.5%股份、三星BP化學的49%的股份。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

Market Analysis and Production Technology Progress of Polyisoprene Rubber

Hao Ai，Zhang Yaoheng，He Chun

(ResearchInstitute,PetroChinaLanzhouPetrochemicalCompany,Lanzhou,Gansu730060)

The current status of global polyisoprene rubber(IR) market was reviewed; the capacity, import and export volume, supply and demandand consumption condition of IR in China were analyzed; the latest technology progress of global IR were overviewed. According to the market demand of IR in China, development prospect of domestic IRindustry in the next few years were prospected.

polyisoprene rubber, market analysis, technology progress, developmentprospect

2015-10-16。

郝愛，女，1969年出生，高級工程師，曾從事合成橡膠、合成膠乳等方面的研究工作，現主要從事煉油化工經濟技術情報信息調研工作。

1674-1099 (2015)06-0014-05

TQ333.3

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