燕山石化：校企聯合攻關突破合成橡膠核心技術
——“烯烴可控配位聚合方法與高性能彈性體制備技術”研發紀實

□ 趙書萱 王江濤

2021年11月3日，國家科學技術獎勵大會上傳來喜報，燕山石化與北京化工大學聯合攻關的“烯烴可控配位聚合方法與高性能彈性體制備技術”榮獲國家技術發明二等獎。

歷經18年“產學研用”聯合攻關，該技術在燕山石化成功實現3萬噸/年稀土（釹系）順丁橡膠、新鎳系順丁橡膠、長鏈支化稀土順丁橡膠的產業化應用，突破合成橡膠核心催化劑及聚合關鍵技術，實現超高順式稀土順丁橡膠和長鏈支化稀土順丁橡膠整體技術國際領先。

“必須自我突破”

“其實早在上世紀60年代，化工領域的前輩們便研究出了稀土順丁橡膠。然而，我們一直未能實現工業化的生產。”北京化工大學朱寒教授感慨道。

燕山石化合成橡膠廠專家工作室成員在現場解決技術問題。李雪 攝

與普通順丁橡膠相比，稀土順丁橡膠具有更為優越的延展性、耐磨性、抗濕滑性、抗疲勞性，滾動阻力小，摩擦生熱低，是發展高性能輪胎和節能輪胎的優選膠種。隨著輪胎品質的提升、市場需求的增大，國內輪胎廠家不得不依賴進口稀土順丁橡膠材料。

在國家自然科學基金委、科技部及中國石化等單位的大力支持下，燕山石化與北京化工大學攜手，成立合成橡膠聯合實驗室，共同推進科研成果轉化?！霸陧椖款I軍人物吳一弦教授的帶領下，2004年開始，我們便在燕山石化合成橡膠廠的實驗樓里扎了根?！敝旌淌诨貞浀?。

當時，生產稀土順丁橡膠所用的催化劑都要依賴進口?！氨仨氉晕彝黄?！”抱著10升的大漏斗，研究人員一點一點確認催化劑的配方。一個條件一個條件地認證，一個試驗一個試驗地推倒重來。實驗樓二層的燈光成了夜晚最忠誠的陪伴，常常深夜一兩點，試驗臺前，還有人在觀察試驗瓶中的反應、還有人在記錄各項測試的數據、還有人在繁雜的數據中總結……“很累，但身體可以倒，信念不能倒?！敝旌淌趫远ǖ卣f。成百上千次試驗的摸索、成千上萬個數據的積累，3年后，催化劑配方試驗成功。

然而，信心滿滿地跨入中試階段，迎來的卻是一連串的失敗?！芭渲煤玫拇呋瘎┰谶M入反應釜前就變渾濁了?！笨粗恳淮螐某隹诮映鰜淼南襻u油湯一樣的物質，聽著每一次操作人員停車壓料的指令，研究人員和工藝人員以愈挫愈勇的干勁，從原料的質量、配方的確認、反應釜的清潔等各方面，嚴格把控每一個環節。2007年12月30日，面對跨年的壓力與期待，全體人員再次嚴陣以待，看著一點一點升高的溫度，每個人的心中不由得充滿了希望—“黏了！黏了！”當守在出口的技術人員看到紙杯中接出來的物料時，一瞬間跳了起來，所有人都興奮了。

千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金。

達到世界領先水平

2011年4月7日，一個令所有合成橡膠人期待的日子，作為中國石化“十條龍”項目之一，3萬噸/年稀土（釹系）順丁橡膠項目破土動工。

2012年9月11日，該項目實現中交，從項目建設階段全面轉入開車準備階段。燕山石化合成橡膠廠從老順丁裝置抽調精兵強將，全面支援。10月14日，稀土順丁橡膠裝置回收單元一次開車成功。10月21日凌晨，聚合單元開始投料；22日凌晨2點30分，后處理單元開車；3點46分，第一塊稀土順丁橡膠產出。

兩天的時間里，合成橡膠廠主要負責人全程堅守現場。高級技師楊屹立在室外一盯就是十幾個小時，隨時掌握各項數據；生產運行班組負責人王國田，守著裝置確保每一個設備運行良好；外操指揮員劉勝利把嗓子喊啞了，因為每個命令都要喊上兩遍，以確保信息傳達準確無誤……抱著第一塊稀土順丁橡膠不撒手的劉天保，笑得像個孩子。

9天后，2012年11月1日，集團公司老領導陳錦華來了，當時已年過八旬的他，駐足在稀土順丁橡膠裝置生產線旁，欣喜地捧起雪白的膠塊，詳細地詢問著，激動之情溢于言表。

這是合成橡膠人半個世紀的等待啊！

作為稀土順丁橡膠高效聚合成套工業技術的主體，“烯烴可控配位聚合方法與高性能彈性體制備技術”從催化劑、聚合方法、終止降黏三大方面對稀土順丁橡膠的生成作出了貢獻。

發明了高活性的催化劑。鑒于催化劑反應后，其殘留中的金屬離子會被包裹在橡膠產品中，因此對稀土順丁橡膠產品中金屬離子殘留量的測定，可間接判斷催化劑的單耗。經過精確的數據對比，催化劑活性高出國外同類先進產品近一倍。

發明了高效能的聚合方法。產品的微觀結構含量直接影響其拉伸強度、耐磨性、低生熱、抗撕裂性能等指標。烯烴可控/活性配位聚合方法的成功應用，實現了對橡膠產品分子鏈這一微觀世界的有效控制，稀土順丁橡膠中的順式結構含量超98.5%，達到超高順式級別，目前位居世界第一。

發明了高性能的復合添加劑。由于稀土順丁橡膠生產過程中的聚合反應屬于活性聚合，即分子鏈無終止、無轉移，只要有單體就會一直增長。針對高黏難分的這一技術瓶頸，所發明的復合添加劑，可實現原位徹底終止聚合物活性鏈端，從而確保產品的穩定性，由此獲得國際發明專利7項。

至此，我國成為國際上第一個能夠長周期穩定生產超高順式稀土順丁橡膠的國家。

引領行業和產品高質量發展

隨著裝置的成功建設，科研攻關的腳步愈加鏗鏘。

2017年，國家科技部發布“重點基礎材料技術提升與產業化”重點專項年度項目指南，其中明確提出開發高性能合成橡膠產業化關鍵技術。

吳一弦教授領銜的項目組在第一代催化劑的基礎上，繼續致力研發第二代催化劑，通過優化催化劑的制備方法及工藝條件，大幅度提高了催化劑效率。

2018年，第二代催化劑在燕山石化成功實現工業化應用，經72小時標定結果表明，催化劑單耗大大降低，催化劑用量下降70%，在顯著提升經濟效益的同時，稀土順丁橡膠產品質量更為優良，與國外同類先進產品相比，滾動阻力、滾動溫升及壓縮生熱等性能更具優勢，可進一步提升輪胎的強度、耐磨性、高速行駛性能及耐久性能，被國內輪胎龍頭企業廣泛應用于高性能輪胎的生產中。

同年，燕山石化與北京化工大學攜手，在3萬噸/年稀土（釹系）順丁橡膠裝置上，完成普通稀土順丁橡膠的升級產品—長鏈支化稀土順丁橡膠連續工業試驗，填補了長鏈支化超高順式稀土順丁橡膠產品的空白。經中國第二大輪胎企業的性能評價，與國外同類先進產品相比，該產品具有更高的拉伸強度、斷裂伸長率和抗撕裂強度，以及更優的耐磨性和更低的生熱性能，抗濕滑性能達到歐盟標準的A級水平。

2021年，雙方再次攜手，成功在3萬噸/年稀土（釹系）順丁橡膠裝置產出合格鎳系順丁橡膠，攻克了以溶劑共用為目標的關鍵技術瓶頸，實現了兩個膠種的柔性化生產?！霸缭?015年，我們就建立了鎳系順丁橡膠產品微觀結構調控及高品質化的方法，一舉打破了40多年來鎳系順丁橡膠產品單一的局面?！敝旌淌诮榻B道。

目前，燕山石化可長周期穩定生產稀土順丁橡膠三個牌號產品，占國內同類產品份額98%以上，得到國內外知名輪胎企業的應用認可，甚至在國內最大的輪胎企業中實現稀土順丁橡膠全部國產化，引領了行業技術和產品高質量發展。

2020年，稀土順丁橡膠實現投產以來首次批量出口，打入國際市場。