燕山石化：校企聯(lián)合攻關(guān)突破合成橡膠核心技術(shù)
——“烯烴可控配位聚合方法與高性能彈性體制備技術(shù)”研發(fā)紀(jì)實(shí)

□ 趙書萱 王江濤

2021年11月3日，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上傳來(lái)喜報(bào)，燕山石化與北京化工大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)的“烯烴可控配位聚合方法與高性能彈性體制備技術(shù)”榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

歷經(jīng)18年“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)合攻關(guān)，該技術(shù)在燕山石化成功實(shí)現(xiàn)3萬(wàn)噸/年稀土（釹系）順丁橡膠、新鎳系順丁橡膠、長(zhǎng)鏈支化稀土順丁橡膠的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，突破合成橡膠核心催化劑及聚合關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超高順式稀土順丁橡膠和長(zhǎng)鏈支化稀土順丁橡膠整體技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先。

“必須自我突破”

“其實(shí)早在上世紀(jì)60年代，化工領(lǐng)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)?！北本┗ご髮W(xué)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(xiàn)場(chǎng)解決技術(shù)問(wèn)題。李雪 攝

與普通順丁橡膠相比，稀土順丁橡膠具有更為優(yōu)越的延展性、耐磨性、抗?jié)窕?、抗疲勞性，滾動(dòng)阻力小，摩擦生熱低，是發(fā)展高性能輪胎和節(jié)能輪胎的優(yōu)選膠種。隨著輪胎品質(zhì)的提升、市場(chǎng)需求的增大，國(guó)內(nèi)輪胎廠家不得不依賴進(jìn)口稀土順丁橡膠材料。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部及中國(guó)石化等單位的大力支持下，燕山石化與北京化工大學(xué)攜手，成立合成橡膠聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，共同推進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化?！霸陧?xiàng)目領(lǐng)軍人物吳一弦教授的帶領(lǐng)下，2004年開始，我們便在燕山石化合成橡膠廠的實(shí)驗(yàn)樓里扎了根?！敝旌淌诨貞浀?。

當(dāng)時(shí)，生產(chǎn)稀土順丁橡膠所用的催化劑都要依賴進(jìn)口?！氨仨氉晕彝黄疲　北е?0升的大漏斗，研究人員一點(diǎn)一點(diǎn)確認(rèn)催化劑的配方。一個(gè)條件一個(gè)條件地認(rèn)證，一個(gè)試驗(yàn)一個(gè)試驗(yàn)地推倒重來(lái)。實(shí)驗(yàn)樓二層的燈光成了夜晚最忠誠(chéng)的陪伴，常常深夜一兩點(diǎn)，試驗(yàn)臺(tái)前，還有人在觀察試驗(yàn)瓶中的反應(yīng)、還有人在記錄各項(xiàng)測(cè)試的數(shù)據(jù)、還有人在繁雜的數(shù)據(jù)中總結(jié)……“很累，但身體可以倒，信念不能倒?！敝旌淌趫?jiān)定地說(shuō)。成百上千次試驗(yàn)的摸索、成千上萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)的積累，3年后，催化劑配方試驗(yàn)成功。

然而，信心滿滿地跨入中試階段，迎來(lái)的卻是一連串的失敗?！芭渲煤玫拇呋瘎┰谶M(jìn)入反應(yīng)釜前就變渾濁了?！笨粗恳淮螐某隹诮映鰜?lái)的像醬油湯一樣的物質(zhì)，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(zhì)量、配方的確認(rèn)、反應(yīng)釜的清潔等各方面，嚴(yán)格把控每一個(gè)環(huán)節(jié)。2007年12月30日，面對(duì)跨年的壓力與期待，全體人員再次嚴(yán)陣以待，看著一點(diǎn)一點(diǎn)升高的溫度，每個(gè)人的心中不由得充滿了希望—“黏了！黏了！”當(dāng)守在出口的技術(shù)人員看到紙杯中接出來(lái)的物料時(shí)，一瞬間跳了起來(lái)，所有人都興奮了。

千淘萬(wàn)漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金。

達(dá)到世界領(lǐng)先水平

2011年4月7日，一個(gè)令所有合成橡膠人期待的日子，作為中國(guó)石化“十條龍”項(xiàng)目之一，3萬(wàn)噸/年稀土（釹系）順丁橡膠項(xiàng)目破土動(dòng)工。

2012年9月11日，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)中交，從項(xiàng)目建設(shè)階段全面轉(zhuǎn)入開車準(zhǔn)備階段。燕山石化合成橡膠廠從老順丁裝置抽調(diào)精兵強(qiáng)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(diǎn)30分，后處理單元開車；3點(diǎn)46分，第一塊稀土順丁橡膠產(chǎn)出。

兩天的時(shí)間里，合成橡膠廠主要負(fù)責(zé)人全程堅(jiān)守現(xiàn)場(chǎng)。高級(jí)技師楊屹立在室外一盯就是十幾個(gè)小時(shí)，隨時(shí)掌握各項(xiàng)數(shù)據(jù)；生產(chǎn)運(yùn)行班組負(fù)責(zé)人王國(guó)田，守著裝置確保每一個(gè)設(shè)備運(yùn)行良好；外操指揮員劉勝利把嗓子喊啞了，因?yàn)槊總€(gè)命令都要喊上兩遍，以確保信息傳達(dá)準(zhǔn)確無(wú)誤……抱著第一塊稀土順丁橡膠不撒手的劉天保，笑得像個(gè)孩子。

9天后，2012年11月1日，集團(tuán)公司老領(lǐng)導(dǎo)陳錦華來(lái)了，當(dāng)時(shí)已年過(guò)八旬的他，駐足在稀土順丁橡膠裝置生產(chǎn)線旁，欣喜地捧起雪白的膠塊，詳細(xì)地詢問(wèn)著，激動(dòng)之情溢于言表。

這是合成橡膠人半個(gè)世紀(jì)的等待??！

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

發(fā)明了高活性的催化劑。鑒于催化劑反應(yīng)后，其殘留中的金屬離子會(huì)被包裹在橡膠產(chǎn)品中，因此對(duì)稀土順丁橡膠產(chǎn)品中金屬離子殘留量的測(cè)定，可間接判斷催化劑的單耗。經(jīng)過(guò)精確的數(shù)據(jù)對(duì)比，催化劑活性高出國(guó)外同類先進(jìn)產(chǎn)品近一倍。

發(fā)明了高效能的聚合方法。產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)含量直接影響其拉伸強(qiáng)度、耐磨性、低生熱、抗撕裂性能等指標(biāo)。烯烴可控/活性配位聚合方法的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橡膠產(chǎn)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(jié)構(gòu)含量超98.5%，達(dá)到超高順式級(jí)別，目前位居世界第一。

發(fā)明了高性能的復(fù)合添加劑。由于稀土順丁橡膠生產(chǎn)過(guò)程中的聚合反應(yīng)屬于活性聚合，即分子鏈無(wú)終止、無(wú)轉(zhuǎn)移，只要有單體就會(huì)一直增長(zhǎng)。針對(duì)高黏難分的這一技術(shù)瓶頸，所發(fā)明的復(fù)合添加劑，可實(shí)現(xiàn)原位徹底終止聚合物活性鏈端，從而確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性，由此獲得國(guó)際發(fā)明專利7項(xiàng)。

至此，我國(guó)成為國(guó)際上第一個(gè)能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)超高順式稀土順丁橡膠的國(guó)家。

引領(lǐng)行業(yè)和產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展

隨著裝置的成功建設(shè)，科研攻關(guān)的腳步愈加鏗鏘。

2017年，國(guó)家科技部發(fā)布“重點(diǎn)基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化”重點(diǎn)專項(xiàng)年度項(xiàng)目指南，其中明確提出開發(fā)高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)。

吳一弦教授領(lǐng)銜的項(xiàng)目組在第一代催化劑的基礎(chǔ)上，繼續(xù)致力研發(fā)第二代催化劑，通過(guò)優(yōu)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，經(jīng)72小時(shí)標(biāo)定結(jié)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(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，稀土順丁橡膠產(chǎn)品質(zhì)量更為優(yōu)良，與國(guó)外同類先進(jìn)產(chǎn)品相比，滾動(dòng)阻力、滾動(dòng)溫升及壓縮生熱等性能更具優(yōu)勢(shì)，可進(jìn)一步提升輪胎的強(qiáng)度、耐磨性、高速行駛性能及耐久性能，被國(guó)內(nèi)輪胎龍頭企業(yè)廣泛應(yīng)用于高性能輪胎的生產(chǎn)中。

同年，燕山石化與北京化工大學(xué)攜手，在3萬(wàn)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(jí)產(chǎn)品—長(zhǎng)鏈支化稀土順丁橡膠連續(xù)工業(yè)試驗(yàn)，填補(bǔ)了長(zhǎng)鏈支化超高順式稀土順丁橡膠產(chǎn)品的空白。經(jīng)中國(guó)第二大輪胎企業(yè)的性能評(píng)價(jià)，與國(guó)外同類先進(jìn)產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品具有更高的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和抗撕裂強(qiáng)度，以及更優(yōu)的耐磨性和更低的生熱性能，抗?jié)窕阅苓_(dá)到歐盟標(biāo)準(zhǔn)的A級(jí)水平。

2021年，雙方再次攜手，成功在3萬(wàn)噸/年稀土（釹系）順丁橡膠裝置產(chǎn)出合格鎳系順丁橡膠，攻克了以溶劑共用為目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)膠種的柔性化生產(chǎn)?！霸缭?015年，我們就建立了鎳系順丁橡膠產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及高品質(zhì)化的方法，一舉打破了40多年來(lái)鎳系順丁橡膠產(chǎn)品單一的局面?！敝旌淌诮榻B道。

目前，燕山石化可長(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)稀土順丁橡膠三個(gè)牌號(hào)產(chǎn)品，占國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品份額98%以上，得到國(guó)內(nèi)外知名輪胎企業(yè)的應(yīng)用認(rèn)可，甚至在國(guó)內(nèi)最大的輪胎企業(yè)中實(shí)現(xiàn)稀土順丁橡膠全部國(guó)產(chǎn)化，引領(lǐng)了行業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展。

2020年，稀土順丁橡膠實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)以來(lái)首次批量出口，打入國(guó)際市場(chǎng)。