燕山石化：校企联合攻关突破合成橡胶核心技术
——“烯烃可控配位聚合方法与高性能弹性体制备技术”研发纪实

□ 赵书萱 王江涛

2021年11月3日，国家科学技术奖励大会上传来喜报，燕山石化与北京化工大学联合攻关的“烯烃可控配位聚合方法与高性能弹性体制备技术”荣获国家技术发明二等奖。

历经18年“产学研用”联合攻关，该技术在燕山石化成功实现3万吨/年稀土（钕系）顺丁橡胶、新镍系顺丁橡胶、长链支化稀土顺丁橡胶的产业化应用，突破合成橡胶核心催化剂及聚合关键技术，实现超高顺式稀土顺丁橡胶和长链支化稀土顺丁橡胶整体技术国际领先。

“必须自我突破”

“其实早在上世纪60年代，化工领域的前辈们便研究出了稀土顺丁橡胶。然而，我们一直未能实现工业化的生产。”北京化工大学朱寒教授感慨道。

燕山石化合成橡胶厂专家工作室成员在现场解决技术问题。李雪 摄

与普通顺丁橡胶相比，稀土顺丁橡胶具有更为优越的延展性、耐磨性、抗湿滑性、抗疲劳性，滚动阻力小，摩擦生热低，是发展高性能轮胎和节能轮胎的优选胶种。随着轮胎品质的提升、市场需求的增大，国内轮胎厂家不得不依赖进口稀土顺丁橡胶材料。

在国家自然科学基金委、科技部及中国石化等单位的大力支持下，燕山石化与北京化工大学携手，成立合成橡胶联合实验室，共同推进科研成果转化。“在项目领军人物吴一弦教授的带领下，2004年开始，我们便在燕山石化合成橡胶厂的实验楼里扎了根。”朱寒教授回忆道。

当时，生产稀土顺丁橡胶所用的催化剂都要依赖进口。“必须自我突破！”抱着10升的大漏斗，研究人员一点一点确认催化剂的配方。一个条件一个条件地认证，一个试验一个试验地推倒重来。实验楼二层的灯光成了夜晚最忠诚的陪伴，常常深夜一两点，试验台前，还有人在观察试验瓶中的反应、还有人在记录各项测试的数据、还有人在繁杂的数据中总结……“很累，但身体可以倒，信念不能倒。”朱寒教授坚定地说。成百上千次试验的摸索、成千上万个数据的积累，3年后，催化剂配方试验成功。

然而，信心满满地跨入中试阶段，迎来的却是一连串的失败。“配置好的催化剂在进入反应釜前就变浑浊了。”看着每一次从出口接出来的像酱油汤一样的物质，听着每一次操作人员停车压料的指令，研究人员和工艺人员以愈挫愈勇的干劲，从原料的质量、配方的确认、反应釜的清洁等各方面，严格把控每一个环节。2007年12月30日，面对跨年的压力与期待，全体人员再次严阵以待，看着一点一点升高的温度，每个人的心中不由得充满了希望—“黏了！黏了！”当守在出口的技术人员看到纸杯中接出来的物料时，一瞬间跳了起来，所有人都兴奋了。

千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。

达到世界领先水平

2011年4月7日，一个令所有合成橡胶人期待的日子，作为中国石化“十条龙”项目之一，3万吨/年稀土（钕系）顺丁橡胶项目破土动工。

2012年9月11日，该项目实现中交，从项目建设阶段全面转入开车准备阶段。燕山石化合成橡胶厂从老顺丁装置抽调精兵强将，全面支援。10月14日，稀土顺丁橡胶装置回收单元一次开车成功。10月21日凌晨，聚合单元开始投料；22日凌晨2点30分，后处理单元开车；3点46分，第一块稀土顺丁橡胶产出。

两天的时间里，合成橡胶厂主要负责人全程坚守现场。高级技师杨屹立在室外一盯就是十几个小时，随时掌握各项数据；生产运行班组负责人王国田，守着装置确保每一个设备运行良好；外操指挥员刘胜利把嗓子喊哑了，因为每个命令都要喊上两遍，以确保信息传达准确无误……抱着第一块稀土顺丁橡胶不撒手的刘天保，笑得像个孩子。

9天后，2012年11月1日，集团公司老领导陈锦华来了，当时已年过八旬的他，驻足在稀土顺丁橡胶装置生产线旁，欣喜地捧起雪白的胶块，详细地询问着，激动之情溢于言表。

这是合成橡胶人半个世纪的等待啊！

作为稀土顺丁橡胶高效聚合成套工业技术的主体，“烯烃可控配位聚合方法与高性能弹性体制备技术”从催化剂、聚合方法、终止降黏三大方面对稀土顺丁橡胶的生成作出了贡献。

发明了高活性的催化剂。鉴于催化剂反应后，其残留中的金属离子会被包裹在橡胶产品中，因此对稀土顺丁橡胶产品中金属离子残留量的测定，可间接判断催化剂的单耗。经过精确的数据对比，催化剂活性高出国外同类先进产品近一倍。

发明了高效能的聚合方法。产品的微观结构含量直接影响其拉伸强度、耐磨性、低生热、抗撕裂性能等指标。烯烃可控/活性配位聚合方法的成功应用，实现了对橡胶产品分子链这一微观世界的有效控制，稀土顺丁橡胶中的顺式结构含量超98.5%，达到超高顺式级别，目前位居世界第一。

发明了高性能的复合添加剂。由于稀土顺丁橡胶生产过程中的聚合反应属于活性聚合，即分子链无终止、无转移，只要有单体就会一直增长。针对高黏难分的这一技术瓶颈，所发明的复合添加剂，可实现原位彻底终止聚合物活性链端，从而确保产品的稳定性，由此获得国际发明专利7项。

至此，我国成为国际上第一个能够长周期稳定生产超高顺式稀土顺丁橡胶的国家。

引领行业和产品高质量发展

随着装置的成功建设，科研攻关的脚步愈加铿锵。

2017年，国家科技部发布“重点基础材料技术提升与产业化”重点专项年度项目指南，其中明确提出开发高性能合成橡胶产业化关键技术。

吴一弦教授领衔的项目组在第一代催化剂的基础上，继续致力研发第二代催化剂，通过优化催化剂的制备方法及工艺条件，大幅度提高了催化剂效率。

2018年，第二代催化剂在燕山石化成功实现工业化应用，经72小时标定结果表明，催化剂单耗大大降低，催化剂用量下降70%，在显著提升经济效益的同时，稀土顺丁橡胶产品质量更为优良，与国外同类先进产品相比，滚动阻力、滚动温升及压缩生热等性能更具优势，可进一步提升轮胎的强度、耐磨性、高速行驶性能及耐久性能，被国内轮胎龙头企业广泛应用于高性能轮胎的生产中。

同年，燕山石化与北京化工大学携手，在3万吨/年稀土（钕系）顺丁橡胶装置上，完成普通稀土顺丁橡胶的升级产品—长链支化稀土顺丁橡胶连续工业试验，填补了长链支化超高顺式稀土顺丁橡胶产品的空白。经中国第二大轮胎企业的性能评价，与国外同类先进产品相比，该产品具有更高的拉伸强度、断裂伸长率和抗撕裂强度，以及更优的耐磨性和更低的生热性能，抗湿滑性能达到欧盟标准的A级水平。

2021年，双方再次携手，成功在3万吨/年稀土（钕系）顺丁橡胶装置产出合格镍系顺丁橡胶，攻克了以溶剂共用为目标的关键技术瓶颈，实现了两个胶种的柔性化生产。“早在2015年，我们就建立了镍系顺丁橡胶产品微观结构调控及高品质化的方法，一举打破了40多年来镍系顺丁橡胶产品单一的局面。”朱寒教授介绍道。

目前，燕山石化可长周期稳定生产稀土顺丁橡胶三个牌号产品，占国内同类产品份额98%以上，得到国内外知名轮胎企业的应用认可，甚至在国内最大的轮胎企业中实现稀土顺丁橡胶全部国产化，引领了行业技术和产品高质量发展。

2020年，稀土顺丁橡胶实现投产以来首次批量出口，打入国际市场。