稀土異戊橡膠項目的科研路
【中鎢在線新聞網(wǎng)-鎢新聞】
作為橡膠中心的研究人員，畢吉福與張春雨“超愛”這里的原因很簡單：所學有所用，所用為國強。面向“創(chuàng)新2020”，長春應化所凝練出“一三五”規(guī)劃，橡膠中心這支團隊承擔了“三大突破”之一的合成天然橡膠――稀土異戊橡膠項目。
畢吉福和張春雨除了每天工作8小時之外，大部分業(yè)余時間也總是在高性能合成橡膠工程技術中心（以下簡稱橡膠中心）的實驗室中繼續(xù)工作。他們說，科研已經(jīng)成為一種興趣。
從外觀來看，紅頂、白墻的橡膠中心實驗樓頗為樸素。即使進入樓內(nèi)，這里也顯得極其普通，在外人眼中實難發(fā)現(xiàn)樂趣：只有兩層高的實驗樓里，每層被分割成多個小間，每一間中擺滿了各類儀器設備，一些實驗室的“擁擠”程度甚至讓人感到一轉身就會碰到身旁的人。
作為橡膠中心的研究人員，畢吉福與張春雨“超愛”這里的原因很簡單：所學有所用，所用為國強。其實，這早已成為由中國科學院長春應用化學研究所（以下簡稱長春應化所）研究員張學全所帶領的橡膠中心團隊的核心思想。
面向“創(chuàng)新2020”，長春應化所凝練出“一三五”規(guī)劃，橡膠中心這支團隊承擔了“三大突破”之一的合成天然橡膠――稀土異戊橡膠項目。
直面挑戰(zhàn)
幾十年積淀豈能蹉跎
據(jù)了解，合成天然橡膠――稀土異戊橡膠項目目前已取得創(chuàng)新進展：該團隊已研究出新型稀土催化體系和具有自主知識產(chǎn)權的工業(yè)化成套生產(chǎn)技術；建成了單線產(chǎn)能最大、能耗物耗最低、節(jié)能環(huán)保優(yōu)化的3萬噸生產(chǎn)線，產(chǎn)品質(zhì)量等關鍵指標超過俄羅斯同類產(chǎn)品水平。
短短幾句話，展現(xiàn)給我們的不僅是領先國際的技術，更是一幅龐大的工業(yè)生產(chǎn)畫面：在不改變輪胎生產(chǎn)配方和工藝的條件下，已經(jīng)采用稀土異戊橡膠產(chǎn)品替代50份天然橡膠應用于全鋼載重子午線輪胎實際生產(chǎn)中。這離不開長春應化所最拿手的催化劑。
上世紀50年代，該研究所研制出新中國第一塊合成橡膠――氯丁橡膠，從此吹響我國在合成橡膠領域研發(fā)的號角。
至上世紀60~80年代，研究所主導了過渡金屬配位聚合催化劑，并與國內(nèi)相關科研院所和企業(yè)合力攻關，開拓出具有我國自主知識產(chǎn)權的鎳系順丁橡膠工業(yè)化成套生產(chǎn)技術，實現(xiàn)鎳系順丁橡膠大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，并榮獲國家科技進步獎特等獎。
無論是理論研究的不斷拓展，還是成果應用實踐的成功，都源自研究人員長期的心血積累。催化劑技術更需要不斷創(chuàng)新，并非一代技術就能包打天下。
但讓科研人員倍感惋惜的是，不少企業(yè)付幾百萬元拿走研究成果并建成生產(chǎn)裝置，卻以安全為由拒絕更新催化劑技術�！袄弦淮茖W家都退休了，也沒等到更新產(chǎn)品的面市。”
與此同時，天然橡膠是關乎國家安全和經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資。
我國天然橡膠資源匱乏，隨著汽車和輪胎工業(yè)的發(fā)展，自給率越來越低，目前不足四分之一，年進口量近300萬噸。天然橡膠過度依賴進口已成為國家安全和經(jīng)濟發(fā)展的不安定因素。因此，解決天然橡膠的替代問題，實現(xiàn)國家戰(zhàn)略資源的自給是實現(xiàn)國家長治久安的根本途徑。
面對國家重大戰(zhàn)略需求與“研究團隊要想生存就必須謀生路”的現(xiàn)實壓力，張學全和團隊逐漸明晰發(fā)展思路，找到催化劑應用的藍海：加速開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權，低成本、大規(guī)模、高性能、綠色環(huán)保的稀土異戊橡膠。
目光聚焦
突破異戊橡膠三大瓶頸
在國際上，率先實現(xiàn)稀土異戊橡膠規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的國家是俄羅斯，并以20%替代天然橡膠進入我國市場。而我國稀土異戊橡膠產(chǎn)業(yè)化雖已起步，但產(chǎn)品質(zhì)量、能耗、物耗與國外尚有差距。
異戊橡膠具有與天然橡膠相似的分子結構。其中，以稀土催化劑配位催化合成的稀土異戊橡膠與天然橡膠結構和綜合性能最為接近，因此被稱為“合成天然橡膠”。這是替代天然橡膠最理想的大品種合成橡膠，也是我國大品種通用橡膠唯一未實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的膠種。
基于多年的科研積累，橡膠中心團隊發(fā)現(xiàn)制約我國稀土異戊橡膠規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的瓶頸主要有三大難點：
第一，稀土催化劑活性較低，催化劑成本較高，致使生產(chǎn)成本缺乏競爭優(yōu)勢；第二，缺乏根據(jù)稀土催化劑和稀土異戊橡膠特點對聚合、凝聚和后處理工藝進行系統(tǒng)有針對性的研究，照搬鎳系順丁橡膠生產(chǎn)工藝，致使生產(chǎn)過程能耗、物耗偏高；第三，缺乏對產(chǎn)品的微觀結構、分子量及其分布的有效控制手段，致使產(chǎn)品性能與天然橡膠相比差距較大。
因此，橡膠中心團隊將創(chuàng)新新一代催化劑體系作為解決三大瓶頸的重中之重和推進稀土異戊橡膠產(chǎn)業(yè)化進程的關鍵突破口。研究人員通過改變催化劑的組成和配制方式，攻克了稀土催化活性低、稀土元素利用率低、催化體系的非均相和多活性中心等關鍵科學問題。
同時，橡膠中心團隊在稀土催化劑創(chuàng)新這一關系規(guī)模產(chǎn)業(yè)化全局的核心技術上取得重大突破：成功開發(fā)出高活性、高順式定向性、分子量及其分布可控的稀土催化體系，超過目前國際最高水平，大幅降低了催化劑成本，為加速我國稀土異戊橡膠的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化奠定了重要基礎。
據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會檢測中心評價結果顯示：該稀土異戊橡膠產(chǎn)品硫化速率與天然橡膠同步，解決了國內(nèi)外異戊橡膠硫化速率較天然橡膠滯后，天然橡膠的替代率難以提高的問題，替代率由20%提高至50%；其基本性能超過國外同類產(chǎn)品（俄羅斯稀土異戊橡膠SKI-5）水平，是國內(nèi)外應用性能最接近天然橡膠的異戊橡膠。
中國創(chuàng)造
一日不新必將日退
畢吉福開展的科研項目是催化劑合成和聚合技術�！半m然目前異戊橡膠已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，但我們必須繼續(xù)做催化劑改進，要不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時還要降低能耗、物耗和生產(chǎn)成本。”他說。
這也是張學全向團隊不斷強調(diào)的事情，因為這正是橡膠中心的立足之本。要好上更好，難度不小。“每次設計的實驗都要求是新的，要有新觀點�！碑吋Ｕf。
張春雨正在攻關的是異戊二烯單體合成技術。單體是用來合成天然橡膠的原料，更直白的解釋是“做異戊橡膠輪胎原料的原料”。
目前，國內(nèi)大部分單體多通過碳五分離、石油裂解等方式來獲取，但總產(chǎn)量并不大。而異戊橡膠實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，解決天然橡膠過度依賴進口的問題，就必須保證單體的供應量。“推進下游必先推進上游技術攻關，這也是橡膠中心確定的戰(zhàn)略之一�！睆埓河暾f。
這正是：磨刀不誤砍柴工。無論是以上“點與線”的布局，還是在更大規(guī)模、更高層次上實現(xiàn)我國稀土異戊橡膠工業(yè)化，橡膠中心磨好技術攻關的“刀刃”，并將一步步地應用在產(chǎn)業(yè)化陣地上。
“注重發(fā)揮技術源頭優(yōu)勢，著力協(xié)同創(chuàng)新�！睆垖W全表示。一方面，橡膠中心將鞏固基礎優(yōu)勢和技術創(chuàng)新，著力10萬噸/年稀土異戊橡膠成套生產(chǎn)工藝技術的創(chuàng)新突破，加速形成實現(xiàn)20萬噸/年以上的生產(chǎn)能力。
另一方面，團隊將聚焦進一步降低生產(chǎn)成本，大幅提升國際核心競爭力的目標，加速稀土異戊橡膠單體規(guī)模產(chǎn)業(yè)化關鍵技術的突破和成套核心技術的形成，實現(xiàn)我國從合成橡膠大國走向合成橡膠強國之夢。
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