日前，中科院長春應(yīng)化所在合成橡膠新型高效稀土催化體系的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面取得重大突破并獲得成果。稀土異戊橡膠工業(yè)化產(chǎn)品首次以100%替代天然橡膠成功應(yīng)用于萬噸級稀土異戊橡膠工業(yè)化裝置，擺脫了我國對天然橡膠的依賴，標(biāo)志著我國稀土異戊橡膠產(chǎn)品的應(yīng)用研發(fā)能力和生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)走在了世界前列，使中國創(chuàng)造和幾代科技工作者的稀土異戊橡膠夢變成了現(xiàn)實(shí)。
發(fā)揮基礎(chǔ)優(yōu)勢搶占發(fā)展高地
長春應(yīng)化所是國內(nèi)最早開展合成橡膠研發(fā)的單位。稀土催化合成橡膠是上世紀(jì)60年代長春應(yīng)化所對世界合成橡膠領(lǐng)域作出的巨大貢獻(xiàn)，不僅豐富了配位聚合的理論和方法，更在世界范圍內(nèi)帶動了能夠替代天然橡膠的稀土異戊橡膠和滿足安全節(jié)能綠色輪胎要求的稀土順丁橡膠的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，稀土催化體系合成橡膠仍存在著聚合活性偏低、合成橡膠鏈結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、分子量及其分布可控性較差等一系列瓶頸問題。
長春應(yīng)化所科研人員基于多年的科研積累和良好的研究基礎(chǔ)，從稀土元素特點(diǎn)和稀土催化合成橡膠的基礎(chǔ)理論入手，解決了稀土催化劑高度締合等問題，提出了新的配位聚合合成橡膠的微觀結(jié)構(gòu)形成機(jī)理，發(fā)明了配位可逆鏈轉(zhuǎn)移聚合方法。在稀土催化體系的高活性、高立構(gòu)定向性和分子質(zhì)量及其分布的可控性等方面取得了原創(chuàng)性和系統(tǒng)性的研究成果。
抓住關(guān)鍵核心推進(jìn)重大突破
長春應(yīng)化所把創(chuàng)新新一代催化劑聚合體系作為推進(jìn)稀土異戊橡膠產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵突破口，在深入研究稀土催化劑和稀土異戊橡膠結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了雙烯烴配位聚合物微觀結(jié)構(gòu)形成新機(jī)理，解決了國外專家提出的雙烯烴配位聚合物微觀結(jié)構(gòu)形成機(jī)理中催化劑結(jié)構(gòu)與聚合物微觀結(jié)構(gòu)不相關(guān)聯(lián)，不能指導(dǎo)催化劑設(shè)計(jì)合成和聚合實(shí)踐的問題。新機(jī)理指出了催化劑中配體結(jié)構(gòu)和聚合條件與聚合物微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，能夠圓滿詮釋現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并且能夠指導(dǎo)催化劑設(shè)計(jì)合成和聚合實(shí)踐，為提高配位聚合合成橡膠微觀結(jié)構(gòu)的可控性奠定了理論基礎(chǔ)。
長春應(yīng)化所在稀土催化劑創(chuàng)新這一關(guān)系規(guī)模產(chǎn)業(yè)化全局的核心技術(shù)上取得重大突破，首次提出了稀土化合物高度締合是稀土催化劑聚合活性低、分子質(zhì)量分布寬的首要因素，并通過特定結(jié)構(gòu)的配體使稀土催化劑締合分子簇轉(zhuǎn)化為單一分子催化劑，成功開發(fā)出高活性、高順式定向性、高度均相穩(wěn)定的稀土催化劑。
長春應(yīng)化所還提出了配位可逆鏈轉(zhuǎn)移聚合合成橡膠的理論和方法，將傳統(tǒng)配合聚合合成橡膠中的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)由不可逆變?yōu)榭赡?，避免了由鏈轉(zhuǎn)移引起的終止反應(yīng)，不僅提高了稀土元素的利用率，并且使聚合反應(yīng)由不可控變?yōu)榭煽?，使制備窄分子質(zhì)量分布合成橡膠及其鏈端功能化成為現(xiàn)實(shí)。
開發(fā)成套技術(shù)創(chuàng)新萬噸裝置
科學(xué)研究的價值在于致力重大成果產(chǎn)出，為國家人民作貢獻(xiàn)。長春應(yīng)化所科研人員經(jīng)過艱苦拼搏，實(shí)現(xiàn)了稀土異戊橡膠工業(yè)化裝置全套技術(shù)工藝包的成功開發(fā)和3萬噸/年工業(yè)化生產(chǎn)線的成功建成、運(yùn)行，標(biāo)志著我國已成為世界少數(shù)掌握大品種、高性能合成橡膠工業(yè)化核心成套技術(shù)的國家，是集基礎(chǔ)研究、工程放大、成套技術(shù)研發(fā)于一體的成功范例。
高活性稀土催化體系應(yīng)用于萬噸級稀土異戊橡膠工業(yè)化裝置，其每噸異戊橡膠產(chǎn)品其催化劑成本降至400元以下，聚合時間也由平均7小時縮短至2.5小時，極大地降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)外同類最好水平，并且首次實(shí)現(xiàn)了稀土異戊橡膠對天然橡膠的100%替代;應(yīng)用于萬噸級稀土順丁橡膠工業(yè)化裝置上，其主催化劑每噸順丁橡膠產(chǎn)品其催化劑成本降至300元以下，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)外同類水平。
達(dá)國際領(lǐng)先水平實(shí)現(xiàn)中國創(chuàng)造
長春應(yīng)化所研發(fā)的“3萬噸/年稀土異戊橡膠成套工業(yè)化技術(shù)”成果，在北京通過由中科院組織的成果鑒定。專家組認(rèn)為，該項(xiàng)目整體達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，標(biāo)志著我國稀土異戊橡膠生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)走在了世界前列。經(jīng)中國橡膠工業(yè)協(xié)會材料檢測研究中心認(rèn)證，工業(yè)化產(chǎn)品性能超過國外同類產(chǎn)品水平，可完全替代天然橡膠用于全鋼載重子午線輪胎胎面膠。
中國橡膠工業(yè)協(xié)會檢測中心評價結(jié)果顯示：整套技術(shù)主要特點(diǎn)是以自主開發(fā)的催化劑、聚合、凝聚和后處理技術(shù)為核心，集成先進(jìn)的反應(yīng)器技術(shù)、自動控制技術(shù)和節(jié)能環(huán)保技術(shù)開發(fā)出國內(nèi)首套3萬噸/年稀土異戊橡膠工藝包，并建成國內(nèi)外單線產(chǎn)能最大的工業(yè)生產(chǎn)裝置。工藝包設(shè)計(jì)合理，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能耗、物耗低、三廢排放量少。
在提出的稀土催化雙烯烴聚合新機(jī)理基礎(chǔ)上，開發(fā)的催化劑具有高活性、高順式定向性、低成本和產(chǎn)品分子量及其分布可控的特點(diǎn)。催化活性達(dá)0.18kg稀土釹/噸膠，稀土元素利用率由傳統(tǒng)8-10%提高至近100%，聚合時間較國外催化劑效率提高近1倍，產(chǎn)品順式含量達(dá)97%以上。
開發(fā)了適合于高粘膠液體系的多釜連續(xù)串聯(lián)聚合、凝聚、后處理和溶劑回收技術(shù)，其中包括多項(xiàng)專利和專有技術(shù)，同時解決了諸如高粘體系橡膠膠液的熱平衡和傳輸?shù)裙こ毯图夹g(shù)難題，整套裝置綜合能耗較國外同類工藝降低20%。
目前該成套技術(shù)已申請73項(xiàng)國內(nèi)外發(fā)明專利，其中35項(xiàng)已獲授權(quán)，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)體系。近日，又榮獲了2014年吉林省技術(shù)發(fā)明獎一等獎。該成套技術(shù)成果與國外現(xiàn)有同類技術(shù)相比，具有單線產(chǎn)能最大、能耗物耗最低、節(jié)能環(huán)保先進(jìn)等特點(diǎn)，大幅降低了催化劑成本，更重要的是首次實(shí)現(xiàn)了稀土異戊橡膠完全替代天然橡膠用于輪胎生產(chǎn)，開拓了稀土異戊橡膠的市場空間，擺脫了我國對天然橡膠的完全依賴，對于增強(qiáng)我國橡膠行業(yè)的整體科技水平，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(chǔ)。
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