我国是合成橡胶及轮胎的第一大生产国，但仍大而不强。从发展趋势来看，人们对轮胎的要求越来越高——既要求其节能、环保、安全，也要求在性能上具有低滚动阻力、低燃油消耗、出色的操纵稳定性、更短的制动距离和更好的耐磨性。而这种高性能轮胎所使用的合成橡胶材料主要就是稀土顺丁橡胶。

稀土顺丁橡胶又称钕系顺丁橡胶。早在20世纪60年代，我国就已经研究出了稀土顺丁橡胶的生产工艺，然而，其工业化生产迟迟未能实现。随着轮胎品质的提升和市场需求的扩大，国内轮胎厂家不得不依赖于进口稀土顺丁橡胶材料。直到2012年，中国石化3万吨/年稀土顺丁橡胶装置成功开车，我国的绿色轮胎产业才终于有了自己的高性能合成橡胶原材料。

稀土顺丁橡胶高效聚合成套工业技术的主体，是由北京化工大学吴一弦教授主持完成的“烯烃可控配位聚合方法与高性能弹性体制备技术”。该技术获得了 2020年度国家技术发明奖二等奖，这项技术从催化剂、聚合方法、终止降黏三方面对稀土顺丁橡胶的生成工艺进行了攻关并取得了重大突破。

首先是催化剂的设计。要想实现高效反应并得到高性能的产品，必须要有“给力”的催化剂。反应过后，催化剂残留的金属离子会被包裹在橡胶产品中，因此，只要测定稀土顺丁橡胶产品中的金属离子残留量，就可以间接判断催化剂的消耗量，进而推算出催化剂的活性。经过精确的数据对比，该团队设计的催化剂活性高出国外同类催化剂近1倍。

团队还发明了高效能的聚合方法。产品的拉伸强度、耐磨性、抗撕裂性能等指标都与其微观结构息息相关，因此需要通过烯烃聚合过程的“可控”来实现橡胶分子链的有效控制。在该团队的不懈努力下，产品稀土顺丁橡胶中的顺式结构含量达到了98.5%以上，达到超高顺式级别。

另外，团队还发明了高性能的复合添加剂。稀土顺丁橡胶的聚合属于活性聚合，只要反应体系中存在单体，聚合反应就会无终止、无转移地进行下去，使分子链不断延长。这当然是件麻烦事——如果反应不能及时停止，就会生成许多我们并不想要的产物，这些产物使最终的产品混合物变得黏性很高又难以分离。团队发明的复合添加剂可以实现原位彻底终止聚合物活性链端，从而有效解决这一技术难题。

“百尺竿头，更进一步。”在2012年成功实现稀土顺丁橡胶的工业化生产之后，该团队在第一代催化剂的基础上，进一步研发出第二代催化剂，通过优化催化剂制备方法和工艺条件，大幅度提高了催化剂效率。

2018年，第二代催化剂成功实现工业化应用，催化剂用量的大幅下降显著提升了经济效益，也让稀土顺丁橡胶的产品质量也更具优势。同年，项目团队在3万年/吨稀土（钕系）顺丁橡胶装置上，完成了其升级产品——长链支化稀土顺丁橡胶连续工业试验。2021年，该团队又在这套顺丁橡胶装置上产出合格镍系顺丁橡胶。在先进技术的支撑下，燕山石化已稳定生产三个牌号的稀土顺丁橡胶，不仅在得到了国内知名轮胎企业的应用认可，也实现了批量出口，打入国际市场，相关技术正引领着行业的高质量发展。

文：顾淼飞，上海科学技术出版社《科学画报》副编审、华东理工大学化学工程博士

审稿：祝叶华，科技导报社副编审、清华大学博士

中国科协科普部

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来源: 科普中国-重大科技成果解读

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