异戊橡胶概述

合成橡胶
1概述
合成橡胶是人工合成的高弹性聚合物，也称合成弹性体，是三大合成材料之一。

其产量仅次于塑料和合成纤维,用于制取各种橡胶制品。

合成橡胶主要有丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶（BR）、异戊橡胶（IR）、丁腈橡胶（NBR）、丁基橡胶（IIR）、氯丁橡胶（CR）、乙丙橡胶（EPR）七大基本胶种及SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，热塑性弹性体）。

其中用于轮胎的主要有丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶和丁基橡胶。

我国合成橡胶主要来源于中石化和中石油，产量前三位依次为丁苯橡胶、顺丁橡胶和SBS，分别约占产量的40%、27%和23%，总产量约占我国合成橡胶的90%。

我国合成橡胶供需增长快，产能、产量仅次于美国位居世界第二位，消费量居世界第一。

2010年我国合成橡胶产量达到310万吨，同比增长11.7%，其中丁苯橡胶产量124万吨，顺丁橡胶产量84万吨，SBS产量71万吨，丁基橡胶产量5万吨。

我国合成橡胶需求年均增速在8%左右，到2015年需求量将达到445万吨，丁苯橡胶、顺丁橡胶和SBS三个品种的需求量将分别达到150万吨、106万吨、82万吨。

到2015年我国合成橡胶供需基本平衡，但各品种发展很不平衡。

从产能看丁苯橡胶、顺丁橡胶、SBS基本处于供需平衡；氯丁橡胶供大于求；其它品种供应仍存在不同程度的缺口，尤其是异戊橡胶和溴化丁基橡胶供应缺口大，基本全部依赖进口；但NBR、普通丁基橡胶和乙丙橡胶的缺口较2010年大大缩小。

近年汽车工业的发展及轮胎出口的快速增加，使得SBR、BR、IIR等产品的需求快速增长，我国合成橡胶的年进口量还将在维持在100万吨以上；尤其是子午线轮胎的发展，作为无内胎轮胎的重要胶种，溴化丁基橡胶的需求快速增加。

2010年中国石化燕山分公司3万吨溴化丁基橡胶生产装置、茂名鲁华化工1.5万吨异戊橡胶生产装置相继建成投产，填补了国内溴化丁基橡胶和异戊橡胶生产的空白，至此我国合成橡胶的七大基本胶种全部实现国产化。

2 合成橡胶分类
2.1 合成橡胶就其特性和用途分为通用合成橡胶和特种橡胶。

通用合成橡胶主要用于制取各种轮胎，主要有丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡
胶和丁基橡胶；特种橡胶是专用于特殊环境（高低温、酸、碱和油环境）下的橡胶，主要有硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、丁吡橡胶、聚醚橡胶、丙烯酸酯橡胶（ACM）。

通用合成橡胶几乎都是二烯烃的均聚物或共聚物，加入第二单体共聚主要是为了改进其力学性能（如SBR）和耐油性（如NBR）；特种橡胶大都是主链或侧基含极性原子或官能团的饱和主链共聚物（如氟橡，硅橡胶，氯醚橡和ACM等）。

无论哪种橡胶均需在无负荷时为无定形结构，都必须经硫化交联后才能制得有使用价值的橡胶制品；硫化时，通用橡胶是藉助烯丙基上的H与硫黄作用而交联，特种橡胶则是藉助共聚单体提供的活性官能团（如—Cl、－F或等)与特定的硫化剂作用而硫化。

2.2 合成橡胶按聚合物的热加工行为，分为热固性橡胶和热塑性橡胶。

通用合成橡胶和特种橡胶均属热固性橡胶；而 SBS、SIS及其它热塑性弹性体属热塑性橡胶，其兼有塑料和橡胶的特性，也称第三代合成橡胶。

2.3 按成品形态分为液体橡胶（如端羟基聚丁二烯橡胶）、固体橡胶、乳胶和粉末橡胶等。

2.4 按生胶充填的成分又可分为充油母胶、充碳黑母胶和充木质素母胶。

2.5 按橡胶制品形成过程，分为热塑性橡胶（如可反复加工成型的三嵌段热塑性丁苯橡胶）和硫化型橡胶（需经硫化才能制得成品，大多数合成橡胶属此类）。

2.6 按生产方法分为乳液均聚或共聚合成橡胶和溶液均聚或共聚合成橡胶。

用乳液法生产的大品种橡胶有：乳聚丁苯橡胶(E-SBR)，丁腈橡胶(NBR)，丁苯胶乳(SBRL)、聚丁二烯胶乳(BRL)，氯丁橡胶(CR)和丙烯酸酯橡胶(ACM)。

用溶液法生产的大品种橡胶有：顺丁橡胶(BR9000)，乙丙橡胶(EPDM)，丁基橡胶(IIR)和溶聚丁苯橡胶(S-SBR)、热塑性丁苯橡胶(SBS)。

3 异戊橡胶
异戊橡胶（IR），是由异戊二烯单体在催化剂作用下采用溶液定向聚合法制得得高顺式（顺-1,4含量为92-97%）合成橡胶（SR），因其结构和性能接近天然橡胶，故可替代天然橡胶（NR），广泛应用于轮胎、胶带、胶管、胶鞋等众多橡胶加工领域，是合成橡胶中综合性能最好的一个胶种。

IR具有优良的弹性、耐磨性、耐热性和低温屈挠性等，其耐热性超过了NR；IR具有透明性，较NR纯净，凝胶少，无杂质，质量均一，硫化速度稳定，塑炼时间短，混炼加工简便，膨胀
和收缩小，流动性好等优点。

但IR具有纯胶胶料的强拉伸性能低，半成品存放过程中容易变形，造成装模困难，给加工带来不便等缺点。

3.1 发展现状
2009年我国天然橡胶的产量约为64.6万吨，进口天然橡胶171万吨，对外依存度超过了80%。

天然橡胶是产业链关联度极大的重要战略物资，国际公认的产业进口依存度安全警戒线为70%，而我国已突破警戒线，今后还有继续上升的趋势，可见我国天然橡胶资源安全面临严重考验。

2010年我国轮胎产业预计约为4.5亿条，其中子午胎3.8亿条，天然橡胶进口已达200万吨。

由于我国种植天然橡胶土地资源有限，最大产量不过75万吨/年，而用量却逐年增多，对外依存度较大，价格控制能力低，供需矛盾突出，所以急需发展异戊橡胶，以保证产业安全。

我国消费的IR目前基本全部依赖于进口，主要用于全钢载重汽车子午线轮胎的胎圈钢丝圈部位，在胎圈钢丝圈部位使用IR可改善胶料的加工性能，同时胶料具有较高的硬度、抗撕裂性和耐疲劳性，胶料流动性好，钢丝表面覆胶均匀。

IR以20%的比例取代NR用于胎面胶中，用30%的IR等量取代NR用于胎体胶中，配方和工艺无需调整，对胶料综合性能无不利影响，可以顺利使用；用15%的IR 代替NR用于内胎可提高生产效率，降低能耗，半成品、成品轮胎性能均符合国家标准；用IR代替NR用于夹布胶管中，胶料具有良好的加工工艺性能，可有效降低能耗和简化工序。

近年我国稀土催化剂体系取得突破，异戊橡胶虽处于起步阶段，但发展迅猛。

据报道2010-2012年已经建成和在建的异戊橡胶年产能将达到28.5万吨。

其中茂名鲁华1.5万吨/年和青岛伊克思3万吨/年分别于2010年4月和7月投入生产，我国合成橡胶七大基本胶种全部实现工业化。

青岛伊克思抚顺基地4万吨/年、辽宁盘锦5万吨/年、吉林石化拟建4万吨/年、青岛第派新材料一期3万吨/年项目已进入开工状态，将于2012年陆续投产等。

3.2 生产技术
3.2.1 钛系催化剂
用钛系催化剂、以己烷或丁烷为溶剂合成的异戊橡胶称钛系IR，钛胶为高顺式IR，含量为96-97%。

主要有俄罗斯的雅罗斯拉夫工艺和美国的固特异工艺。

俄罗斯的雅罗斯拉夫工艺：俄罗斯IR产品产品牌号为CKH-3。

聚合催化剂为
TiCl
4-Al(iBu)
3
（四氯化钛-三异丁基铝），齐格勒系催化剂。

列宁格勒合成橡胶
研究院拥有制造该催化剂的专利技术。

美国的固特异工艺采用齐格勒-纳塔催化剂，以己烷或丁烷作溶剂的连续溶液聚合流程。

工艺包括：催化剂（四氯化钛-三烷基铝或四氯化钛-聚亚胺基铝烷）制备、聚合、脱除催化剂残渣、脱水干燥及包装成型。

所得产品顺-1,4含量＞95%。

3.2.2 锂系催化剂
用烷基锂（RLi，R为烷基）做催化剂，环己烷或己烷作溶剂合成的IR称锂系异戊橡胶。

美国壳牌公司于1962年采用固特异的专利技术实现工业化，所得IR顺-1,4含量为92-93%。

该工艺催化剂用量少，转化率高，故流程中可省去单体回收和脱除催化剂残渣工序。

目前采用该技术的只有美国的Kraton聚合物公司。

3.2.3 稀土催化剂
以稀土元素为基础的催化剂合成IR技术，稀土IR顺式含量一般为94-95%。

该技术最早由我国开发成功，80年代前苏联实现工业化。

目前国际上最先进的IR生产技术都采用稀土催化剂体系，各国都致力于开发新型稀土催化剂和稀土催化剂合成IR技术，一致致力于开发高顺式结构、窄相对分子质量分布为特征的新型稀土异戊橡胶，经过多年努力取得了一些进展，但依然存在一些问题，如顺式结构偏低，胶液粘度偏高，门尼粘度偏低等问题。

近些年吉林石化公司与中科院长春应化所合作在稀土催化剂的配制方面取得突破，先后成功开发出钛系和稀土催化剂体系的IR合成技术，成功合成出顺式结构高于96%（核磁测定）的稀土IR。

茂名鲁华化工有限公司采用自主研发的高效稀土催化剂体系以及自主设计的聚合装置，聚合工艺为溶液聚合，采用预混合工艺提高催化剂效率，降低催化剂消耗，聚合过程不通冷却水，降低了能耗，同时优化了管道设计及输送系统，解决了胶液输送难题；成功合成出高顺式-1,4异戊橡胶。

青岛伊科思也开发出了具有自主知识产权的稀土IR工业生产技术，这一技术采用稀土催化剂溶液聚合生产IR，产品性能超过目前从俄罗斯大量进口的CKH-3。

3.3 发展建议
IR的分子结构和性能类似NR，在轮胎工业领域可作为NR的替代品，但因其技术难度大、生产成本较高，无法与NR、SBR、BR等竞争而发展缓慢。

异戊二烯单体占IR总生产成本的55%以上，单体的生产技术水平是IR生产发展的关键因素。

近年我国稀土催化剂体系的研制取得突破性进展，C5分离装置建设已形成规模，使异戊二烯原料具有成本优势且具规模性；NR供需矛盾日益突出，价格连年上涨；另外我国IR合成技术已基本达到工业化水平，市场风险低；等等因素使得发展IR产业具有了前所未有的机遇。

我国是全球第一大胶耗大国，但橡胶原料特别是天然橡胶资源严重不足，对外依存度已突破70%的警戒线，为保障我国NR资源安全，国内有条件的企业应抓住机遇，大力发展IR橡胶产业。