在中國科學院長春應用化學研究所（簡稱長春應化所）院內(nèi)，一棟紅頂白墻的二層實驗樓并不起眼。
進入樓內(nèi)，被各種儀器設備“霸占”的空間著實令人感到擁擠。除了實驗儀器和工藝設備發(fā)出的轟鳴聲，這里并沒有多余的聲響。
這里就是中國科學院高性能合成橡膠及其復合材料重點實驗室。在這里，一代代應化人在合成橡膠的科研道路上跋山涉水，突破艱難險阻，實現(xiàn)了一個個合成橡膠的“中國創(chuàng)造”。
吹響合成橡膠研發(fā)號角
橡膠是關乎國家經(jīng)濟發(fā)展和國防安全的戰(zhàn)略資源，在軍用、民用眾多領域具有不可比擬的重要作用。
小到瓶蓋、橡皮、暖手袋，大到國防上使用的飛機、大炮、坦克，甚至尖端科技領域里的火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機上都可以看到它的身影。
然而，這種關乎國家安全和經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資卻成為我國社會發(fā)展的一塊短板。
為此，長春應化所的前身——東北科學研究所于1949年便率先在全國開展合成橡膠的研究。
1950年12月28日，注定是被載入史冊的一天：在研究所的中間實驗工廠，誕生了我國第一塊合成橡膠——氯丁橡膠，吹響了我國在合成橡膠領域科研與開發(fā)的號角，有力地支援了抗美援朝和國防建設的急需。隨后，各種通用和專用橡膠的研發(fā)工作有序進行。
1958年8月，我國獨立自主建成首個合成橡膠裝置，成為世界上第三個能生產(chǎn)氯丁橡膠的國家。
此后，在這個中國合成橡膠的發(fā)祥地，在孫書棋、錢保功、歐陽均、沈之荃、王佛松、 黃葆同、程時、高國經(jīng)、 李斌才等老一輩科學家的努力下，長春應化所科研團隊攻堅克難，砥礪前行，讓中國合成橡膠技術在世界舞臺上“一路晉級”。
1958年，針對國家需求和任務，長春應化所開展了定向聚合和有規(guī)立構橡膠研究工作。1962 年，長春應化所在世界上首次公開報道了以稀土催化體系合成雙烯烴橡膠；1964 年，又在國際上首次以論文形式公開發(fā)表了研究成果，使我國成為世界上最早發(fā)明以稀土催化劑合成順丁橡膠的國家。
此后，長春應化所在鎳系順丁橡膠基礎研究上取得了創(chuàng)新性進展，發(fā)明硼劑單加技術，使毒性小、能耗低的脂肪烴能夠作為鎳系順丁橡膠的溶劑體系（至今國外鎳系順丁仍采用芳香烴溶劑體系），并經(jīng)過與國內(nèi)眾多單位的協(xié)力合作，在錦州石化完成了千噸級中試，在燕山石化完成萬噸級鎳系順丁橡膠產(chǎn)業(yè)化。1971年，第一套萬噸級鎳系順丁橡膠生產(chǎn)裝置開車成功，并先后在全國建立了7套生產(chǎn)裝置，使我國一躍成為順丁橡膠生產(chǎn)大國。鎳系順丁橡膠產(chǎn)業(yè)化奠定了我國溶液聚合合成橡膠的科研和工程化基礎。
緊隨其后，《稀土催化合成橡膠文獻》和《絡合催化聚合合成橡膠》兩部專著的出版，在世界范圍內(nèi)奠定了稀土催化體系應用于合成橡膠工業(yè)的理論和工業(yè)化基礎。
艱辛的付出總會收獲豐碩的成果。長春應化所開發(fā)的具有我國自主知識產(chǎn)權的鎳系順丁橡膠工業(yè)生產(chǎn)新技術獲得了1982 年國家自然科學獎二等獎、1985 年國家科技進步獎特等獎。
自主創(chuàng)新助力“中國創(chuàng)造”
榮譽既是肯定，更是責任。
其實，鎳系順丁橡膠并不完美。特別是在改革開放以后，隨著我國高速公路和汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對高性能輪胎的需求越來越大，其弊端便日益凸顯。
彼時，國外自1987年起推出稀土順丁橡膠系列產(chǎn)品以來，德國、意大利等國得益于其強大的經(jīng)濟基礎，不斷增加投入，強化研發(fā)，在之后的20年內(nèi)很快形成了50萬噸的生產(chǎn)能力，迅速占領和壟斷國際橡膠市場，并實行全面的技術封鎖。
為打破國外技術封鎖和市場壟斷，解決國家緊迫需求，1998年，長春應化所與中石油錦州石化公司再度聯(lián)手，共同組建“橡膠研究開發(fā)中心”，承擔了國家863計劃“稀土順丁橡膠的產(chǎn)業(yè)化關鍵技術”項目，開始了艱辛的工業(yè)化之路。
“那時候，我們的科研人員通宵達旦地干活，生產(chǎn)線上出現(xiàn)任何問題都要隨時盯著解決。”回憶起當年參與項目的情景，時任中國科學院合成橡膠重點實驗室主任、張學全研究員微笑著說。
正是這樣一步一個腳印摸索著前行，才使得科研團隊在逆境中突破，在創(chuàng)新中發(fā)展，更在裂變中超越。
他們逐步攻克了稀土催化劑體系均相穩(wěn)定性、分子量分布寬、膠液黏度大、輸送困難等系列重大技術難題，開發(fā)出了高效、穩(wěn)定、均相、單體濃度達15克/100毫升以上、聚合活性達1620千克聚丁二烯/摩爾釹、可大幅降低成本的稀土催化劑體系，超過目前國外所報道的稀土催化體系的最高活性。
為了讓技術真正實現(xiàn)自身價值，科研團隊憑借強烈的使命感，再次乘勢而上，爭分奪秒地投入到稀土順丁橡膠的工業(yè)化開拓之中 。
在對現(xiàn)有的鎳系順丁橡膠生產(chǎn)裝置進行改造的同時，科研團隊圍繞著打通生產(chǎn)工藝、降低能耗和生產(chǎn)成本，先后4次在錦州石化萬噸級鎳系順丁橡膠裝置上進行了工業(yè)化試生產(chǎn)，解決了減黏工藝、新稀土催化體系聚合工藝等系列關鍵生產(chǎn)技術問題，并創(chuàng)新性地研發(fā)出可連續(xù)進料、連續(xù)陳化、絕熱聚合、靈活切換合成不同分子量分布和門尼黏度的生產(chǎn)新工藝，建成了我國第一套全流程過程化的稀土順丁橡膠生產(chǎn)裝置，從而開拓出具有我國自主知識產(chǎn)權，適應現(xiàn)代汽車輪胎低滾動阻力和高抗?jié)窕砸蟮南盗邢⊥另樁∠鹉z。
稀土異戊橡膠獨領風騷
作為天然橡膠資源匱乏的國家，我國自給率低于1/4。同時，我國還是天然橡膠第一消費大國，每年進口量已超過300萬噸。天然橡膠的對外依存度已上升到國家安全與經(jīng)濟發(fā)展的“警戒線”。
科學家們發(fā)現(xiàn)，異戊橡膠具有與天然橡膠相似的分子結(jié)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(jié)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20世紀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。
為解決天然橡膠替代問題，滿足國家戰(zhàn)略資源的自給，科研團隊又一次啃起了科研與開發(fā)道路上的“硬骨頭”。
縱觀國際，俄羅斯是最先實現(xiàn)稀土異戊橡膠規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的國家，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、物耗與國外仍有差距。
“總的來說，異戊橡膠規(guī)模產(chǎn)業(yè)化有三大瓶頸。”中國科學院高性能合成橡膠及其復合材料重點實驗室主任、研究員白晨曦坦言。
一是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；二是缺乏根據(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；三是缺乏對產(chǎn)品的微觀結(jié)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。
為突破這三大技術瓶頸，科研團隊開展了合成橡膠生產(chǎn)技術所面臨的基礎科學問題與工程化關鍵問題的研究。進行了合成橡膠新型催化劑、可控聚合技術、先進工程技術、高性能化加工等基礎研究，攻克了生產(chǎn)流程與工藝的優(yōu)化設計、核心裝置研發(fā)與系統(tǒng)集成等重要工程問題，發(fā)展出基于化學工程原理及放大方法的高質(zhì)量低成本系列關鍵制備技術、綠色環(huán)保生產(chǎn)工藝和核心聚合反應設備等，將小試、中試聚合技術與工業(yè)化技術無縫對接，實現(xiàn)實驗室技術向工業(yè)化技術的跨越發(fā)展，使高性能合成橡膠從實驗室走向規(guī)�；嵱没彤a(chǎn)業(yè)化。
同時，科研團隊成功開發(fā)出了高活性、高順式定向性、分子量及其分布可控的稀土催化及其放大體系，每噸產(chǎn)品消耗催化劑成本僅人民幣300元左右，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。
針對工業(yè)化中稀土催化體系合成橡膠具有高粘度這一技術難題，科研團隊建立了基于化學工程熱力學分析和傳遞過程模型的聚合梯度理論和方法，解決了聚合過程中高粘度膠液三傳一反等工程問題，開發(fā)了溶液聚合多釜連續(xù)串聯(lián)的復合攪拌聚合聯(lián)動關鍵技術，采用階梯聚合、絕熱聚合、強化傳熱系數(shù)多層攪拌等新工藝技術，解決了高粘體系橡膠膠液熱平衡和傳輸工程技術問題，降低了聚合工藝能耗（低于國外同類技術20%）。
不僅如此，科研團隊還成功開發(fā)出多功能溶劑和單體分離、回收精制一塔回收側(cè)線采出的物料回收新工藝技術，裝置溶劑回收率≥99%，降低了物耗，并結(jié)合以上整體技術開發(fā)出國內(nèi)首套3萬噸/年稀土異戊橡膠工藝技術軟件包。
“基礎研究很重要，缺乏基礎研究，技術創(chuàng)新就是無水之源。而技術創(chuàng)新同樣重要，如果技術創(chuàng)新沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，那就是無源之水。”深知科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的重要性，因此在推動稀土異戊橡膠產(chǎn)業(yè)化上，白晨曦有著自己的思考。
“我們通過開展小試試驗—工藝模擬計算—中試試驗—工藝系統(tǒng)優(yōu)化—工藝包—工藝操作培訓—開車服務—工藝裝置擴產(chǎn)和節(jié)能改造等一整套成套工藝包設計體系和服務，最終打通了從基礎科研到產(chǎn)業(yè)化最后也是最關鍵的‘一公里’。”白晨曦表示。
2012年9月，山東神馳石化有限公司應用該技術建成了3萬噸/年稀土異戊橡膠生產(chǎn)裝置，并一次投料開車成功，開創(chuàng)了我國萬噸級異戊橡膠生產(chǎn)裝置建設周期最短（僅僅9個月）、一次開車一次成功的先河。
在技術創(chuàng)新的道路上，長春應化所團隊永不滿足�，F(xiàn)在，通過稀土催化異戊橡膠分子微觀結(jié)構的可控性結(jié)合流變行為研究，研究團隊實現(xiàn)了硫化速率與天然橡膠同步，使“中國制造”稀土異戊橡膠在世界上首次實現(xiàn)100％替代天然橡膠。
如今，科研團隊又投入到為合成天然橡膠提供豐富廉價的原料—化學一步法合成異戊二烯產(chǎn)業(yè)化技術開發(fā)過程中，完善了人工合成天然橡膠產(chǎn)業(yè)鏈，形成規(guī)劃化生產(chǎn)，徹底扭轉(zhuǎn)我國天然橡膠短缺問題。
“雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越。”站在時代的潮頭，面對新的形勢與挑戰(zhàn)，這支應化國家橡膠隊將牢記使命、不負重托，用自主創(chuàng)新推動我國早日實現(xiàn)合成橡膠強國之夢�！�