瞄准国家需求 矢志科技创新 实现关键材料自主可控——高性能羧基丁腈橡胶开发纪实

9月22日,从兰州石化公司传来喜讯,由石油化工研究院和兰州石化公司联合攻关的专项二期项目“羧基丁腈橡胶研发”完成既定目标任务,高性能羧基丁腈橡胶XNBR3304在兰州石化3.5万吨/年特种丁腈橡胶装置一次开车成功,成为中国石油首个多元共聚改性丁腈橡胶高端牌号,标志着石化院自主研发的多元共聚改性丁腈橡胶技术在产业化应用上实现“从0到1”的突破,切实以科技创新支撑了中国石油丁腈橡胶主营业务发展。

羧基丁腈橡胶是高性能复合材料的重要基体,具有优异的拉伸强度、撕裂强度、粘着性、耐磨性及抗臭氧老化性,广泛用于制作航空航天和电子电路用黏合剂、纺织胶辊、胶管胶带及飞机、汽车、重要机械设备用动态密封件等,是国民经济和国防军工不可或缺的战略物资。

然而,长期以来,技术和产品被阿朗新科、瑞翁、南帝等国际丁腈橡胶生产商垄断,国内完全依赖进口,进口产品价格昂贵,供应不稳定,严重限制了相关领域发展。

为此,石油化工研究院橡胶团队,瞄准国家需求,自2012年12月立项开展技术攻关,以板凳甘坐十年冷的恒心耐心,咬定目标,苦干实干,攻克了这项“卡脖子”的关键技术。

打破壁垒,建立羧基含量测定标准

同困难作斗争,是毅力的角力,也是精神的对垒。项目研发之初,就遇到一大“拦路虎”—产品关键指标羧基含量无法精确测定,国际相关生产企业仅把它作为内控指标,尚无标准方法可循,因此,我们无法掌握对标产品的精确信息,而羧基含量直接决定了产品性能,这导致项目刚开始就陷入困境。

为了打破这一技术壁垒,课题组决定采取两条腿走路的模式,一方面,摸着石头过河,反复试验,深入研究不饱和羧酸单体配比与产品性能的构效关系,根据产品性能测试结果,反向调整聚合配方及工艺;另一方面,充分利用内部资源,和标检所开展合作,共同研究羧基含量的测定方法,先后比选了红外光谱法、电导电位滴定法、元素分析法、化学滴定法等多种测定方法以及数十种产品的良溶剂。经过一年多锲而不舍地探索,最终自主建立了羧基丁腈橡胶中羧基含量的测定方法,并制定形成了企业标准,成功摘下羧基丁腈橡胶技术攻关中的这颗“皇冠明珠”。

攻坚克难,破解关键技术难题

科研没有捷径,唯有脚踏实地,在挫折和失败中总结经验继续前行。羧基丁腈橡胶开发难度大,面临诸多技术难题,其中,胶乳后处理已成为制约羧基丁腈橡胶产业化的关键难题,亟待突破。

羧基丁腈胶乳粘性强,凝聚过程中乳胶粒易粘连,形成结团、包胶,工程化放大时,会影响后处理单元的稳定运行。项目研发初期,由于对羧基丁腈胶乳特性认知有所欠缺,以为轻车熟路,只需沿用传统丁腈橡胶凝聚工艺,然而,现实却给攻关团队上了生动一课,羧基丁腈胶乳凝聚时直接凝结成大块,卡住了搅拌桨,这次失败的经历,让我们明白了科研没有简单二字。接下来,攻关团队潜心钻研,从胶乳双电层基础理论入手,不断优化配方及工艺,开发出了新的凝聚体系,终于啃下这块硬骨头,为工程化放大奠定了基础。

降本增效,打通产业化“最后一公里”

科技成果能否实现产业化,有时候不光是技术的问题,还是生产成本的问题。羧基丁腈橡胶涉及的原材料及助剂种类繁多,其中一种助剂主要依赖进口,仅该单一助剂将使羧基丁腈橡胶每吨产品生产成本提高约一万余元,如何实现降本增效,成为待解难题。

羧基丁腈橡胶活性高,储存过程中产品门尼粘度和凝胶含量易上升,造成产品质量波动,而该助剂可以有效防止门尼粘度和凝胶含量的增长,稳定产品质量。如此重要地作用,能否找到相应替代助剂?课题组人员迅速行动起来,分析现有助剂结构,查阅相关资料,搜寻结构相似同类产品。以理论为指导,用实践去求证。从几十上百种化学品中筛选出合格的替代品,可谓是“吹尽狂沙始到金”,经过反复试验,成功实现该助剂的国产化替代,大幅降低了生产成本,打通了羧基丁腈橡胶产业化的“最后一公里”。

联合攻关,实现关键材料自主自强

十年磨一剑,今朝展锋芒。作为专项二期攻关任务,此次工业试验受到了各级领导广泛关注,石油化工研究院和兰州石化公司组成的联合攻关组高度重视,实行周例会,定期讨论工业试验相关工作,制定了详尽的试验方案,认真落实一品一策,迎接大考。

工业试验期间,研发团队全程和工业装置操控人员一道,实行“5+2”“白+黑”24小时2班倒,查验助剂、核算配方、取样分析等,通力合作、密切配合,顺利打通了聚合、脱气、单体回收、凝聚等全工艺流程,首釜投料产品全面达标,圆满完成既定目标任务。

艰难困苦,玉汝于成。羧基丁腈橡胶是高性能、高附加值产品,XNBR3304的成功开发,进一步提升了中国石油丁腈橡胶市场竞争力,也为地区公司创造了新的效益增长点,实现了关键材料的自主可控,保障了国家战略物资的安全供应。研发团队将以此为新的起点,锤炼担当本色,激扬奋斗精神,加快多元共聚改性丁腈橡胶系列化及产业化开发,为橡胶高质量发展贡献更大力量。


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