我國是世界橡膠工業(yè)的大國，耗膠量連續(xù)8年為世界第一，2009年耗膠588萬噸，為全球的26.5%。隨著我國汽車工業(yè)2010年將無懸念地突破生產1700萬輛，及高速公路、軌道交通的快速發(fā)展，預計2010年，我國橡膠消耗量仍將保持世界第一。
進入新世紀，我國橡膠工業(yè)總產值平均遞增22%， 2009年為4775億元，保持了平穩(wěn)較快的發(fā)展。
隨著全球低碳經濟的興起，“綠色制造”已經成為我國橡膠工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針之一。加大產品結構調整，發(fā)展新興產業(yè)，大力發(fā)展安全、節(jié)能、環(huán)保的原材料則是“綠色制造”的基礎。
1 推動新型橡膠產業(yè)發(fā)展
1.1新型天然橡膠產業(yè)
天然膠是橡膠工業(yè)主要的原材料，根據國際橡膠研究組織預測，2010年全球橡膠消耗量2370萬噸，天然橡膠產量將達到1020萬噸，天然橡膠主要生長在赤道附近南、北回歸線之間南北緯15度以內，而我國卻創(chuàng)造了北緯18-24度大面積種植天然橡膠的奇跡，這項技術獲得國家科技進步及技術發(fā)明一等獎。但畢竟受到自然條件的限制，我國天然膠的產量不太可能超過80萬噸，2009年達到歷年最高水平為63萬噸，而總需求為270萬噸，70%以上需要進口。因此，開發(fā)天然橡膠的新資源十分重要。
1.1.1促進杜仲橡膠產業(yè)的發(fā)展
杜仲膠是目前世界上除三葉天然橡膠之外唯一具有開發(fā)前景的天然橡膠資源，而目前我國杜仲的種植面積約35萬公頃，占世界杜仲種植面積99%。根據我國的地理位置，適宜種植杜仲的面積約有1000萬 公頃以上，發(fā)展?jié)摿薮蟆?
杜仲膠的化學結構式是反式聚異戊二烯，常溫下分子有序排列，有很好的記憶特性，與順式結構的天然橡膠有所不同。并用杜仲的橡膠復合材料，在耐磨性、耐濕滑性、減震、降低滾動阻力方面都有良好的特性，可謂是補充天然橡膠的重要綠色化途徑。
經過幾十年的科研開發(fā)，杜仲橡膠的提煉技術取得重大進展。目前實現(xiàn)杜仲膠產業(yè)化的瓶頸仍然是加工提取成本高；實際上杜仲資源的優(yōu)勢不僅僅是橡膠，杜仲樹渾身都是寶，它在醫(yī)藥、記憶材料、保健品和杜仲添加劑方面均有良好的應用前景，加上杜仲樹的生長周期短，三年即可成材，它的種植對國家退耕還林，生態(tài)保護也有重大的意義。
2010年，中國橡膠工業(yè)協(xié)會已發(fā)出關于成立“推動杜仲產業(yè)化聯(lián)盟”的倡議，將全力推動杜仲產業(yè)鏈的前端種植、提取和終端的綜合利用，使其形成“戰(zhàn)略性新興產業(yè)”。
由于杜仲膠在性能方面的特點，合成杜仲膠即反式異戊膠的開發(fā)也取得重大進展，并曾獲得國家技術發(fā)明二等獎，對降低滾動阻力，減少CO2排放有顯著效果。據計算一噸反式異戊膠用于輪胎可節(jié)油10升，減少二氧化碳排放20噸左右。由國家輪胎工藝控制工程技術中心組織的3萬噸/年反式異戊橡膠生產裝置將于年內在山東萊州的第派新材料產業(yè)基地投產，為我國綠色輪胎制造提供了一個新的合成膠品種。
據悉，德國科學家最近發(fā)現(xiàn)蒲公英可望成為生產橡膠的植物，他們解決了蒲公英流出的膠乳不形成凝膠的關鍵技術，預計1公頃種植面積可獲得500-1000公斤膠乳。
1.1.2集成橡膠
汽車工業(yè)對輪胎性能的要求是耐磨、高速、安全、節(jié)油和舒適，要滿足這些性能要求，對輪胎膠料來說既需要高的耐磨性又需要低的滾動阻力和好的抗?jié)窕阅堋６@三者在一定程度上是矛盾的。傳統(tǒng)的方法是利用不同膠種的特點進行共混或改性，盡力滿足性能要求；如利用天然橡膠的高強度、順丁膠分子鏈的高柔順性帶來的耐磨和低滾動阻力、丁苯膠的分子鏈苯環(huán)的剛性帶來較好的濕滑性能等。但這對加工應用，實現(xiàn)共混膠料的均一性等帶來很大不便，通常采用幾段混煉的方法，導致能耗很大。
近年來，通過分子設計以苯乙烯、丁二烯和異戊二烯為原料，以烷基鋰為催化劑一次合成制得集成橡膠，簡稱為SIBR。其綜合性能優(yōu)異，可以很好的替代三段共混的材料，并可以大大節(jié)省能耗，又可以通過調節(jié)三種原材料的不同比例，控制聚合物化學組成，來滿足輪胎各部位膠料的要求。目前開發(fā)的SIBR，玻璃化轉變溫度在-70℃左右，與天然橡膠接近，拉伸強度為16-20Mpa，適用于制造輪胎胎面膠料，并獲得前述耐磨性、抗?jié)窕院蜐L動阻力的良好平衡。美國固特異公司的SIBR已經產業(yè)化，商品名為：Cyber,三種單體的比列St/Ip/Bd為25 /50/25，廣泛用于綠色輪胎。
由我國燕山石化公司開發(fā)成功的SIBR已通過中橡協(xié)材料研究檢測中心評價，并在青島賽輪公司進行了轎車子午胎試制，證明性能良好，且工藝性能完全滿足加工要求。
集成橡膠的研發(fā)成功和產業(yè)化將是我我國合成橡膠工業(yè)從必然王國走向自由王國的重大成果。也是對橡膠加工工業(yè)節(jié)能、減排、綠色發(fā)展的重大貢獻。
2 橡膠助劑工業(yè)的綠色發(fā)展
近十年來，中國橡膠助劑工業(yè)始終遵循依靠科技進步，以環(huán)保、節(jié)能、安全為中心，發(fā)展綠色化工的方針，行業(yè)獲得可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展；至2009年中橡協(xié)會員單位總產量59.5萬噸，預計全國總產量達66萬噸，占全世界總產的60%，如表1所示。預計2010年仍可以保持15%的速度遞增。產品結構調整替代有毒有害物質，取得重大成效，目前已經形成了以綠色優(yōu)秀品種為主導的橡膠防老劑、促進劑、硫化劑、特種功能性助劑和加工型橡膠助劑等五大類品種規(guī)格基本齊全的完整工業(yè)體系。
表1 近十年我國橡膠助劑產量（萬噸）**
|
年份
名稱 |
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
|
防老劑 |
3.80 |
4.1 |
6.25 |
6.95 |
8.26 |
11.3 |
13.5 |
16.8 |
20.52 |
|
促進劑 |
7.20 |
6.6 |
8.35 |
9.30 |
13.8 |
16.39 |
19.5 |
21.33 |
23.21 |
|
不溶性硫黃 |
0.86 |
1.63 |
1.12 |
1.80 |
1.72 |
2.33 |
2.50 |
1.92 |
3.63 |
|
加工助劑* |
1.90 |
5.67 |
4.88 |
6.55 |
6.02 |
8.9 |
11.5 |
11.66 |
11.17 |
|
合計 |
13.76 |
18.0 |
20.6 |
24.6 |
29.8 |
38.9 |
47.0 |
51.7 |
59.5 |
|
年遞增率% |
28.4 |
30.8 |
14.4 |
19.4 |
21.1 |
30.5 |
20.8 |
10.0 |
15.1 |
*含粘合體系助劑
**橡膠助劑專業(yè)委員會會員單位統(tǒng)計數據
除少數小品種產品如秋蘭姆類TMTD、二硫代氨基甲酸鹽類和塑解劑Sj-103等產品的替代還在進行之中，從產量結構來說綠色橡膠助劑產品產量已達到90%。2009年促進劑仍然是產量最大的品種，占橡膠助劑總產量約40%，其中超促進劑品種的產量約4萬噸，防老劑產品占35%，加工助劑和功能性粘合劑穩(wěn)定發(fā)展。
2.1全面實現(xiàn)橡膠助劑工業(yè)的清潔生產工藝技術
中國橡膠助劑工業(yè)雖已取得持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，并在全世界具有舉足輕重的地位。但就中國和全世界范圍來說實現(xiàn)橡膠助劑工業(yè)的清潔生產技術仍是行業(yè)發(fā)展的關鍵。
曾經在2004年獲得國家科技進步二等獎的對苯二胺類防老劑中間體RT-培司的清潔工藝技術極大地帶動了我國防老劑的生產水平，繼2008年6月圣奧化工取得由Fecxsys公司在美國挑起的“337調查案”的全勝后，今年7月又一次戰(zhàn)勝了Fecxsys在美國俄亥俄州挑起了訴訟，捍衛(wèi)了自主知識產權，確保了我國RT-培司，防老劑4020生產技術的國際領先水平。
我國自主研發(fā)的硅烷偶聯(lián)劑生產技術全封閉工藝路線和鈷鹽粘合增進劑生產技術也已列入世界前茅，并獲得國家科技進步二等獎。
2.1.1促進劑M的清潔化生產工藝
當前，我們需進一步攻克的是促進劑M的清潔工藝技術，這一技術的突破也將極大地帶動我國促進劑行業(yè)發(fā)展，不僅將我國帶入促進劑生產的世界先進行列，也是全世界橡膠助劑行業(yè)要解決的熱點。
促進劑M在國際上是1925年美國固特異公司開發(fā)的，稱“苯胺法”工藝。我國自1952年也開發(fā)成功，在相當一段時間內是國內外非常重要的促進劑，可用于各種通用橡膠。它不僅是一種有效的噻唑類促進劑，還是次磺酰胺類等遲效性優(yōu)良品種促進劑的原料，年產量15-20萬噸，其中70-80%用作其它促進劑原料或醫(yī)藥中間體。
目前國內采用的苯胺法，是以苯胺、二硫化碳和硫黃為原料，在高溫、高壓下合成制的粗M，再將粗M精制而得。精制的方法有酸堿法和溶劑法等，大多數企業(yè)采用酸堿法精制，從而產生大量廢水、廢氣、廢渣。廢氣主要是H2S，近年來開發(fā)的克勞斯爐氧化法可將H2S獲得治理，并能回收硫黃，廢渣主要進行綜合利用，最大的問題是廢水；通常1噸促進劑M的產成品將產生30-40噸含鹽有機廢水，COD含量在4000mg/L以上，治理非常困難，雖然很多企業(yè)通過技術改造，使廢水含量有所下降，條件好的可降至20噸以下，但仍然是大問題。因此，促進劑M的清潔工藝和廢水治理成了橡膠助劑行業(yè)的重中之重。該技術的關鍵是：（1）通過反應動力學研究，催化體系的調整，提高反應收率、降低三廢排放。目前，有的企業(yè)已經將收率從85%提高到95%。（2）開發(fā)溶劑法精制路線替代酸堿法，杜絕含鹽廢水的產生，合理選擇溶劑是關鍵。
在“十一五”國家科技支撐計劃“橡膠助劑清潔生產工藝和特種功能性產品開發(fā)”的基礎上，已向國家繼續(xù)申報關于促進劑M清潔生產技術的“十二五”科技支撐計劃項目，組織了行業(yè)主要企業(yè)進行聯(lián)合攻關，預計用2-3年左右的時間將達到實現(xiàn)促進劑M的清潔生產工藝，建成5萬噸/年示范性生產線，并在全行業(yè)進行推廣。
2.1.2次磺酰胺類促進劑的氧氣、雙氧水氧化工藝的推廣
次磺酰胺類促進劑主要以NS和CZ為主導產量，2009年全年產量9.8萬噸，占促進劑總產量46%。其合成方法均是以促進劑M為原料，與其他不同基團的胺類物質反應，然后氧化制得。其氧化反應是關鍵，多數企業(yè)采用次氯酸鈉、氯氣、硝酸鈉為氧化劑，產生大量含鹽有機廢水；如促進劑NS，用這種常規(guī)的氧化方法，每噸產成品將產生含鹽有機廢水8-10噸。因此，改造氧化工藝，采用最有效的氧化劑氧氣或雙氧水進行氧化反應，可杜絕含鹽有機廢水產生。而且全過程的用水量大大減少，是一種清潔生產工藝，當然這個工藝的安全配套措施十分重要，目前有不少企業(yè)已經采用這一技術，急需進一步完善并在全行業(yè)推廣應用。
2.1.3不溶性硫黃的氣化法一步生產工藝
不溶性硫黃與普通硫黃不同，為聚合硫。我國七十年代已經開發(fā)成功兩步法生產工藝，實現(xiàn)了我國不溶性硫黃從無到有的突破。這個方法也稱水法，即將硫黃氣化后用水進行淬火冷卻，再用CS2萃取產物中的可溶性硫黃，進行過濾清洗，制得不溶性硫黃。但這種產品現(xiàn)在稱為普通不溶性硫黃，隨著子午線輪胎膠料性能和工藝性能的要求，普通不溶性硫黃的熱穩(wěn)定性已經不能滿足需求，具體測試指標是在120℃下加熱15分鐘，不溶性硫黃的保持率要在40%以上。目前我國大多數普通不溶性硫黃在105℃X15min下不溶性硫黃的保持率可達到70-80%，但在120℃下卻急驟下降。
“十一五”國家科技支撐計劃將高熱穩(wěn)定性不溶性硫黃生產技術的開發(fā)列入國家計劃，研制單位開發(fā)一步法生產工藝，取得重要進展，已建成萬噸級生產裝置，該工藝技術的成功和推廣將逐步結束我國子午線輪胎用高熱穩(wěn)定性不溶性硫黃大量需要進口的狀態(tài)。
采用特殊的高聚物材料將普通硫黃進行包覆，在加工溫度下將硫黃釋放進行硫化，可達到不溶性硫黃的使用效果，從而替代不溶性硫黃，該技術成為人們關注的熱點，它的開發(fā)將是硫化劑新產品的重要創(chuàng)新。
2.1.4預分散橡膠助劑的清潔生產工藝
將大量粉狀橡膠助劑預分散在少量高聚物載體中，制成預分散母膠粒的技術是橡膠助劑的最終產品和在下游產品中應用的清潔工藝組織部分。同時也是橡膠助劑產品劑型的重大改造。
該項目也被列入“十一五”國家科技支撐計劃，目前萬噸級裝置已基本建設成功，產品暢銷國內外。
我國輪胎企業(yè)煉膠工藝大多采用密煉機多段混煉，能量消耗大。一種新的低溫連續(xù)混煉工藝正在行業(yè)中進行推廣，該工藝采用多臺開煉機串并聯(lián)作業(yè)，使膠料在密煉機排料后直接在較低溫度的多臺開煉機上混煉并添加促進劑、硫黃等材料，這種工藝大大節(jié)約能耗，提高膠料的物理性能，提高生產效率。而在開煉機上需添加的材料必須采用預分散造粒劑型，以克服開煉機帶來的粉塵飛揚。
預分散橡膠助劑的開發(fā)成功和推廣應用導致我國橡膠助劑劑型的重大更新，大大提高我國橡膠助劑的整體競爭力，更有利于產品國際化。
上述四種清潔工藝技術的開發(fā)和實施，將使中國橡膠助劑工業(yè)真正成為世界橡膠助劑的強國和領頭羊，也是我國橡膠助劑行業(yè)“十二五”的重要發(fā)展目標。
2.2其他需要替代的新品開發(fā)
2.2.1超促進劑TMTD等品種的替代
近年來，次磺酰胺類大品種促進劑NOBS被NS等產品成功替代，僅超促進劑TMTD、TMTM及氨基甲酸鹽類ZDC等產品由于亞硝胺的問題尚在逐步被替代，他們的主要替代品是TBZTD（二硫化四芐基秋蘭姆）和TiBTM（一硫化四異丁基秋蘭姆）。五氯硫酚類化學塑解劑在歐美等國已停止使用，其主要替代品是DBD（2,2′-二苯甲酰氨基二苯基二硫化物），我國也已開發(fā)成功。
2.2.2關于含多環(huán)芳烴（PAHS）芳烴油的替代
橡膠油是橡膠加工過程重要的軟化劑，在橡膠制品中所采用的石油系橡膠油中主要包括芳烴油、環(huán)烷油和石蠟油。芳烴油是指芳香烴的碳原子數占整個油的碳原子數20-30%以上的油品，芳烴油的加工性能好，用量大，其消耗量占我國橡膠工業(yè)中石油系軟化劑的77%，橡膠加工行業(yè)的年需求量超過20萬噸。
但芳烴油中含有多環(huán)芳烴，特別是其中苯并芘（Bap）、苯并（e）芘（Bep）、苯并（a）蔥（BaA）、屈（CHR）、苯并（b）熒蔥（BbFA）、苯并（j）熒蔥（BjFA）、苯并（k）熒蔥（BKFA）和二苯并（a,h）蔥（DBhA）等8種，有強的致癌性和對人體其他危害。
歐盟2005/69/EC法規(guī)對多環(huán)芳烴進行限制，規(guī)定從2010年1月1日起一般消費品中8種多環(huán)芳烴含量不得超過10mg/kg，其中Bap的含量＜1mg/kg。
據此，環(huán)保芳烴油的研究開發(fā)引起了極大重視，粘度、苯胺點和閃點是表征芳烴油流動性、物理性能、揮發(fā)性和加工性能的重要指標，在選擇油品時必須認真考核這些指標，如以德國漢圣公司漢堡生產的環(huán)保芳烴油VICATEC500為例，其粘度（100℃）/（mm2.s-1）為19.6，閃點（ ℃）為271，苯胺點（ ℃）為68。美國太陽公司和德國漢圣公司在我國寧波合資成立了新達洋公司，經營德國漢圣集團公司的環(huán)保芳烴油，也是我國輪胎企業(yè)環(huán)保芳烴油的主要供應商。我國中石油、中石化、中海油等企業(yè)和青島海佳化工、長春大成公司、山東天源化工有限公司等橡膠助劑企業(yè)也在大力開發(fā)同類產品，可望能盡快滿足輪胎工業(yè)的需求。
2.2.3關于氧化鋅的減量和替代使用
氧化鋅是重要的硫化活性劑，自1912年人們發(fā)現(xiàn)氧化鋅有硫化活性作用以來一直沿用至今。目前，我國橡膠工業(yè)年消耗氧化鋅達18萬噸以上。但由于世界鋅資源的壓力，價格不斷提升，同時歐盟2003/105/EC法規(guī)已將氧化鋅劃為對環(huán)境有害的物質清單中，我國對氧化鋅的生產也進行了限制。米其林公司曾提出減少氧化鋅用量50-80%的目標。因此，近年來研制環(huán)境污染少的活性高的硫化活性劑，降低氧化鋅用量已成為重要課題。
目前國內研制成功的減量使用氧化鋅有以下產品：1.納米氧化鋅；由于納米氧化鋅有粒徑小和比表面積大（≥45㎡/g以上）的特點，使有效鋅含量增加，可起減量效果，但納米氧化鋅在純態(tài)和橡膠中的團聚傾向必須得以解決，才能真正發(fā)揮其效果。2.納米化無機填料載鋅技術；該技術通過特殊的制備工藝將鋅離子吸附在納米無機填料的載體上，使其在硫化過程中充分發(fā)揮每一個鋅離子的活化作用，減少氧化鋅的用量可達50%以上。3.有機鋅化合物；制備有機鋅化合物如雙甲基對苯二甲酸二鋅、丙烯酸鋅等產品，可直接等量替代氧化鋅。有機鋅與普通氧化鋅相比具有鋅含量、重金屬含量低，密度低，防老化性能好的特點。
3、低滾動阻力炭黑和高分散白炭黑的開發(fā)
隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，我國已成為炭黑、白炭黑的生產和消費大國，2009年炭黑生產量283萬噸，白炭黑產量75萬噸。
汽車行駛中，輪胎對整車滾動阻力的貢獻最大達20-30%，米其林公司數據表明輪胎滾動阻力下降20%，每百公里二氧化碳的排放量降低400g，每輛汽車每年可節(jié)省燃油23升。如全國轎車都使用低滾動阻力輪胎，每年能降低油耗41萬噸以上，減少二氧化碳排放300萬噸以上?？梢娋G色輪胎的節(jié)能、環(huán)保意義之大。而輪胎膠料中，除生膠外，炭黑、白炭黑等補強材料所占比例最大，達到30%左右。因此，它們對降低滾動阻力的影響具有重要意義。
3.1低滾動阻力炭黑
低滾動阻力炭黑屬世界上第四代炭黑，是世界炭黑生產技術上一個新突破，目前歐美等國的低滾動阻力炭黑已占炭黑總量的20-30%，采用低滾動阻力炭黑與普通炭黑的胎面膠相比，可降低輪胎滾動阻力10%左右，節(jié)油3%，且可使輪胎有較低的發(fā)熱，改善輪胎的使用性能，延長使用壽命。
我國已開發(fā)了DZ系列和HM1107低滯后性能的炭黑品種，并在子午線輪胎中獲得應用，但生產規(guī)模尚小，應加快發(fā)展。
3.2高分散白炭黑
1974年白炭黑首先被德國人用于輪胎胎面膠中，1992年法國米其林將大量白炭黑用于轎車輪胎胎面，制造了第一代節(jié)能環(huán)保輪胎，稱為“綠色輪胎”，綠色輪胎的滾動阻力比普通輪胎的下降20%左右，并具有生熱低、耐撕裂和抗?jié)窕院玫奶攸c，從此，白炭黑作為橡膠補強材料在高性能輪胎中應用不斷取得的進展。但由于白炭黑粒子細、易飛揚、易聚集等特點，不易在橡膠中分散，限制了白炭黑的應用。近年來，針對這個情況羅地亞和法國德固薩公司先后開發(fā)了易分散和高分散白炭黑，使白炭黑在橡膠中的用量不斷增加，以100份生膠計，高分散白炭黑用量可達50份，甚至80份，對綠色輪胎降低滾動阻力、提高抗?jié)窕湍湍バ宰鞒隽素暙I。胎面膠采用大量白炭黑是二十世紀來輪胎生產中的重要成果之一。與普通白炭黑相比，高分散白炭黑的比表面積大，氮吸附值可達165±10㎡/g，粒徑小，平均粒徑D50為2.5μm，多數粒子粒徑小于1μm，很少有超過20μm的粒子。
白炭黑的分子式為SiO2?nH2O,它的結構及聚集特點決定其分散性，白炭黑聚集體可視作多空結構物質，白炭黑的孔體積（孔容）的測定，是白炭黑在橡膠中高散度的重要表征，白炭黑在橡膠中的分散度也可用炭黑分散度測定儀進行檢測。我國已開發(fā)成功以HCSIL-833MP為代表規(guī)格的高分散白炭黑，其性能和使用效果與國外同類產品相當。高分散白炭黑的研制成功是我國白炭黑行業(yè)的重大成果，必將為擴大白炭黑的使用和我國綠色輪胎的發(fā)展起重大的促進作用。因為白炭黑只有實現(xiàn)高分散效果才能擴大在輪胎中的用量，體現(xiàn)低滾動阻力、耐濕滑性能和高耐磨性的優(yōu)點。表2是白炭黑分散度對耐磨性能的影響。
表2 白炭黑分散度與耐磨性的指標
|
|
白炭黑分散度，% |
耐磨指數 |
|
普通白炭黑 |
71 |
100 |
|
易分散白炭黑 |
88 |
105 |
|
高分散白炭黑 |
97 |
120 |
低碳輪胎將拉動白炭黑的發(fā)展，預計至2015年全球白炭黑的消耗量將達到210萬噸。屆時，我國白炭黑將達到120萬噸，超過全世界50%以上。高分散的白炭黑的需求將更大幅度提高。就輪胎工業(yè)的應用，炭黑面臨白炭黑的挑戰(zhàn)。
3.3炭黑工業(yè)節(jié)能減排新工藝
我國是世界上制造炭黑最早的國家，1950年四川隆昌建設槽法炭黑裝置開始計，我國炭黑工業(yè)經歷了六十年發(fā)展歷程，特別是進入新世紀以來，炭黑工藝以裝置大型化，技術環(huán)保優(yōu)先為主要目標，開發(fā)了一些列新技術和新設備，在綠色生產方面提高到一個新的水平，炭黑原料油的消耗和綜合能耗大幅度下降。2009年比2000年炭黑產品的原料油單耗下降了15%，炭黑單位產品的綜合能耗下降了70%。并推廣濕法造粒新工藝，大大改善了生產條件，提高了產品質量。今年我國已開發(fā)成功4萬噸/年規(guī)模的生產裝置，裝置大型化將具有更明顯的節(jié)能效果。
總體來說，節(jié)約能源、保護環(huán)境仍然是炭黑工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關鍵，我國炭黑企業(yè)仍在致力于改進生產工藝、降低原料消耗、降低煙塵排放、減少SO2的排放，并逐步實現(xiàn)炭黑污水的零排放，不斷實現(xiàn)清潔生產。
4橡膠骨架材料
4.1芳綸骨架材料顯著的輕量化效果
新世紀，橡膠骨架材料產品結構調整取得顯著成效，隨著我國子午胎的發(fā)展，2005年鋼簾線成為第一大骨架材料，并快速提升，滌綸簾布(HMLS)增長較快，錦綸生產基本平穩(wěn)，略有下降。2009年，鋼簾線產量92 萬噸，錦綸25 萬噸，聚酯8.6 萬噸，總產量180萬噸，同比增長16%。
在20世紀50-80年代，尼龍和聚酯代表了合成纖維的先進技術，進入新世紀，芳綸材料成為橡膠用高性能纖維材料的代表。
芳綸可以分為對位芳綸和間位芳綸兩類，分別用于輪胎、輸送帶、高強線繩、防彈衣、頭盔和航天、航空、體育用品等。
芳綸與目前輪胎用骨架材料鋼絲、滌綸、錦綸等相比，具有強度高、變形小、熱收縮低、高耐熱和蠕變極小等優(yōu)點（如表3）；其強度是鋼絲的5-6倍，模量是鋼絲的2倍，相對密度僅為鋼絲的1/5，分解溫度為560℃，既具備合成纖維彈性，又具備鋼絲的剛性。
世界主要汽車輪胎生產商都在關注芳綸在汽車輪胎中的應用，特別是采用芳綸簾線作為骨架材料的生產超輕、超薄和低滾動阻力子午線輪胎。
表3 幾種骨架材料主要性能對比
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芳綸 |
尼龍66 |
聚酯 |
鋼絲 |
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密度g/cm3 |
1.44 |
1.14 |
1.38 |
7.85 |
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分解溫度℃ |
500 |
255 |
260 |
1600 |
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強度MN/tex |
2000 |
830 |
840 |
345 |
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伸長率% |
4.0 |
18.3 |
14.5 |
2.0 |
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初始模量N/tex |
55 |
5 |
10 |
26 |
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吸濕后強度變化 |
幾乎不變 |
降低 |
稍降低 |
不變 |
“十一五”期間，廣州華南橡膠輪胎有限公司承擔了國家科技部攻關項目，分別在60、65、40系列轎車子午胎胎體和冠帶層中采用芳綸簾布和芳綸與錦綸或滌綸復合的簾線作為骨架材料，取得了顯著的效果，成品輪胎重量明顯下降，滾動阻力平均下降12.8%，體現(xiàn)了顯著的節(jié)能效果，輪胎耐久性和高速性能均有大幅提高。特別是芳綸和錦綸復合簾線的推廣應用取得了顯著效果。芳綸短纖維的應用領域也不斷拓寬；山東玲瓏輪胎、北京首創(chuàng)輪胎、華南輪胎、雙星輪胎、四川海大輪胎和青島賽輪等企業(yè)的實驗和應用實踐，為國產芳綸材料的開發(fā)應用做出了重大貢獻。在此基礎上，國家科技部安排了適宜在輪胎工業(yè)中應用的國產對位芳綸（1414）的技術攻關，“十二五”芳綸復合材料在輪胎和橡膠制品中的應用重大863項目正在啟動。
有新消息報導，貝卡爾特公司正與杜邦公司聯(lián)合開發(fā)一種新型的復合簾線，這種復合簾線結構中芳綸纖維芯被鋼絲簾線包復。這種復合簾線強度特別高，可在一些要承擔高負荷的工程機械輪胎、礦山輪胎和高強度輸送帶中應用，可大大降低粗鋼簾線的重量，提高骨架材料與橡膠復合材料的動態(tài)粘合和疲勞性能。大幅度降低輪胎滾動阻力和輸送帶運載阻力，這一技術是一種節(jié)約能耗綠色制造的新路子。
4.2高性能聚酯PEN（聚萘二甲酸乙二脂）
高性能聚酯骨架材料PEN與目前輪胎工業(yè)中采用的高模低收縮HMLS聚酯材料相比有更高的強度，更高的模量和良好的耐疲勞性，非常適宜作為乘用子午胎的骨架材料。它的尺寸穩(wěn)定性減少了輪胎的變形，改善了輪胎的均勻性，提高輪胎的高速性能和操縱性，降低輪胎行駛過程的滾動阻力和公路噪音，意大利倍耐力公司1999年成功開發(fā)了這類材料并在輪胎工業(yè)中獲得應用，日本帝人公司也開發(fā)了同類產品，相繼在日本普利斯通公司和世界主要輪胎企業(yè)獲得應用。我國駿馬集團與東華大學正聯(lián)合開發(fā)PEN工業(yè)絲和浸膠簾帆布，可望盡快在輪胎、管帶等產品中獲得應用，是性價比合適的新型高性能聚酯骨架材料。
5 橡膠材料資源化利用
我國是世界耗膠第一大國，輪胎產量第一大國，也是廢舊橡膠的產生大國，但橡膠資源十分匱乏，約50%以上需要進口。解決橡膠資源供需矛盾、緩解廢舊橡膠帶來的環(huán)境壓力，實現(xiàn)橡膠材料資源化利用，發(fā)展循環(huán)經濟，已經成為我國面臨的一項重要而緊迫的戰(zhàn)略任務。
廢舊橡膠的主要處理方式有三種：（1）再生橡膠的生產和利用（2）膠粉的生產和利用（3）翻新輪胎。
近年來，我國再生膠和膠粉的發(fā)展明顯增長，已達到廢舊橡膠總利用率的80%，而輪胎翻新沒有顯著增長，但平均而言，輪胎的翻新總量不足10%
5.1再生橡膠
在循環(huán)經濟和低碳經濟的推動下，我國再生橡膠行業(yè)堅持科學發(fā)展和綠色環(huán)保的理念，形成了具有自主知識產權的、具有中國特色的再生橡膠生產新技術。產量已由建國初期的1500噸發(fā)展至2009年的250萬噸。并用于輪胎等橡膠制品各個領域，成為我國全年耗膠588萬噸以外的重要橡膠資源補充。
二十世紀九十年代，我國成功開發(fā)了“廢橡膠動態(tài)脫硫新工藝技術”并在國內全面推廣，取得了顯著成效。從根本上改變了我國再生膠行業(yè)污染嚴重的狀態(tài)。近年來，開發(fā)的新工裝、新技術主要包括新型感應加熱裝置代替再生罐傳統(tǒng)的導熱和電阻熱傳導方式，大大減低高能耗和建設投資；開發(fā)了高速比1:2.16的高線速精煉機，大大提高了生產效率和產品質量；開發(fā)了生物法、物理法尾氣的治理裝置，根本上解決了生產過程產生惡臭和脫硫尾氣的治理問題；開發(fā)了生產過程的DCS程序控制技術，使生產線盒環(huán)保配套，實現(xiàn)了智能化全程控制。至2009年全行業(yè)達到了減排15%的目標。
預計2010年，我國再生膠產量將達到270萬噸，將遵循“再生橡膠行業(yè)清潔生產水平評價標準”和“廢橡膠綜合利用產品生產能耗評價標準” ，實現(xiàn)“十二五”期間節(jié)能20%、減排25%的目標。
5.2硫化膠粉
膠粉可以說是新一代再生膠產品，是廢橡膠循環(huán)利用的手段之一。目前，全世界硫化膠粉的產量已達100萬噸，且用途不斷擴大。我國膠粉生產企業(yè)和相關裝備企業(yè)有50余家，但膠粉產量較低，自開發(fā)成功常溫粉碎制造精細膠粉的設備以來，我國硫化膠粉生產有了一定發(fā)展。2009年產量25萬噸，預計2010年可達30萬噸，為廢舊橡膠的綜合利用開辟了良好的渠道。
上世紀80年代，我國開始將60-80目膠粉用于輪胎胎面膠，實踐表明采用50-10份廢舊輪胎硫化膠粉在胎面膠中有助于降低生熱，改善加工性能，而膠料的總體物性基本保持不變。近年來，采用活化劑使膠粉表面活化，擴大了膠粉在各類橡膠制品中的應用。在國外，膠粉的另一重要用途是改性瀝青，用于公路建設，提高了路床的使用壽命，和抗車撤性，縮短車輛剎車距離，對于低噪音公路建設效果更顯著。
我國自上世紀80年代起，也開始用廢舊輪胎膠粉改性瀝青修筑公路，并研制成功用于膠粉改性瀝青防堵塞的噴灑機，為膠粉改性瀝青的的使用提供了配套的條件。
我國四川省正在建設廢舊橡膠綜合利用工程技術中心。據悉，自貢高技術產業(yè)園區(qū)于2010年5月開始建設廢舊輪胎膠粉改性瀝青產業(yè)化項目，投資8億元，該項目建成后可形成40萬噸改性瀝青、12萬噸精細膠粉，每年可處理廢舊橡膠20萬噸。項目實施將大大推動我國精細膠粉的生產和應用。
5.3輪胎翻新
我國是世界輪胎產量第一大國，也是廢舊輪胎產生的大國，2009年廢舊輪胎量達1.6-2億條。但我國輪胎翻新率低，翻胎企業(yè)的技術裝備水平也大大落后于發(fā)達國家。近年來，在循環(huán)經濟國策的推動下，我國翻胎企業(yè)的發(fā)展進入快車道；目前我國預硫化翻新新技術已基本取代了傳統(tǒng)熱硫化翻新技術，翻新胎的里程大大提高，甚至與新胎相當。而價格僅新胎的一半左右。輪胎翻新預硫化設備國產化率已達95%以上?！ 笆晃濉焙汀笆濉?國家均將翻胎新技術開發(fā)列入國家科技支撐計劃，有力的推動我國翻胎工業(yè)的發(fā)展。由于看好中國的大市場，國外很多大企業(yè)也已投資于中國翻新輪胎，新胎生產企業(yè)也逐步提倡輪胎全生命周期的一條龍生產與服務。我國翻新輪胎事業(yè)必將加速發(fā)展，既防止廢舊輪胎對環(huán)境造成污染，又促進資源化綜合利用，實現(xiàn)循環(huán)經濟、推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
