近十年來，隨著新能源汽車快速發(fā)展，國內(nèi)輪胎行業(yè)規(guī)模迅速提升，目前中國已成為全球輪胎生產(chǎn)強(qiáng)國。但在高速發(fā)展的同時(shí)，輪胎行業(yè)也面臨著各種挑戰(zhàn)，低端產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩、中美貿(mào)易等國際壁壘以及輪胎節(jié)能、安全等方面的要求日趨嚴(yán)格。

從全球市場來看，綠色輪胎已經(jīng)成為一種必然發(fā)展趨勢。與普通輪胎相比，用含硫硅烷制備的綠色輪胎將降低滾動(dòng)阻力，減少輪胎重量，節(jié)省汽車的燃油消耗，不論從安全性、舒適性還是功能性等方面，都要優(yōu)于普通輪胎，是新能源汽車選用的環(huán)保原材料。

 

綠色輪胎

綠色輪胎是指由于應(yīng)用新材質(zhì)和設(shè)計(jì)，而導(dǎo)致滾動(dòng)阻力小，因而耗油低、廢氣排放少的子午線輪胎。在汽車行駛中，能量會被各種阻力所消耗，其中約20%的汽油被輪胎滾動(dòng)阻力所消耗。使用綠色輪胎就可以減少這方面的能量消耗，從而達(dá)到省油的目的。

綠色輪胎運(yùn)用特殊的硅土混合技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)，在不損失輪胎基本安全性能的情況下，使?jié)L動(dòng)阻力比普通輪胎下降20%，減少油耗5%以上，有效降低汽車燃油消耗，增強(qiáng)燃料使用效率，降低二氧化碳排放的環(huán)保型輪胎。這種輪胎可使環(huán)境和駕駛者雙雙獲益，一方面對環(huán)境的不利影響最小化，另一方面可為消費(fèi)者節(jié)省燃料費(fèi)用。

 

 

車輛行駛時(shí)，輪胎受壓變形，橡膠分子之間相互摩擦生熱就會造成能量損失，產(chǎn)生滾動(dòng)阻力。綠色輪胎富含的二氧化硅就像是潤滑劑，可以填平作為輪胎胎面膠的溶聚丁苯膠分子的間隙，減少橡膠分子之間的摩擦，這樣就減小了輪胎與地面之間的阻力，減少油耗，達(dá)到控制汽車廢氣排放的環(huán)保效應(yīng)。同時(shí)，綠色輪胎還能有效降低噪音，提高輪胎的抓著力、舒適性、操控性等安全性能。

 

 

二綠色輪胎的靈魂【含硫硅烷】

 

含硫硅烷可有效提高白炭黑與橡膠分子的結(jié)合能力，促進(jìn)橡膠硫化，同時(shí)具有偶聯(lián)劑、促進(jìn)劑和硫化劑的作用，可以顯著降低輪胎滾動(dòng)阻力和輪胎生熱。使用該體系的輪胎被稱為綠色輪胎。在歐盟、日本、韓國、美國、巴西等地，政府通過輪胎標(biāo)簽法等形式強(qiáng)制推廣綠色輪胎，使其迅猛發(fā)展。

 

表1 國內(nèi)常見含硫硅烷類型

 

 

 

圖1 含硫硅烷與白炭黑的作用機(jī)理

 

 

 

圖2 含硫硅烷改性后的白炭黑與橡膠的作用機(jī)理

 

 

 

含硫硅烷市場概況

目前，我國已經(jīng)成為世界重要的含硫硅烷生產(chǎn)基地，涌現(xiàn)出江西宏柏、荊州江漢等規(guī)模較大的生產(chǎn)企業(yè)。2017年我國含硫硅烷有效產(chǎn)能約10萬噸／年。

 

表2 2017年我國主要含硫硅烷企業(yè)產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)

 

 

 

圖3 我國含硫硅烷產(chǎn)量及增長率

 

 

 

2017年我國含硫硅烷產(chǎn)量約7.43萬噸，占功能性硅烷總產(chǎn)量的33.6%。

 

圖4 2017年我國功能性硅烷生產(chǎn)結(jié)構(gòu)（按折純量）

 

 

 

根據(jù)SAGSI統(tǒng)計(jì)，2017年我國橡膠加工行業(yè)消費(fèi)含硫硅烷合計(jì)約為5.29萬噸，同比增長約9.7％，其中在輪胎行業(yè)的消費(fèi)量為5.17萬噸，其他橡膠制品消費(fèi)約0.12萬噸。考慮到國內(nèi)綠色輪胎法規(guī)的逐步實(shí)施，以及新能源市場逐步成熟，3-5年后中國輪胎工業(yè)對硅烷的需求將有望恢復(fù)高速增長，預(yù)計(jì)到2022年對含硫硅烷需求量年均有望達(dá)到9.3%的增長率，2022年將達(dá)到8.2萬噸，詳見圖5。

 

圖5 我國含硫硅烷消費(fèi)量及橡膠產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)及預(yù)測

 

 

 

四新型含硫硅烷研發(fā)進(jìn)展

我國是含硫硅烷的生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國，產(chǎn)品以常規(guī)的多硫型品種為主。這些常規(guī)產(chǎn)品含硫官能團(tuán)活性高，對溫度的耐受能力差，混煉時(shí)易焦燒，只能分段混煉，耗時(shí)較長；其在硫化過程中會水解產(chǎn)生醇類揮發(fā)物，使橡膠中形成孔洞。近年來，隨著用戶要求的不斷提高，新型含硫硅烷的開發(fā)方興未艾。

1、邁圖NXT系列

邁圖公司發(fā)布的NXT系列硅烷引入辛?；员Ｗo(hù)巰基，具備更強(qiáng)的耐高溫能力，減少混煉焦燒現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了一次混煉成型。且硫?；c橡膠基材的連接強(qiáng)度要大于多硫基，增強(qiáng)了體系穩(wěn)定性。NXT在橡膠中還起到增塑劑的作用，使白炭黑更易于分散并提高其用量，有效提高了輪胎耐摩擦性能和低溫力學(xué)性能。

 

邁圖公司還發(fā)布了NXT衍生系列， 包括NXTＬｏｗＶ和NXTＺ，這兩個(gè)產(chǎn)品對NXT初型產(chǎn)品進(jìn)行了優(yōu)化，NXTＬｏｗＶ產(chǎn)品將分子中的乙氧基與２－甲基－１，３－丙二醇反應(yīng)，提前釋放出部分醇類VOC揮發(fā)物；NXTＺ產(chǎn)品則是將NXT與巰基型含硫硅烷如ＫＨ５９０、ＫＨ５８０聚合，生成一個(gè)帶有含硫基團(tuán)支鏈的硅烷長鏈。這兩種新型含硫硅烷都在NXT初型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，減少了混煉時(shí)醇類VOC揮發(fā)物的產(chǎn)生，避免了輪胎產(chǎn)品中大量孔洞的出現(xiàn)。

 

圖6 ＮＸＴ系列含硫硅烷分子結(jié)構(gòu)

 

 

 

2、贏創(chuàng)VP-Si-363系列

贏創(chuàng)公司開發(fā)的VP-Si-363系列利用長鏈的屏蔽效應(yīng)以保護(hù)巰基，減少橡膠混煉時(shí)的焦燒現(xiàn)象，可使水解反應(yīng)副產(chǎn)的醇類VOC減少近60％，降低了橡膠的氣孔率。該產(chǎn)品的利用率也比傳統(tǒng)含硫硅烷高，同等效果下，其用量僅相當(dāng)于多硫Ⅰ型用量的一半。

 

圖7 VP-Si-363系列含硫硅烷分子結(jié)構(gòu)圖

 

 

 

 

 

3、我國新型含硫硅烷研發(fā)進(jìn)展

我國也一直在尋找更加簡單有效的改進(jìn)含硫硅烷結(jié)構(gòu)、降低含硫硅烷揮發(fā)性物質(zhì)釋放的方法，以便進(jìn)一步滿足橡膠的混煉需求。江西宏柏新材料股份有限公司將硫氫化鈉與酰鹵反應(yīng)得到硫代羧酸鈉，再與γ－氯丙基三乙氧基硅烷反應(yīng)，得到了硫代羧酸酯硅烷偶聯(lián)劑（簡稱ＨＢ－１），用硫代羧酸酯替代了活潑的巰基，提高了其耐高溫能力，減少了混煉時(shí)的焦燒現(xiàn)象。該產(chǎn)品已獲得發(fā)明專利授權(quán)，并進(jìn)行了工業(yè)化開發(fā)，具備了規(guī)?；a(chǎn)能力。

 

荊州江漢精細(xì)化工有限公司以γ－巰丙基三乙氧基硅烷和封端含硫硅烷為原料，制得的含硫硅烷共聚物 （簡稱ＪＨ－１），可使 VOC 排放量減少80%以上；其將γ－巰丙基三乙氧基硅烷與多硫Ⅱ型反應(yīng)，得到的含硫硅烷共聚合物 （簡 稱ＪＨ－２）在輪胎橡膠混煉中交聯(lián)效果好，混料段數(shù)少，乙醇排放量也得到較好控制；以γ－氯丙基三乙氧基硅烷多硫化鈉為原 料，制備了一種環(huán)狀含硫硅烷低聚物（簡稱ＪＨ－３），可有效減少32%-34%揮發(fā)性物質(zhì)的釋放，混煉時(shí)多硫鍵斷裂成多個(gè)小分子迅速分散，反應(yīng)效率高。

 

南京曙光化工集團(tuán)有限公司采用高沸的二元醇，在鈦酸酯催化下反應(yīng)取代含硫硅烷中的乙氧基，再蒸餾除掉乙醇得到改性含硫硅烷 （簡稱 ＳＧ－１），以降低乙醇的釋放。

 

江西晨光新材料有限公司采用含硫硅烷與白炭黑反應(yīng)脫醇，制備成表面接枝好的白炭黑 （簡 稱ＣＧ－１），從而避免在橡膠混煉環(huán)節(jié)排出 VOC 。以上研究都是在傳統(tǒng)含硫硅烷的基礎(chǔ)上優(yōu)化得來的，其發(fā)明、發(fā)展已有較長時(shí)間，目前已逐漸得到國外主流用戶認(rèn)可。我國目前還沒有新型含硫硅烷的大規(guī)模發(fā)展、應(yīng)用。主要原因一是原料成本和下游設(shè)備升級成本高，二是尚未形成較為穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)能力，需要進(jìn)一步加大扶持力度。

 

 

 

含硫硅烷行業(yè)建議

 

1、加快開發(fā)新型含硫硅烷

 

我國常規(guī)含硫硅烷發(fā)展迅速，并已實(shí)現(xiàn)大量出口，但高端含硫硅烷的發(fā)展與國外差距明顯。隨著我國汽車工業(yè)快速發(fā)展以及綠色輪胎政策陸續(xù)出臺，新型含硫硅烷的發(fā)展已是大勢所趨，我國含硫硅烷企業(yè)應(yīng)加快開發(fā)新型產(chǎn)品，盡快形成工業(yè)化生產(chǎn)能力，以滿足市場需求。

 

2、實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈一體化發(fā)展

一體化經(jīng)營是現(xiàn)階段我國含硫硅烷產(chǎn)業(yè)，乃至整個(gè)有機(jī)硅行業(yè)降低成本、分散風(fēng)險(xiǎn)、提高競爭力的主要手段之一。從原料橫向擴(kuò)展至各類有機(jī)硅分支產(chǎn)品一體化生產(chǎn)已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的主流趨勢，產(chǎn)業(yè)鏈越完善，越能提高市場競爭力。企業(yè)如果不能向上下延伸成為一體化或多元化企業(yè)，那么必須要在所在領(lǐng)域成為區(qū)域性、或細(xì)分行業(yè)性的龍頭企業(yè)，穩(wěn)定的占據(jù)一部分中高端市場，從而減少單一原料供需波動(dòng)對經(jīng)營的壓力。

 

3、發(fā)揮成本優(yōu)勢，加大出口力度

國外企業(yè)因環(huán)保和成本高等因素開工不足，加之我國含硫硅烷生產(chǎn)技術(shù)和規(guī)?；讲粩嗵岣?，國際競爭力逐漸加強(qiáng)。國外企業(yè)至今未能大規(guī)模向我國轉(zhuǎn)移生產(chǎn)，這為我國企業(yè)的快速壯大提供了機(jī)遇。未來，含硫硅烷企業(yè)應(yīng)抓住這一機(jī)遇，在穩(wěn)定國內(nèi)市場的同時(shí)，不斷拓展國外市場，加大出口力度，將我國含硫硅烷成本低、規(guī)模大、品種全的優(yōu)勢持續(xù)釋放到全球市場中去。

 

含硫硅烷小結(jié)：

中國是全球輪胎生產(chǎn)強(qiáng)國。隨著人們安全和環(huán)保意識的增強(qiáng)，對輪胎的性能和品質(zhì)也提出了更高的要求。綠色輪胎不僅是一個(gè)環(huán)保概念，它還包含了將輪胎工業(yè)從高投入、高消耗、高排放、低效益的外延式發(fā)展方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯度?、低消耗、低排放、高效益的?nèi)涵式發(fā)展方式的深刻內(nèi)涵。綠色輪胎是橡膠工業(yè)未來發(fā)展的重要方向，含硫硅烷作為綠色輪胎的靈魂材料，也將助力我國新能源汽車的發(fā)展。

 

新能源汽車中綠色輪胎專用含硫硅烷【康利邦】交聯(lián)劑廠為硅膠粘接提供優(yōu)質(zhì)硅膠交聯(lián)劑：

 

 

 

 

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