异戊橡胶(IR) 即顺式1,4-聚异戊二烯橡胶（因分子结构与天然橡胶(NR)相同,故俗称合成天然橡胶），IR可代替NR应用，是合成橡胶中综合性能最好的胶种之一。IR与NR一样，综合性能好，在未硫化胶料的撕裂强度、滞后现象和拉伸强度上，尤其是在高温下（100 ℃）的拉伸强度以及自粘性等方面均优于顺丁橡胶和丁苯橡胶。IR可以单独使用，也可以与NR和其他通用橡胶并用。IR主要用于制造轮胎，还可用来制作帘布胶、输送带、密封垫、胶管、胶板、胶带、胶丝、海绵、胶粘剂、电线电缆、运动器械、医疗用具和胶鞋等。

2008年，全球异戊橡胶(IR)产能为62.4万t/a，占世界合成橡胶总生产能力的5%左右。其中，俄罗斯的生产能力为43.0万t/a、北美地区为9.0万t/a、亚太地区为7.6万t/a、欧洲地区为2.5万t/a、中东和非洲地区为0.3万t/a。俄罗斯、美国和日本是世界主要的IR生产国。其中，俄罗斯是世界最大的IR生产国家，其产能依次为为43.0万t/a、9.0万t/a和7.6万t/a。俄罗斯Nizhnekamskneftekhim公司是世界最大的IR生产厂家，生产能力为20.0万t/a，占世界IR总生产能力的32.05%（见表1）。

根据国际合成橡胶生产商协会(IISRP) 《2010年合成橡胶统计》数据，2009 年世界异戊橡胶生产能力达到70.6 万t/a，其中2009 年俄罗斯异戊橡胶新增生产能力8.2 万t/a，生产能力达到51.2 万t/a；日本新增生产能力1 万t/a，生产能力达到8.6 万t/a；而荷兰减少生产能力1 万t/a，生产能力降为1.5 万t/a。

到目前为止，未有国外异戊橡胶新、扩建的消息，预计未来几年，世界异戊橡胶生产能力增长将主要来自中国，预计2015 年世界异戊橡胶生产能力将达到90 万t/a以上。

 

 

表1 2008年世界主要IR生产厂家

 

2009年以前我国还没有聚异戊二烯橡胶工业生产装置，2010年4月，国内第一套稀土异戊橡胶工业化装置1.5万t/a IR项目在茂名鲁华化工有限公司顺利投产。该公司是利用自身异戊二烯产业链条的资源优势，在8万t/a碳五综合利用项目的基础上建成了1.5万t/a的异戊橡胶生产装置，对鲁华泓锦茂名分公司生产的聚合级异戊二烯进行深加工。该项目的投产，改变了国内对橡胶进口过度依赖的局面，满足了国内轮胎、胶带、胶管等生产领域，特别是医用胶塞及聚异戊二烯橡胶垫片等医用行业的需求，预计年产值可达4亿元。该项目的投产填补了国内IR的空白，结束了中国不能生产IR的历史，从此我国合成胶七大基本胶种全部实现工业化。

2010年10月，青岛伊科思新材料股份有限公司利用自主研发的稀土异戊橡胶技术，在青岛建设的3 万t/a异戊橡胶装置顺利投产。目前，该公司正计划在抚顺建设4万t/a稀土异戊橡胶装置。

2010年7月，吉林石化的“碳五综合利用-异戊橡胶生产技术开发”顺利通过中期评估，万吨级IR软件工艺包已经完成，目前正在进行6万t/a IR装置建设的可行性研究，通过该项目的实施形成新的产业特色集群。该项目一旦建成，不仅可将丰富的碳五资源由低价值燃料转化为高附加值化工原料，降低乙烯生产成本，还可提高我国橡胶资源自主供给能力。吉林石化在IR小试和中试均取得了巨大成功，在较高温度下成功合成出具有与NR结晶拉伸特点相似、顺式质量分数不小于98%、相对分子质量分布指数低于3.0的新型高品质稀土IR。该橡胶在应用性能上可以和国外同类产品相媲美，并形成了全套的研发生产技术。目前吉林石化公司正在建设千吨级异戊橡胶生产装置，将于2011年上半年交付验收。

目前，我国异戊橡胶正处于起步阶段，但发展迅猛。今后几年，我国将计划建设多套IR工业化生产装置。主要有鲁华泓锦化工股份有限公司在淄博的5.0万t/a异戊橡胶项目，北京燕山石油化工公司的3.0万t/a生产装置，中石油吉林石化公司的6.0万t/a生产装置，青岛伊科思在抚顺的4.0万t/a生产装置，辽宁盘锦振奥化工有限公司的5.0万t/a生产装置等。如果上述拟建项目能够全部实施，预计2015年我国异戊橡胶生产能力将达到27.5万t/a，成为世界主要的生产国家之一。

异戊橡胶的生产主要采用溶液聚合工艺，工业上采用的催化体系有由氯化钛/烃基铝组成的齐格勒-钠塔（铝钛）催化剂、有机锂催化剂和稀土催化体系3种。目前，除Shell公司生产锂系异戊二烯橡胶外，世界上大多数公司以生产钛系异戊橡胶为主，只有俄罗斯和我国新投产的两套装置生产稀土异戊二烯橡胶。

（1）钛系异戊二烯橡胶  采用钛系催化剂（主要为铝钛催化剂）的异戊二烯聚合都采用连续溶液聚合方法。工艺流程包括催化剂的配制、原料精致、聚合、终止、加防老剂和脱除残留引发剂、胶液分离、溶剂和单体回收和精致，橡胶的脱水干燥基成型包装等。单体浓度、引发剂各组分配比及用量、聚合温度以及时间等因素都会对异戊二烯的聚合产生一定的影响。以铝钛系为引发剂聚合所得聚异戊二烯橡胶的顺式-1,4-结构含量通常为96%-99%。前苏联、美国、日本等都采用四氯化钛-烷基铝（TiCl₄-AlR₃）引发体系生产聚异戊二烯橡胶，其中以四氯化钛-三异丁基铝（TiCl₄-Al(i-C₄H₉)₃）体系最佳，可获得顺使含量为98%-99%的聚异戊二烯橡胶。最适宜的铝钛比一般为1.0-1.2，以1：1为最佳。

俄罗斯研制出一种低温下配制的铝钛体系催化剂。该催化剂由四氯化钛、三异丁基铝和一种给电子体组成，粒子尺寸只有10μm。和以前的铝钛体系催化剂相比，这种新型催化剂的活性更高，可以在相应的温度下长期储存，而且对环戊二烯、硫化物、含氧化合物和炔烃等催化毒物的影响不灵敏，能够保证聚合反应的平稳进行。用该催化剂制得的牌号为CKИ-3A和CKИ-3Ⅲ的聚异戊二烯产品无凝胶或低凝胶（含量小于5%-7%），低聚物含量降低了约50%，可用水替代甲醇终止聚合反应。另外，俄罗斯在TiCl₄-（i-C₄H₉）₃Al-给电子添加剂（1：1：0.3）三元体系的基础上，又开发了TiCl₄-（i-C₄H₉）₃Al-给电子添加剂-不饱和化合物（1：1：0.3：0.5）的四元体系。异戊二烯在四元体系存在下于25℃的异戊烷中引发聚合的速度约比三元体系快70%，聚合物的分子量高5.0，凝胶含量低（1%-4%），顺式1，4-结构含量可以达到98.3%。

（2）锂系异戊二烯橡胶  锂系异戊二烯橡胶是异戊二烯单体在烷基锂引发剂作用下，通过阴离子溶液聚合而成的一种立构规整性弹性体。其生产工艺与锂系聚丁二烯橡胶的聚合工艺基本相同，为了获得高分子量、窄分子量分布的聚合物，一般采用间歇聚合釜进行生产。与钛系催化剂相比，锂催化剂体系的催化效率高，用量少；催化剂为均相体系，无凝胶和挂胶现象，设备和物料输送管线不易堵塞；单体转化率高，可省去单体回收工序；残存催化剂对橡胶性能不会产生不良影响，可省去脱除催化剂工序，流程比较简单。锂系异戊二烯橡胶分子量高，分子量分布窄，几乎不含凝胶，但其顺式-1,4-结构含量比较低，只有91%-92%，胶的综合性能不如钛系异戊二烯橡胶。此外，锂系催化剂对杂质尤其是含氧、硫、氮的化合物非常敏感，对原材料的要求非常苛刻。20世纪90年代，日本、德国用锂系催化剂合成出3,4-结构异戊二烯橡胶，这种产品可以和其他橡胶并用作胎面胶。德国Huls公司生产出牌号为Vestogrip的3,4-结构异戊二烯橡胶，用作轮胎胎面胶，能够提高轮胎的抗湿滑性能，缩短刹车距离，汽车在以50km/h速度行驶时刹车，能在3m内停稳。由于顺式含量低，目前世界上只有Shell公司一家生产，主要和天然橡胶并用以改善其加工性能。在锂引发剂中加入其它活性组分如乙腈、二硫化碳、酯类、卤化苯和叔胺或芳基醚等，可提高顺式结构。日本旭化成在n-BuLi中添加含膦化合物，提高了顺式结构，同时使胶的性能有了明显的提高；Shell公司在仲丁基锂的烃溶液中加入少量水，使顺式结构含量提高到96%，并改善了胶的性能。添加间二溴苯和三苯基膦的n-BuLi则可使顺式结构含量高达98%。

（3）稀土异戊二烯橡胶  稀土催化剂是合成高度立构规整结构橡胶的高效催化剂。催化双烯定向聚合的稀土催化剂由2种重要组分组成，一种是稀土盐，另一种是金属烷基化合物，通常使用烷基铝化合物。用稀土催化剂合成聚异戊二烯橡胶，与传统使用的钛系催化剂相比，催化剂活性高，用量少，且易于均匀分散；生胶的顺式1,4-异戊二烯的含量高，相对分子质量分布易于调节，聚合物凝胶含量低，灰分含量少(质量分数低于0.3%)；生胶的平均分子量大，分布窄，硫化加工时间短，具有很高的物理机械性能和良好的加工性能，其粘接性能不次于天然橡胶；引发剂残留物对橡胶性能无害，无需水洗脱灰，“三废”处理量少；稀土催化剂配制和使用较简单，聚合引发速度快，诱导期短，对聚合系统中杂质的抗干扰能力强，在生产上可进行连续聚合。

稀土催化剂自1964年中国科学院长春应用化学所首先应用于双烯烃聚合，并在70年代合成出顺式1,4链节含量达97% ,特性黏数[η]>8的顺式异戊橡胶以来，受到世界各国的高度重视。美国Phillips石油公司开发了一种新型稀土催化剂，用该催化剂聚合所得到的聚异戊二烯橡胶的顺式含量达到98%，而且分子量可以在104-107调整，力学性能优良。该催化剂在聚合过程中还表现出“拟活性高分子”机理，可以用它来制备异戊二烯、丁二烯的嵌段共聚物，并且顺式含量大于95%。

韩国Dong-ho Lee等进行了用稀土催化剂合成反式异戊二烯橡胶的研究工作。采用的催化剂是双组分稀土催化剂（稀土金属化合物和有机铝化合物）、铝和稀土金属比为20：1。以甲苯为溶液，20℃下聚合5h，异戊二烯转化率可以达到90%，制得的聚合物中反式含量大于90%，最高可以达到97%。

俄罗斯列宁格勒合成橡胶研究所用稀土元素Nd（钕）代替原聚合催化剂中的Ti制得了新一代催化剂，并用其开发出牌号为CKИ-5和CKИ-5Htπ的稀土异戊二烯橡胶工业产品，其顺式含量高达98.0%-99.5%，而且具有凝胶含量低、分子量分布窄、杂质含量少等优点，其硫化胶300%定伸强度和撕裂强度超过CKИ-3，抗疲劳性能和抗裂口增长则超过天然橡胶，非常适合于医用和食品用的浅色制品。俄罗斯开发出另外一种制备稀土催化剂的方法，四氯化钛和有机铝化合物在室温下或加热的条件下以0.25：0.75的摩尔比配合，然后在室温下与稀土金属和二烯烃类化合物混合，用该方法制备的催化剂可以降低有机铝化合物的用量，同时还提高了聚合物的产量以及聚合物的物理机械性能。

法国米其林公司用Nd(P₂0₄)₃、Al(i-Bu)₂ 和AlEt₂Cl组成的，通过特殊的配制方式制得稀土催化剂。具体的配制方法为：首先将环己烷或甲基环己烷与钕盐接触形成凝胶，在30℃的温度下，反应0.5h，然后加入丁二烯烷基化，15 min 后，加入1mol的氯化二乙基铝，调节温度至60℃，反应2-4h。将此催化体系用于异戊二烯的聚合，可得到顺-1，4结构质量分数高于98% (在-45℃时，质量分数可达到99.6%)、相对分子质量分布低于2.5的聚异戊二烯橡胶。但其制备工艺复杂、催化剂组分为多相悬浮，而且是低温配置。

日本理化所采用茂稀土催化剂合成了顺式质量分数高达100%、相对分子质量分布低于2.5的稀土异戊二烯橡胶。这种新型聚异戊二烯橡胶具有弹性大、反弹性高、耐磨性能好、性能优于天然橡胶的优点，可作为下一代高性能轮胎用合成橡胶原料。

美国Goodyear公司提出用新癸酸钕、辛基铝和氯气制备均相催化剂的方法，在室温下用新癸酸钕，三辛酸铝和氯气组成的催化剂于40℃下在己烷溶剂中聚合异戊二烯，制备出高立构归整的聚合产物，其顺-1,4结构质量分数可达98%以上，相对分子质量分布低于2.0。这种由氯气改性的聚异戊二烯橡胶性能优于钛系异戊二烯橡胶，接近天然橡胶。但氯气的腐蚀性大，对环境有很大污染。

2008 年世界异戊橡胶消费量52.9 万t。其中，中东欧（主要是俄罗斯）异戊橡胶消费量最大，为29 万t，占世界消费量的54.8 %；其次是亚洲，消费量9.43 万t，占17.8%。轮胎制造业发达的国家，如中国、乌克兰、比利时等对异戊橡胶的消费量也较大。

世界约70%～75%的异戊橡胶用于制造轮胎及轮胎制品。大约25%～30%异戊橡胶用于制作输送带、密封垫、胶管、胶带、胶板、胶丝、运动器材、医疗用具和胶鞋等橡胶制品。世界各国因产业结构不同，异戊橡胶在不同国家的消费结构也各具特色。俄罗斯是世界最大的异戊橡胶消费国，90 %以上异戊橡胶用于轮胎制造业。2008 年世界主要国家和地区异戊橡胶的消费结构见表2。

表2  2008年世界主要国家和地区异戊橡胶的消费结构（%）

在世界异戊橡胶消费中，俄罗斯的产能远大于需求，2008 年大约有17.5 万t的异戊橡胶出口到西欧及亚洲等地，美国和日本略有剩余，美国主要出口到美洲地区，日本则主要出口到亚洲地区。预计2008～2013 年异戊橡胶需求增长率为3%，2013 年异戊橡胶需求量将达到61.3 万t，主要消费领域还是来自轮胎及轮胎制品需求的增长，也和天然橡胶的价格密切相关。预计未来几年，美国轮胎制造业将停滞不前，西欧将略有增长，而亚洲轮胎制造业增长率将超过4%。

2009 年以前，我国没有异戊橡胶生产装置，所需产品全部依赖进口，表观消费量基本等于净进口量。2007 年进口量达5.32 万t，2008～2009 年，受世界金融危机影响，我国异戊橡胶的需求量减少，进口量有所下降。

2010 年茂名鲁华和青岛伊科思异戊橡胶装置建成投产，我国异戊橡胶的产量达到0.2 万t，随着经济的复苏及汽车行业的快速发展，2010年进口量大幅增加，为6.57 万t，出口量0.26 万t，2010 年我国异戊橡胶的表观消费量达6.51 万t，创历史新高。2004～2010 年我国异戊橡胶进口统计见表3。

表3  2004~2010年我国IR进口量     万t 

 

我国异戊橡胶大约90%用于制造轮胎，主要用于各种子午胎的生产。在载重子午胎应用于胎圈钢丝胶及胶芯胶等硬胶中，不仅能替代天然橡胶，还可大大改善胶料的挤出性能。在轻载子午线轮胎和轿车子午线轮胎的胎体骨架材料一般都采用聚酯帘布胶，与天然橡胶相比，异戊橡胶在抑制聚酯帘布胶胺解方面更具优势，更适合在胎体中应用。除轮胎领域外，约10%异戊橡胶也可以用于制鞋工业及胶管、胶带等橡胶制品的生产。据了解，在胶鞋工业中，异戊橡胶比天然橡胶透明度好，又具有天然橡胶的加工性能，可以代替天然橡胶制作所有胶鞋部件。

国际橡胶研究组织预测，2013 年我国轮胎工业的耗胶量将接近500 万t，其中天然橡胶300 万t。如果我国在斜交轮胎的胎面胶、帘布胶中用异戊橡胶替代20%天然橡胶，载重子午线轮胎的胎圈钢丝胶、胶芯胶用50%异戊橡胶，轻载和轿车子午线轮胎的聚酯帘布胶用70%异戊橡胶，工程机械子午线轮胎的内胎胶、垫带胶用20%异戊橡胶的替代方案，异戊橡胶替代天然橡胶量可达20%。据此测算，在异戊橡胶价格合理的条件下，预计2013 年我国异戊橡胶的潜在需求量将达到60 万t。虽然异戊橡胶的潜在需求量较大，但市场的开拓和培育还需要一段时间，用户的认知、应用、验证和确认还需要一个过程，预计异戊橡胶的实际需求量可达30 万t左右。由此可见，随着我国轮胎工业的快速发展、国内天然橡胶供不应求，异戊橡胶面临着极好的发展机遇，其市场前景广阔。

实现IR产业化一直是我国合成橡胶人的梦想，我国已经连续多年成为全球第一耗胶大国，但橡胶原料特别是NR资源严重不足，对外依存度不断上升，“无米之炊”已成为中国橡胶工业发展的头号问题，IR产业的发展可在一定程度上弥补上述不足。此外，发展IR对于发展循环经济、延伸产业链也益处颇多。但在发展IR方面，仍有很多因素需要冷静考虑：

（1）区域集中、规模化生产以应对C5资源分离成本问题 单体异戊二烯成本约占IR总生产成本的60%以上，因此能否有廉价稳定的单体来源是决定其发展的关键因素。由于在裂解过程中异戊二烯的产率远低于丁二烯（如1套30万t/a乙烯装置可回收的异戊二烯约为0.65万t/a左右、丁二烯为4.8万t/a左右），再加上裂解C5的组成远较裂解C4的组成复杂，分离难度相对较大。为此，国外异戊二烯的分离绝大多数是将几套乙烯副产C5集中后进行规模分离。因此国内的布局要借鉴国外经验，充分考虑在国内乙烯能力较大的东北、华东或西北地区，集中区域内乙烯装置副产的C5资源建设加工基地，以现有的C5分离装置为依托，其他区域内的C5资源也可向加工区内集中或在当地经过简单分离后再集中，这样达既达到了经济规模，资源利用率又可以得到提高。

（2）采用多种措施，提高IR的价格优势 IR市场的关键是对天然橡胶的市场价格定位。确保IR售价低于NR或持平,将有利于IR的推广应用。目前对于IR替代NR的估计量也是基于IR价格略低于NR，用户更有积极性，所以在考虑选用技术路线和建设规模上，应尽量降低生产成本，必要时应争取国家对IR的税收采取优惠政策，鼓励使用IR。

鉴于在我国IR合成技术已基本达到工业化水平，IR 原料来源也可以得到保证的前提下，有条件的生产企业应抓住这个机遇，建设万吨级IR 生产装置,满足不断发展的市场需求，但仍要统筹考虑，谨慎布局，切忌一哄而上，盲目扩张。