在中国科学院长春应用化学研究所（简称长春应化所）院内，一栋红顶白墙的二层实验楼并不起眼。
进入楼内，被各种仪器设备“霸占”的空间着实令人感到拥挤。除了实验仪器和工艺设备发出的轰鸣声，这里并没有多余的声响。
这里就是中国科学院高性能合成橡胶及其复合材料重点实验室。在这里，一代代应化人在合成橡胶的科研道路上跋山涉水，突破艰难险阻，实现了一个个合成橡胶的“中国创造”。
吹响合成橡胶研发号角
橡胶是关乎国家经济发展和国防安全的战略资源，在军用、民用众多领域具有不可比拟的重要作用。
小到瓶盖、橡皮、暖手袋，大到国防上使用的飞机、大炮、坦克，甚至尖端科技领域里的火箭、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机上都可以看到它的身影。
然而，这种关乎国家安全和经济发展的重要战略物资却成为我国社会发展的一块短板。
为此，长春应化所的前身——东北科学研究所于1949年便率先在全国开展合成橡胶的研究。
1950年12月28日，注定是被载入史册的一天：在研究所的中间实验工厂，诞生了我国第一块合成橡胶——氯丁橡胶，吹响了我国在合成橡胶领域科研与开发的号角，有力地支援了抗美援朝和国防建设的急需。随后，各种通用和专用橡胶的研发工作有序进行。
1958年8月，我国独立自主建成首个合成橡胶装置，成为世界上第三个能生产氯丁橡胶的国家。
此后，在这个中国合成橡胶的发祥地，在孙书棋、钱保功、欧阳均、沈之荃、王佛松、 黄葆同、程时、高国经、 李斌才等老一辈科学家的努力下，长春应化所科研团队攻坚克难，砥砺前行，让中国合成橡胶技术在世界舞台上“一路晋级”。
1958年，针对国家需求和任务，长春应化所开展了定向聚合和有规立构橡胶研究工作。1962 年，长春应化所在世界上首次公开报道了以稀土催化体系合成双烯烃橡胶；1964 年，又在国际上首次以论文形式公开发表了研究成果，使我国成为世界上最早发明以稀土催化剂合成顺丁橡胶的国家。
此后，长春应化所在镍系顺丁橡胶基础研究上取得了创新性进展，发明硼剂单加技术，使毒性小、能耗低的脂肪烃能够作为镍系顺丁橡胶的溶剂体系（至今国外镍系顺丁仍采用芳香烃溶剂体系），并经过与国内众多单位的协力合作，在锦州石化完成了千吨级中试，在燕山石化完成万吨级镍系顺丁橡胶产业化。1971年，第一套万吨级镍系顺丁橡胶生产装置开车成功，并先后在全国建立了7套生产装置，使我国一跃成为顺丁橡胶生产大国。镍系顺丁橡胶产业化奠定了我国溶液聚合合成橡胶的科研和工程化基础。
紧随其后，《稀土催化合成橡胶文献》和《络合催化聚合合成橡胶》两部专著的出版，在世界范围内奠定了稀土催化体系应用于合成橡胶工业的理论和工业化基础。
艰辛的付出总会收获丰硕的成果。长春应化所开发的具有我国自主知识产权的镍系顺丁橡胶工业生产新技术获得了1982 年国家自然科学奖二等奖、1985 年国家科技进步奖特等奖。
自主创新助力“中国创造”
荣誉既是肯定，更是责任。
其实，镍系顺丁橡胶并不完美。特别是在改革开放以后，随着我国高速公路和汽车工业的快速发展，对高性能轮胎的需求越来越大，其弊端便日益凸显。
彼时，国外自1987年起推出稀土顺丁橡胶系列产品以来，德国、意大利等国得益于其强大的经济基础，不断增加投入，强化研发，在之后的20年内很快形成了50万吨的生产能力，迅速占领和垄断国际橡胶市场，并实行全面的技术封锁。
为打破国外技术封锁和市场垄断，解决国家紧迫需求，1998年，长春应化所与中石油锦州石化公司再度联手，共同组建“橡胶研究开发中心”，承担了国家863计划“稀土顺丁橡胶的产业化关键技术”项目，开始了艰辛的工业化之路。
“那时候，我们的科研人员通宵达旦地干活，生产线上出现任何问题都要随时盯着解决。”回忆起当年参与项目的情景，时任中国科学院合成橡胶重点实验室主任、张学全研究员微笑着说。
正是这样一步一个脚印摸索着前行，才使得科研团队在逆境中突破，在创新中发展，更在裂变中超越。
他们逐步攻克了稀土催化剂体系均相稳定性、分子量分布宽、胶液黏度大、输送困难等系列重大技术难题，开发出了高效、稳定、均相、单体浓度达15克/100毫升以上、聚合活性达1620千克聚丁二烯/摩尔钕、可大幅降低成本的稀土催化剂体系，超过目前国外所报道的稀土催化体系的最高活性。
为了让技术真正实现自身价值，科研团队凭借强烈的使命感，再次乘势而上，争分夺秒地投入到稀土顺丁橡胶的工业化开拓之中 。
在对现有的镍系顺丁橡胶生产装置进行改造的同时，科研团队围绕着打通生产工艺、降低能耗和生产成本，先后4次在锦州石化万吨级镍系顺丁橡胶装置上进行了工业化试生产，解决了减黏工艺、新稀土催化体系聚合工艺等系列关键生产技术问题，并创新性地研发出可连续进料、连续陈化、绝热聚合、灵活切换合成不同分子量分布和门尼黏度的生产新工艺，建成了我国第一套全流程过程化的稀土顺丁橡胶生产装置，从而开拓出具有我国自主知识产权，适应现代汽车轮胎低滚动阻力和高抗湿滑性要求的系列稀土顺丁橡胶。
稀土异戊橡胶独领风骚
作为天然橡胶资源匮乏的国家，我国自给率低于1/4。同时，我国还是天然橡胶第一消费大国，每年进口量已超过300万吨。天然橡胶的对外依存度已上升到国家安全与经济发展的“警戒线”。
科学家们发现，异戊橡胶具有与天然橡胶相似的分子结构。其中，以稀土催化剂配位催化合成的稀土异戊橡胶与天然橡胶结构和综合性能最为接近，因此被称为“合成天然橡胶”。这是替代天然橡胶最理想的大品种合成橡胶，也是我国20世纪大品种通用橡胶唯一未实现大规模产业化的胶种。
为解决天然橡胶替代问题，满足国家战略资源的自给，科研团队又一次啃起了科研与开发道路上的“硬骨头”。
纵观国际，俄罗斯是最先实现稀土异戊橡胶规模产业化的国家，并以20%替代天然橡胶进入我国市场。而我国稀土异戊橡胶产业化虽已起步，但产品质量、能耗、物耗与国外仍有差距。
“总的来说，异戊橡胶规模产业化有三大瓶颈。”中国科学院高性能合成橡胶及其复合材料重点实验室主任、研究员白晨曦坦言。
一是稀土催化剂活性较低，催化剂成本较高，致使生产成本缺乏竞争优势；二是缺乏根据稀土催化剂和稀土异戊橡胶特点对聚合、凝聚和后处理工艺进行系统有针对性的研究，照搬镍系顺丁橡胶生产工艺，致使生产过程能耗、物耗偏高；三是缺乏对产品的微观结构、分子量及其分布的有效控制手段，致使产品性能与天然橡胶相比差距较大。
为突破这三大技术瓶颈，科研团队开展了合成橡胶生产技术所面临的基础科学问题与工程化关键问题的研究。进行了合成橡胶新型催化剂、可控聚合技术、先进工程技术、高性能化加工等基础研究，攻克了生产流程与工艺的优化设计、核心装置研发与系统集成等重要工程问题，发展出基于化学工程原理及放大方法的高质量低成本系列关键制备技术、绿色环保生产工艺和核心聚合反应设备等，将小试、中试聚合技术与工业化技术无缝对接，实现实验室技术向工业化技术的跨越发展，使高性能合成橡胶从实验室走向规模化、实用化和产业化。
同时，科研团队成功开发出了高活性、高顺式定向性、分子量及其分布可控的稀土催化及其放大体系，每吨产品消耗催化剂成本仅人民币300元左右，超过目前国际最高水平，大幅降低了催化剂成本，为加速我国稀土异戊橡胶的规模产业化奠定了重要基础。
针对工业化中稀土催化体系合成橡胶具有高粘度这一技术难题，科研团队建立了基于化学工程热力学分析和传递过程模型的聚合梯度理论和方法，解决了聚合过程中高粘度胶液三传一反等工程问题，开发了溶液聚合多釜连续串联的复合搅拌聚合联动关键技术，采用阶梯聚合、绝热聚合、强化传热系数多层搅拌等新工艺技术，解决了高粘体系橡胶胶液热平衡和传输工程技术问题，降低了聚合工艺能耗（低于国外同类技术20%）。
不仅如此，科研团队还成功开发出多功能溶剂和单体分离、回收精制一塔回收侧线采出的物料回收新工艺技术，装置溶剂回收率≥99%，降低了物耗，并结合以上整体技术开发出国内首套3万吨/年稀土异戊橡胶工艺技术软件包。
“基础研究很重要，缺乏基础研究，技术创新就是无水之源。而技术创新同样重要，如果技术创新没有实现产业化，那就是无源之水。”深知科技成果转移转化的重要性，因此在推动稀土异戊橡胶产业化上，白晨曦有着自己的思考。
“我们通过开展小试试验—工艺模拟计算—中试试验—工艺系统优化—工艺包—工艺操作培训—开车服务—工艺装置扩产和节能改造等一整套成套工艺包设计体系和服务，最终打通了从基础科研到产业化最后也是最关键的‘一公里’。”白晨曦表示。
2012年9月，山东神驰石化有限公司应用该技术建成了3万吨/年稀土异戊橡胶生产装置，并一次投料开车成功，开创了我国万吨级异戊橡胶生产装置建设周期最短（仅仅9个月）、一次开车一次成功的先河。
在技术创新的道路上，长春应化所团队永不满足。现在，通过稀土催化异戊橡胶分子微观结构的可控性结合流变行为研究，研究团队实现了硫化速率与天然橡胶同步，使“中国制造”稀土异戊橡胶在世界上首次实现100％替代天然橡胶。
如今，科研团队又投入到为合成天然橡胶提供丰富廉价的原料—化学一步法合成异戊二烯产业化技术开发过程中，完善了人工合成天然橡胶产业链，形成规划化生产，彻底扭转我国天然橡胶短缺问题。
“雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。”站在时代的潮头，面对新的形势与挑战，这支应化国家橡胶队将牢记使命、不负重托，用自主创新推动我国早日实现合成橡胶强国之梦。■