近十年来，随着新能源汽车快速发展，国内轮胎行业规模迅速提升，目前中国已成为全球轮胎生产强国。但在高速发展的同时，轮胎行业也面临着各种挑战，低端产能结构性过剩、中美贸易等国际壁垒以及轮胎节能、安全等方面的要求日趋严格。

从全球市场来看，绿色轮胎已经成为一种必然发展趋势。与普通轮胎相比，用含硫硅烷制备的绿色轮胎将降低滚动阻力，减少轮胎重量，节省汽车的燃油消耗，不论从安全性、舒适性还是功能性等方面，都要优于普通轮胎，是新能源汽车选用的环保原材料。

 

绿色轮胎

绿色轮胎是指由于应用新材质和设计，而导致滚动阻力小，因而耗油低、废气排放少的子午线轮胎。在汽车行驶中，能量会被各种阻力所消耗，其中约20%的汽油被轮胎滚动阻力所消耗。使用绿色轮胎就可以减少这方面的能量消耗，从而达到省油的目的。

绿色轮胎运用特殊的硅土混合技术、结构设计技术和生产技术，在不损失轮胎基本安全性能的情况下，使滚动阻力比普通轮胎下降20%，减少油耗5%以上，有效降低汽车燃油消耗，增强燃料使用效率，降低二氧化碳排放的环保型轮胎。这种轮胎可使环境和驾驶者双双获益，一方面对环境的不利影响最小化，另一方面可为消费者节省燃料费用。

 

 

车辆行驶时，轮胎受压变形，橡胶分子之间相互摩擦生热就会造成能量损失，产生滚动阻力。绿色轮胎富含的二氧化硅就像是润滑剂，可以填平作为轮胎胎面胶的溶聚丁苯胶分子的间隙，减少橡胶分子之间的摩擦，这样就减小了轮胎与地面之间的阻力，减少油耗，达到控制汽车废气排放的环保效应。同时，绿色轮胎还能有效降低噪音，提高轮胎的抓着力、舒适性、操控性等安全性能。

 

 

二绿色轮胎的灵魂【含硫硅烷】

 

含硫硅烷可有效提高白炭黑与橡胶分子的结合能力，促进橡胶硫化，同时具有偶联剂、促进剂和硫化剂的作用，可以显著降低轮胎滚动阻力和轮胎生热。使用该体系的轮胎被称为绿色轮胎。在欧盟、日本、韩国、美国、巴西等地，政府通过轮胎标签法等形式强制推广绿色轮胎，使其迅猛发展。

 

表1 国内常见含硫硅烷类型

 

 

 

图1 含硫硅烷与白炭黑的作用机理

 

 

 

图2 含硫硅烷改性后的白炭黑与橡胶的作用机理

 

 

 

含硫硅烷市场概况

目前，我国已经成为世界重要的含硫硅烷生产基地，涌现出江西宏柏、荆州江汉等规模较大的生产企业。2017年我国含硫硅烷有效产能约10万吨／年。

 

表2 2017年我国主要含硫硅烷企业产能统计

 

 

 

图3 我国含硫硅烷产量及增长率

 

 

 

2017年我国含硫硅烷产量约7.43万吨，占功能性硅烷总产量的33.6%。

 

图4 2017年我国功能性硅烷生产结构（按折纯量）

 

 

 

根据SAGSI统计，2017年我国橡胶加工行业消费含硫硅烷合计约为5.29万吨，同比增长约9.7％，其中在轮胎行业的消费量为5.17万吨，其他橡胶制品消费约0.12万吨。考虑到国内绿色轮胎法规的逐步实施，以及新能源市场逐步成熟，3-5年后中国轮胎工业对硅烷的需求将有望恢复高速增长，预计到2022年对含硫硅烷需求量年均有望达到9.3%的增长率，2022年将达到8.2万吨，详见图5。

 

图5 我国含硫硅烷消费量及橡胶产量统计及预测

 

 

 

四新型含硫硅烷研发进展

我国是含硫硅烷的生产、消费和出口大国，产品以常规的多硫型品种为主。这些常规产品含硫官能团活性高，对温度的耐受能力差，混炼时易焦烧，只能分段混炼，耗时较长；其在硫化过程中会水解产生醇类挥发物，使橡胶中形成孔洞。近年来，随着用户要求的不断提高，新型含硫硅烷的开发方兴未艾。

1、迈图NXT系列

迈图公司发布的NXT系列硅烷引入辛酰基以保护巯基，具备更强的耐高温能力，减少混炼焦烧现象，实现了一次混炼成型。且硫酰基与橡胶基材的连接强度要大于多硫基，增强了体系稳定性。NXT在橡胶中还起到增塑剂的作用，使白炭黑更易于分散并提高其用量，有效提高了轮胎耐摩擦性能和低温力学性能。

 

迈图公司还发布了NXT衍生系列， 包括NXTＬｏｗＶ和NXTＺ，这两个产品对NXT初型产品进行了优化，NXTＬｏｗＶ产品将分子中的乙氧基与２－甲基－１，３－丙二醇反应，提前释放出部分醇类VOC挥发物；NXTＺ产品则是将NXT与巯基型含硫硅烷如ＫＨ５９０、ＫＨ５８０聚合，生成一个带有含硫基团支链的硅烷长链。这两种新型含硫硅烷都在NXT初型产品的基础上，减少了混炼时醇类VOC挥发物的产生，避免了轮胎产品中大量孔洞的出现。

 

图6 ＮＸＴ系列含硫硅烷分子结构

 

 

 

2、赢创VP-Si-363系列

赢创公司开发的VP-Si-363系列利用长链的屏蔽效应以保护巯基，减少橡胶混炼时的焦烧现象，可使水解反应副产的醇类VOC减少近60％，降低了橡胶的气孔率。该产品的利用率也比传统含硫硅烷高，同等效果下，其用量仅相当于多硫Ⅰ型用量的一半。

 

图7 VP-Si-363系列含硫硅烷分子结构图

 

 

 

 

 

3、我国新型含硫硅烷研发进展

我国也一直在寻找更加简单有效的改进含硫硅烷结构、降低含硫硅烷挥发性物质释放的方法，以便进一步满足橡胶的混炼需求。江西宏柏新材料股份有限公司将硫氢化钠与酰卤反应得到硫代羧酸钠，再与γ－氯丙基三乙氧基硅烷反应，得到了硫代羧酸酯硅烷偶联剂（简称ＨＢ－１），用硫代羧酸酯替代了活泼的巯基，提高了其耐高温能力，减少了混炼时的焦烧现象。该产品已获得发明专利授权，并进行了工业化开发，具备了规模化生产能力。

 

荆州江汉精细化工有限公司以γ－巯丙基三乙氧基硅烷和封端含硫硅烷为原料，制得的含硫硅烷共聚物 （简称ＪＨ－１），可使 VOC 排放量减少80%以上；其将γ－巯丙基三乙氧基硅烷与多硫Ⅱ型反应，得到的含硫硅烷共聚合物 （简 称ＪＨ－２）在轮胎橡胶混炼中交联效果好，混料段数少，乙醇排放量也得到较好控制；以γ－氯丙基三乙氧基硅烷多硫化钠为原 料，制备了一种环状含硫硅烷低聚物（简称ＪＨ－３），可有效减少32%-34%挥发性物质的释放，混炼时多硫键断裂成多个小分子迅速分散，反应效率高。

 

南京曙光化工集团有限公司采用高沸的二元醇，在钛酸酯催化下反应取代含硫硅烷中的乙氧基，再蒸馏除掉乙醇得到改性含硫硅烷 （简称 ＳＧ－１），以降低乙醇的释放。

 

江西晨光新材料有限公司采用含硫硅烷与白炭黑反应脱醇，制备成表面接枝好的白炭黑 （简 称ＣＧ－１），从而避免在橡胶混炼环节排出 VOC 。以上研究都是在传统含硫硅烷的基础上优化得来的，其发明、发展已有较长时间，目前已逐渐得到国外主流用户认可。我国目前还没有新型含硫硅烷的大规模发展、应用。主要原因一是原料成本和下游设备升级成本高，二是尚未形成较为稳定的工业化生产能力，需要进一步加大扶持力度。

 

 

 

含硫硅烷行业建议

 

1、加快开发新型含硫硅烷

 

我国常规含硫硅烷发展迅速，并已实现大量出口，但高端含硫硅烷的发展与国外差距明显。随着我国汽车工业快速发展以及绿色轮胎政策陆续出台，新型含硫硅烷的发展已是大势所趋，我国含硫硅烷企业应加快开发新型产品，尽快形成工业化生产能力，以满足市场需求。

 

2、实现全产业链一体化发展

一体化经营是现阶段我国含硫硅烷产业，乃至整个有机硅行业降低成本、分散风险、提高竞争力的主要手段之一。从原料横向扩展至各类有机硅分支产品一体化生产已经成为企业发展的主流趋势，产业链越完善，越能提高市场竞争力。企业如果不能向上下延伸成为一体化或多元化企业，那么必须要在所在领域成为区域性、或细分行业性的龙头企业，稳定的占据一部分中高端市场，从而减少单一原料供需波动对经营的压力。

 

3、发挥成本优势，加大出口力度

国外企业因环保和成本高等因素开工不足，加之我国含硫硅烷生产技术和规模化水平不断提高，国际竞争力逐渐加强。国外企业至今未能大规模向我国转移生产，这为我国企业的快速壮大提供了机遇。未来，含硫硅烷企业应抓住这一机遇，在稳定国内市场的同时，不断拓展国外市场，加大出口力度，将我国含硫硅烷成本低、规模大、品种全的优势持续释放到全球市场中去。

 

含硫硅烷小结：

中国是全球轮胎生产强国。随着人们安全和环保意识的增强，对轮胎的性能和品质也提出了更高的要求。绿色轮胎不仅是一个环保概念，它还包含了将轮胎工业从高投入、高消耗、高排放、低效益的外延式发展方式，转变为低投入、低消耗、低排放、高效益的内涵式发展方式的深刻内涵。绿色轮胎是橡胶工业未来发展的重要方向，含硫硅烷作为绿色轮胎的灵魂材料，也将助力我国新能源汽车的发展。

 

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