环戊二烯下游应用分析

2020/12/2 14:34:56

近年来我国乙烯产量持续增长,2016年国内乙烯产量达到1781万吨。石油基原料高温裂解制备乙烯过程会副产C5馏分和C9馏分,其产率与组成随裂解原料的种类、裂解深度和工艺条件不同而异。C5馏分和C9馏分分离后可得到环戊二烯。从裂解C5和C9分离环戊二烯的工艺比较简单,常用的是加热二聚法。环戊二烯常温下发生自聚,生成双环戊二烯,使用前将双环戊二烯加热即得环戊二烯,因此,市场上的商品是双环戊二烯。环戊二烯的下游应用包括不饱和聚酯树脂、石油树脂、三元乙丙橡胶、环烯烃共聚物、聚环戊二烯和精细化工产品等。

不饱和聚酯树脂

不饱和聚酯树脂(UPR)是热固型树脂的主要品种之一,通常以二元酸和二元醇为原料经逐步聚合制得。20世纪80年代以来,美国、西欧开始致力于用环戊二烯替代邻苯二甲酸酐改性UPR的研究。本世纪前10年,美国大量用环戊二烯替代邻苯二甲酸酐改性UPR,并将这种改性树脂用玻璃纤维增强后,用于制造浴盆和游艇。在日本,改性后的UPR也用于电子领域。世界上生产环戊二烯改性UPR的公司有日本的DH材料公司、西欧的DSM复合树脂公司、法国道达尔公司的Cray Valley公司和美国的Reichhold公司等。生产普通UPR的环戊二烯纯度在75%~83%即可达到要求,只有少量专用UPR使用纯度94%的环戊二烯生产。

石油树脂

石油树脂的应用广泛,包括涂料、橡胶增粘剂、防水材料、热熔胶、地板、纺织和绘画材料等。生产石油树脂的环戊二烯纯度不高,一般在75%~83%。在中国,以含量在80%左右的双环戊二烯为原料聚合的石油树脂被称为DCPD树脂,主要用于油漆、油墨、合成橡胶等。世界上生产石油树脂的公司有埃克森美孚、Neville和伊士曼。中国有几家企业建成DCPD树脂装置,但大多由于产品质量不过关及原料价格上涨等因素,目前产量较少。

三元乙丙橡胶

三元乙丙橡胶(EPDM)主要用于汽车领域,如作为车体、底盘、散热器、暖气管、门、窗密封条,轿车轮胎,以及刚性防水屋面、油田化学品、电线电缆绝缘层等。

乙叉降冰片烯(ENB)以硫化速度快、收率高、二次反应少等优点而成为应用最普遍的合成乙丙橡胶的第三单体,它由双环戊二烯与1,3-丁二烯经Diels-Alder反应生成乙烯基降冰片烯后再经异构化制得。ENB在EPDM中的用量为3%~12%。加入乙叉降冰片烯能加速乙丙橡胶的硫化速度,也可加入己二烯或双环戊二烯,但加入后两者的乙丙橡胶硫化速度不如加入乙叉降冰片烯后迅速。吉林石化公司是中国最早建成三元乙丙橡胶装置的公司,产能4.5万吨。2014年底到2015年一季度,中石化三井公司7.5万吨、宁波爱思开5万吨、朗盛(常州)16万吨等装置陆续投入运行。

环烯烃共聚物

含量为94%的高纯度环戊二烯与乙烯反应可得到降冰片烯,降冰片烯与环戊二烯进行聚合得到环烯烃共聚物(COC)。目前COC已被广泛用于制造各种光学镜头棱柱、汽车头灯、液晶显示屏(LCD)用光学薄膜、隐形眼镜等。另外,COC树脂还具有极低的介电常数,可用于电子及电器部件的制造,还因其良好的隔湿性而成为新兴的医药、食品包装材料。COC的主要生产厂家有塞拉尼斯的Ticona、日本瑞翁、日本合成橡胶、三井化学等。

聚双环戊二烯

20世纪80年代中期,Hercules和BF Goodrich同时推出以含量≥99%的高纯双环戊二烯聚合的热固型聚合物聚双环戊二烯(PDCPD)。PDCPD是一种透明树脂,具有优异的抗冲击性能、低密度和易成型性能,主要用于加工机械性能优异、形状复杂的RIM制品,片状模塑料(SMC)和喷附成型玻璃钢材料。PDCPD在注射成型过程中所需的温度和压力都较低,比目前常用的需要较高温度和压力成型的树脂的加工成本低。PDCPD生产的RIM产品具有优异的加工性能、物理性能和经济性,可替代钢板、铸件和玻璃钢,能制作休闲旅行车、农用车、工程车、中型卡车、重型卡车的部件,以及用于物料输送机械、汽车维修部件、医疗器械部件,也在缓蚀领域作为氯碱装置的电池盖,PDCPD的下游市场在不断增长中。

生产PDCPD的催化剂在不断研发中,如Metton公司使用钨催化剂生产PDCPD,RIMTEC采用钼钨催化剂,Materia则新开发成功钌催化剂。用钌催化剂生产的PDCPD适用于多种加工方法,除了RIM外,还可用于传递模塑、旋转铸塑、拉挤成型、真空辅助树脂传递模塑、离心浇铸等,并且还具有配方多样性,颜料和助剂的配伍性好,在空气和水中的稳定性好、黏度可调范围宽、气味小等优点。中国自2006年开始研究、生产聚双环戊二烯,产量很少。

精细化工产品

由环戊二烯和氯反应生成的六氯环戊二烯是一种多用途的中间体,不仅能用于合成阻燃剂氯茵酸酐和得克隆,也用于合成农药杀虫剂除螨灵、异狄氏剂、阿特灵、灭蚁灵、氯丹、地特灵、七氯和硫丹等。以环戊二烯为原料合成的双环戊二烯二氧化物、双环戊二烯双环氧化合物、双环戊二烯二羧酸是合成表面涂料树脂的中间体。环戊二烯还用于合成茂金属。双环戊二烯醇在20世纪70年代就已被发现,但直到21世纪初才开发成功低成本工业化合成技术。由环戊二烯和丙醛反应得到的2-氯-5-氯甲基吡啶(CCMP),是合成多种农药的中间体,如用于合成吡虫啉、啶虫脒、噻虫啉、烯啶虫胺、哌虫啶、氟啶脲、啶虫丙醚等。

环戊二烯在不饱和聚酯树脂和精细化工产品中的应用已经比较成熟,在环烯烃和聚双环戊二烯中的应用仍在技术开发中,预计加氢石油树脂、石油树脂和三元乙丙橡胶将是环戊二烯未来发展较快的领域。

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