雙環戊二烯含量對C5石油樹脂熱穩定性的影響

C5石油樹脂是由石油裂解產生的 C5 餾分（主要含異戊二烯、間戊二烯、環戊二烯等烯烴）經聚合反應生成的低分子量聚合物，廣泛應用于膠粘劑、涂料、橡膠等領域，其熱穩定性是決定產品使用范圍和壽命的關鍵性能之一。雙環戊二烯（DCPD）作為C5餾分中的重要組分，其含量對C5石油樹脂的熱穩定性具有顯著影響，具體作用機制如下：

一、雙環戊二烯的結構特性與聚合行為

雙環戊二烯是由兩個環戊二烯分子經Diels-Alder反應形成的橋環化合物，分子中含有兩個不飽和雙鍵和剛性雙環結構。在C5石油樹脂聚合過程中，DCPD可通過雙鍵參與共聚反應，其剛性環結構會嵌入樹脂的分子鏈中，改變分子鏈的規整性和空間構型：

低含量DCPD時，其主要作為共聚單體與其他烯烴（如間戊二烯）結合，分子鏈以線性結構為主，柔韌性較好；

高含量DCPD時，多個雙環結構通過共聚形成密集的環狀分子鏈，使樹脂分子呈現更高的剛性和空間位阻。

二、對熱分解溫度的影響

熱穩定性的核心指標之一是熱分解溫度（Td，通常以質量損失5%時的溫度計）。雙環戊二烯含量對Td的影響呈現“先升后降”的趨勢：

當DCPD含量較低（通常≤30%）時，其剛性雙環結構可增強分子鏈的鍵能，減少分子鏈在高溫下的斷裂概率，例如，DCPD含量從 10%增至30%時，樹脂的Td可從320℃提升至360℃，這是因為環狀結構對分子鏈的“支撐作用”抑制了熱運動導致的鏈斷裂；

當DCPD含量過高（>30%）時，密集的雙環結構會導致分子鏈間的相互作用力（如范德華力）減弱，且高剛性分子鏈的規整性下降，易形成局部應力集中。此時，高溫下分子鏈更易從應力集中處斷裂，Td反而下降，例如，DCPD含量達50%時，Td可能降至330℃以下。

三、對熱失重速率的影響

熱失重速率反映樹脂在高溫下的分解速度。低DCPD含量時，樹脂分子鏈以線性結構為主，熱分解時分子鏈可逐步斷裂為小分子片段，失重速率較平緩；隨著DCPD含量增加（20%-30%），剛性環結構延緩了分子鏈的整體分解，使失重速率進一步降低（如在350-400℃區間，失重速率可降低20%-30%）。

但當DCPD含量過高（>40%）時，分子鏈的不規整性加劇，高溫下易發生協同分解（即多個相鄰鏈段同時斷裂），導致失重速率驟增，例如，某研究顯示，DCPD含量50%的樹脂在400℃時的失重速率是30%含量樹脂的1.5 倍。

四、對熱氧化穩定性的影響

在有氧環境中，C5石油樹脂的熱穩定性還與抗氧能力相關。雙環戊二烯的環狀結構中，雙鍵的電子云密度較高，易與氧氣發生氧化反應（形成過氧化物，進而引發鏈斷裂）：

低 DCPD 含量時，雙鍵數量較少，氧化反應速率較慢，樹脂的熱氧化穩定性較好；

高 DCPD 含量時，分子鏈中不飽和雙鍵密度增加，高溫下更易被氧化，導致樹脂變色、交聯或降解（如出現脆性增加、分子量下降等現象）。例如，在 150℃有氧環境下老化 100 小時后，DCPD 含量 40% 的樹脂分子量損失率達 15%，而 20% 含量的樹脂僅損失 5%。

五、實際應用中的平衡調控

工業生產中需根據應用場景調控 DCPD 含量：

對熱穩定性要求較高的領域（如耐高溫膠粘劑），DCPD 含量通常控制在 20%-30%，以兼顧剛性支撐與抗熱分解能力；

對柔韌性要求更高的場景（如橡膠增塑劑），DCPD 含量可降至 10%-20%，避免高剛性導致的脆性問題；

若樹脂需在高溫有氧環境中使用（如涂料），則需配合抗氧劑（如受阻酚類），以抵消高 DCPD 含量帶來的氧化風險。

雙環戊二烯通過改變C5石油樹脂的分子鏈結構（剛性、雙鍵密度、規整性），從熱分解溫度、失重速率及熱氧化反應等多方面影響其熱穩定性，且這種影響并非簡單的線性關系，而是存在一個優含量區間（通常 20%-30%）。實際生產中需結合具體性能需求，通過精準調控 DCPD 含量實現樹脂熱穩定性與其他性能（如柔韌性、相容性）的平衡。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://m.cheng114.com/