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石油樹脂
石油樹脂(petroleum resins)乃因其來源為石油衍生物而得名,一般可分類為C5 alphatic(脂族類)、C9 aromatic(芳香烴類)、DCPD(環脂二烯類,cycloaliphatic)及純單體(如poly SM、AMS(alpha methyl styrene)等產品)等四種型態,其組成分子皆是碳氫化合物,故又稱之為碳氫樹脂(hydrocarbon resins,HCR)。石油樹脂與cumaran-indene樹脂、松香脂及polyterpene等石化產品之主要用途皆為為增黏劑之用,故亦稱為tackifier resins。石油樹脂是一種通稱,其所指為低分子量(數量平均分子量Mn小於2000)之熱塑性高分子,是由裂解汽油餾份經由熱或觸媒聚合而得。
石油樹脂的性態可從黏稠液態到固態,顏色則由水白色到暗褐色。此外亦有一些是經過改質的產品,如C5/C9(脂族和芳香烴混合類)、酚、terpene等改質C9石油樹脂及氫化石油樹脂。
一、石油樹脂的製造
石油樹脂雖區分為四類,但製造方式大致相同,除部份DCPD樹脂以熱聚合產製外,餘均應用陽離子聚合法,常用觸媒為BF3、AlCl3 等Friedel –Crafts酸,有時會添加少許促進劑。陽離子聚合的特色為反應速率快,chain transfer 繁複,觸媒易為原料中的不純物或分子結構等因素影響而終止反應,因此反而可聚合成分子量500~2,000的聚合體,而加強增黏效果。
製程中有以下的幾個重要步驟—選擇及前處理原料油、將處理過的原料聚合、中和及樹脂的分離。其中前處理尤其不可或缺,以事先除掉不良物後再選擇不同組成的進料來調整樹脂的性質;聚合反應則是隨著原料之不同使用AlCl3、BF3及一些促進劑,如HCl、 t-BuCl, H2O或酚、或加熱方式來進行反應。製程中主要的反應參數有進料的全部或相對濃度、觸媒類別及其濃度、溫度。以上幾項必須小心控制,才能有好的產量、分子量及分子量分佈。
聚合方式可分為批次式、連續式、多階連續式。其中批次反應的分子量分析較廣,而多階連續式的產率較高且分子量分佈較窄。原料調配在石油樹脂製程中屬相當重要一環,經由調配不同餾份的進料油,可調整其分子結構及成品的外觀性質。例如,C5與C9共聚合或添加部份純單體作為改質,此外為調整石油樹脂成品的極性或酸價,亦可在原料中添加馬林酸酐(MA)、酚及松香(rosin)等化學組成,或者利用接枝分式使石油樹脂接上酸根。
觸媒 未反應餾份
C5 餾份/ DCPD/ C9+餾份/ 純單體 | 原 料 調 配 | 聚 合 | 觸 媒 分 解 去 除 | 蒸 發 |
石油樹脂 |
二、性質
石油樹脂為低分子量(Mw=500~2,000)聚合物,依用途要求而有如下之重要特性:
1. 軟化點—以Ring and Ball Method測試,可顯示石油樹脂抗熱程度及硬度,一般由於應用種類的要求而有不同的軟化點。例如油漆塗料要求的軟化點在110~120℃,而橡膠則要求有80~100℃的軟化點。
2. 顏色—一般是在50wt% 甲苯溶液中以Gardner 色階表示,通常以純單體樹脂之色澤佳(Gardner<1),C5樹脂次之(Gardner<5),而C9及DCPD深。
3.不飽和度—為量測石油樹脂分子結構中所殘留未反應的雙鍵數量,以溴價或碘價表之。不飽和度高,表示其耐候性及耐熱性差,易氧化或結碳;但不飽和度高也易於接枝。
3. 相容性—有solubility parameter 及aniline point 等多種指標,而佳方式是以石油樹脂直接在polymer matrix 中量測Tg及 cloud point。其餘尚有黏度、酸價、耐候性、耐熱性等指標,因應用領域不同而有其不同的測試方式。
三、用途
石油樹脂主要功能為提供增黏及潤濕效果,不同種類的石油樹脂或增黏劑,有一定的互通性,但在各應用領域上也有各自的獨特性。主要應用領域為塗料 、接著劑、熱熔膠、感壓熱熔膠、感壓膠、道路漆(路標漆)、油墨與橡膠。