一、加氫石油樹脂的相容性瓶頸與改性需求

加氫石油樹脂（HPR）由 C₉或 C₅烯烴經(jīng)加氫飽和制得，分子鏈以飽和烷基（-CₙH₂ₙ₊₁）和氫化芳香環(huán)為主，極性極低（溶解度參數(shù) δ≈8.5-9.0 (cal/cm³)¹/²），這導(dǎo)致其與極性聚合物（如 EVA、PA）或極性添加劑（如增塑劑 DBP）的相容性較差，限制了在膠粘劑、涂料等領(lǐng)域的應(yīng)用。而苯乙烯（St）單體含不飽和雙鍵和芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，其 δ≈9.1-9.3 (cal/cm³)¹/²，與 HPR 的溶解度參數(shù)接近，且可通過共聚引入極性作用位點(diǎn)，成為改善相容性的理想改性單體。

二、苯乙烯共聚改性的反應(yīng)機(jī)理與工藝設(shè)計(jì)

1. 共聚反應(yīng)機(jī)制

自由基共聚：在引發(fā)劑（如 BPO、AIBN）作用下，苯乙烯雙鍵打開形成自由基，與 HPR 分子鏈上殘留的不飽和鍵（加氫后殘留量 < 1%）或高溫下裂解產(chǎn)生的活性位點(diǎn)發(fā)生鏈增長反應(yīng)，形成 HPR-g-St 接枝共聚物；

陽離子共聚：以 AlCl₃或 BF₃・Et₂O 為催化劑，苯乙烯在 HPR 分子鏈的叔碳陽離子活性中心上聚合，形成無規(guī)共聚物，反應(yīng)溫度通常控制在 60-120℃，避免 HPR 過度降解。

2. 工藝路線優(yōu)化

溶液共聚法：將 HPR（10-30%）溶于甲苯或環(huán)己烷，加入苯乙烯（HPR 與 St 質(zhì)量比 1:0.1-1:0.5）和引發(fā)劑（0.5-2%），在氮?dú)獗Ｗo(hù)下 80-120℃反應(yīng) 2-4 小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)沉淀、洗滌后得到改性樹脂，接枝率可達(dá) 5-15%；

熔融共聚法：通過雙螺桿擠出機(jī)（溫度 180-220℃，轉(zhuǎn)速 150-300 rpm）將 HPR 與苯乙烯直接共混，同時(shí)添加過氧化物（如 DCP）引發(fā)反應(yīng)，優(yōu)點(diǎn)是無需溶劑、效率高，但需控制剪切速率以避免 HPR 熱氧降解。

三、苯乙烯共聚改性對 HPR 相容性的提升機(jī)制

1. 分子結(jié)構(gòu)調(diào)控

極性基團(tuán)引入：苯乙烯單元的芳香環(huán)可與極性聚合物形成 π-π 相互作用，例如與 PA6 的酰胺基團(tuán)通過氫鍵輔助作用增強(qiáng)界面結(jié)合；

鏈段柔韌性調(diào)節(jié)：苯乙烯剛性環(huán)結(jié)構(gòu)嵌入 HPR 柔性烷基鏈中，使共聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）從 HPR 的 50-70℃提升至 65-90℃，但適度的苯乙烯含量（<30%）可避免材料變脆。

2. 界面相容性改善

增容劑作用：當(dāng)HPR-g-St作為EVA與PE的共混助劑時(shí)，苯乙烯鏈段與 PE 形成物理纏結(jié)，而HPR鏈段與EVA的乙烯基相容，通過 “橋梁效應(yīng)” 降低兩相界面張力（從20mN/m降至10mN/m 以下）；

分散性提升：在極性涂料體系中，改性樹脂的苯乙烯單元可吸附顏填料表面的羥基，使鈦白粉在樹脂中的分散粒徑從 5-10 μm 降至 2-3 μm，改善涂層光澤度（從 60° 光澤 40 提升至 65）。

四、改性工藝對樹脂性能的影響與調(diào)控

1. 苯乙烯含量的閾值效應(yīng)

相容性與力學(xué)平衡：當(dāng)St含量<20% 時(shí)，共聚物與EVA（VA 含量 28%）的剝離強(qiáng)度從HPR的2.5N/cm 提升至 5.8 N/cm；但超過 30% 時(shí)，由于苯乙烯自聚傾向增加，樹脂與非極性基材（如PP）的相容性反而下降（接觸角從 75° 增至 90°）；

熱穩(wěn)定性考量：苯乙烯單元的引入使共聚物熱分解溫度（5%失重）從HPR的320℃降至300℃，需添加 0.5-1% 的受阻酚類抗氧劑（如1010）彌補(bǔ)。

2. 聚合方法的性能差異

溶液共聚：接枝鏈分布更均勻，與極性樹脂的相容性提升更顯著（如與 PVC 的溶脹度從 15% 增至 35%），但殘留溶劑可能影響食品接觸材料應(yīng)用；

熔融共聚：產(chǎn)物分子量分布較寬（PDI從2.0增至3.5），但加工流動(dòng)性更好（熔體流動(dòng)速率從5 g/10min 增至12g/10min），適合熱熔膠生產(chǎn)。

五、典型應(yīng)用場景與性能驗(yàn)證

熱熔膠領(lǐng)域：將苯乙烯含量 15% 的 HPR-g-St 與 EVA（VA18%）、石蠟按 4:3:3 比例共混，制得的膠粘劑對鋁箔-紙張的剝離強(qiáng)度達(dá) 12 N/cm（純 HPR 體系僅為 5 N/cm），且在-20℃下仍保持柔韌性（斷裂伸長率 > 300%）；

涂料工業(yè)：改性樹脂與丙烯酸樹脂（1:1）復(fù)配后，涂層對鍍鋅板的附著力從 ISO 等級 4 級提升至 1 級，耐鹽霧性能（500 小時(shí)）無起泡脫落；

橡塑共混體系：作為 PP 與 EPDM 的增容劑，添加 10% 的 HPR-g-St 可使共混物的拉伸強(qiáng)度從 15 MPa 增至 22 MPa，缺口沖擊強(qiáng)度從 8 kJ/m² 增至 15 kJ/m²。

六、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向

精準(zhǔn)調(diào)控難題：目前共聚反應(yīng)中苯乙烯的接枝位點(diǎn)隨機(jī)性強(qiáng)，需開發(fā)可控聚合技術(shù)（如原子轉(zhuǎn)移自由基聚合 ATRP），實(shí)現(xiàn)支鏈長度與分布的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)；

環(huán)保工藝開發(fā)：探索超臨界 CO₂作為共聚反應(yīng)介質(zhì)（替代甲苯），在 10 MPa/35℃條件下實(shí)現(xiàn)無溶劑改性，產(chǎn)物殘留苯乙烯含量可降至 0.1% 以下；

功能化延伸：在苯乙烯共聚基礎(chǔ)上引入馬來酸酐（MAH）進(jìn)行二次接枝，形成 HPR-g-St-g-MAH 三元共聚物，其與玻纖的界面粘結(jié)強(qiáng)度可比未改性 HPR 提升 40%，拓展在工程塑料中的應(yīng)用。

通過苯乙烯單體的共聚改性，加氫石油樹脂從非極性 “惰性” 材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪缑嬲{(diào)控能力的功能型樹脂，其技術(shù)核心在于通過分子設(shè)計(jì)建立極性 - 非極性鏈段的協(xié)同作用，該改性路徑不僅突破了 HPR 的應(yīng)用瓶頸，更為石油樹脂基材料在綠色復(fù)合材料、高性能膠粘劑等領(lǐng)域的創(chuàng)新提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

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