雙環(huán)戊二烯在UPR的應用最早可以追溯到UPR產(chǎn)業(yè)化的初期,在1944年的一項專年[2],敘述了用雙環(huán)戊二烯與順丁烯二酸酐經(jīng)雙烯加成反應(DIELS-ALDER)生成3,6一內次甲基四氫苯二甲酸酐用于制造UPR的方法。1954年有人更進一步用六氯環(huán)戊二烯與順丁烯二酸酐進行DIELS-ALDER反應制出1,4,5,6,7,7一六氧雙環(huán)一(2,2,1)-5一庚烯-2,3-二酸酐來[3],即現(xiàn)在大家所熟知的HET酸酐或稱氯橋酸酐。HET酸的分子特點是分子中含有超過總量54%的穩(wěn)定態(tài)氯[4]以及雙環(huán)結構的分子骨架。因此,用HET酸合成的UPR制成的玻璃鋼不僅有耐火自熄性能,而且至令仍是氯堿工業(yè)中耐溫濕氯氣設備最常用的防腐蝕材料最早的雙環(huán)戊二烯主要來源于煤焦油,數(shù)量很少[5],而且用DIELS-ALDER反應制成的3,6一內次甲基四氫鄰苯二甲酸酐價格昂貴,只能用做特殊要求的樹脂,難予推廣。上個世紀七十年代中期發(fā)生的能源危機使UPR原料價格暴漲,而此時,雙環(huán)戊二烯已經(jīng)大量從粗石油蒸汽裂解經(jīng)營乙烯過程中的副產(chǎn)品C5中回收出來,價格相當?shù)土?,這才引起了UPR產(chǎn)業(yè)對雙環(huán)戊二烯廣泛關注。為了應對原料價格上漲,有人提出“與原料漲價做斗爭”,人們紛紛把目光投向了雙環(huán)戊二烯,研究了各種方法,使之成為UPR的一項價廉而義產(chǎn)生高性能的原材料。在用雙環(huán)戊二烯制備UPR時,雙環(huán)戊二烯主要發(fā)生以下兩類反應:
1.DIELS-ALDER反應:首先雙環(huán)戊二烯在160一170℃分解為環(huán)戊二烯(CPD),CPD在170℃以上與順酐發(fā)生雙烯加成反應,然后再與二元醇,二元酸進行酯化反應。此法亦稱為“酸酐法”,也可以先將順酐和二元醇進行酯化反應,生成單酯再于 170一175℃滴加雙環(huán)戊二烯進行DIELS-ALDER反應,然后于200℃完成酯化反應。
2.雙環(huán)戊二烯直接加成反應:后來人們發(fā)現(xiàn),在酸催化下,醇或酸可以直接加成到雙環(huán)戊二烯的雙鍵上去生成醚或酯。這種直接加成反應可有以下四種途徑:
(1)起始法:將順酐、苯酐、二元醇和雙環(huán)戊二烯全部投人反應釜內,加熱到150℃,回流反應30—60分鐘,然后改為冷凝,升溫至200℃完成酯化。
(2) 水解法:順酐先和等摩爾水加熱到80—100℃轉化為順丁烯二酸,然后滴加雙環(huán)戊二烯使反應迅速完成,再加入二元醇與改性酸于200℃完成酯化。
(3)“半酯”法,先使順酐與二元醇于150℃進行反應,令順酐開環(huán)生成“半酯”,然后再滴加 雙環(huán)戊二烯于150℃進行羥基加到雙環(huán)戊二烯雙鍵上的醚化或羧基加到雙環(huán)戊二烯雙鍵上的酯化反應,最后升溫馴200℃,完成酯化。
(4)封端法:先使順酐、苯酐和二元醇于200℃完成酯化,當酸值降至較低值時,降溫至160℃加人雙環(huán)戊二烯進行反應,令其將端羥基和端艟基進行封閉。
總之,以上方法在UPR中引人雙環(huán)戊二烯的途徑,都是切實可行的。
國內用雙環(huán)戊二烯制備UPR的歷史,也可以追溯到我國UPR產(chǎn)業(yè)化的初期。上世紀六十年代中期,天津合成材料研究所、北京化工研究院和剛建廠不久的天津市合成材料廠便開展了用雙環(huán)戊二烯制備UPR的研究工作,并于六十年代末期在天津市合成材料廠實現(xiàn)了工業(yè)化經(jīng)營,樹脂牌號為“6471#”。這也許是國內最早投入工業(yè)化經(jīng)營的雙環(huán)戊二烯改性UPR。由于647l#具有較通用型樹脂更佳耐腐蝕爰耐溫性能,當時是作為耐腐級別樹脂推薦的。其成功的使用范例是:當年天津冶煉廠在濕法冶煉工藝中,用647l#制成玻璃鋼襯里對容積25立方米的錳礦砂浸取釜進行防腐處理。其浸出工藝為:溫度90℃,每次加濃硫酸半噸,經(jīng)攪拌完成對錳礦砂的溶浸。由于使用了647l#,不僅延長了該套設備的使用壽命,提高了勞動經(jīng)營效率,而且還節(jié)約了鉛板50噸。
同內雙環(huán)戊二烯用于UPR的大規(guī)模工業(yè)化經(jīng)營應在上世紀80年代始自江蘇常州亞邦化學有限公司。正是由于他們在UPR的經(jīng)營中大量使用丁雙環(huán)戊二烯從而降低了樹脂成本,提高了該公司在市場競爭中的地位,使該公司在國內UPR行業(yè)中得以長足發(fā)展,成為產(chǎn)能、產(chǎn)量居國內領先地位的企業(yè)。據(jù)估計,2006年常州亞邦化學有限公司所經(jīng)營的雙環(huán)戊二烯改性UPR應在5萬噸左右,加上常州其它幾個UPR企業(yè)所經(jīng)營的總計5萬噸雙環(huán)戊二烯改性UPR,則常州地區(qū)此類樹脂產(chǎn)量已達l0萬噸,約占江蘇省UPR總產(chǎn)世(約30萬噸)的l/3。如果再加上北方、浙江溫州和廣東番禺的總計約5萬噸雙環(huán)戊二烯改性UPR,全國約經(jīng)營此類樹脂15萬噸左右,占全國UPR總產(chǎn)量的13.6%。按雙環(huán)戊二烯平均占UPR質量份數(shù)的30%計,則需雙環(huán)戊二烯4 5萬噸。
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