环境友好的低碳高性能材料聚双环戊二稀的应用

田宇黎++孟秀青++高磊++杨刚

摘 要：从聚双环戊二烯的成型技术、环境友好性、应用领域和国内外发展状况等几个方面阐述了其应用现状及前景；并结合对聚双环戊二烯在氯碱行业、工程机械和交通领域应用的讨论，提出我国聚双环戊二烯原料及制品发展的建议。

关键词：聚双环戊二烯 反应注射成型 应用 环境友好

中图分类号：TQ04 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0088-02

聚双环戊二烯（Polydicyclopentadiene 简称PDCPD）是由主要来源于石油、柴油裂解制乙烯的副产物C5馏分的双环戊二烯（DCPD）单体在金属卡宾类催化剂的作用下通过易位开环聚合而成的一种新型的热固性工程塑料[1]。这种材料密度低（1.03 g/cm3）有利于制品轻量化，并具有较强的刚性、高抗冲性、热稳定性、抗蠕变性，优秀的耐磨、耐酸碱腐蚀的能力以及卓越的涂饰性，在-40 ℃～160 ℃的范围内均能保证良好的抗冲性、刚性及耐腐蚀性，是一种综合性能优越的热固性工程塑料。本文主要从PDCPD的成型技术、环境友好性、应用领域、国内外发展状况等几个方面，阐述这一环境友好的低碳高性能热固性材料的应用现状及前景。

1 PDCPD及其成型工艺

PDCPD制品的主要成型工艺为反应注射成型工艺（Reaction Injection Molding，简称RIM），即将原料分为A、B组份，A组分包括DCPD、助催化剂、调节剂、添加剂，B组分包括DCPD、主催化剂、调节剂、添加剂，然后将A、B液在混合头中快速混合均匀，注入预热好的模具，在极短的时间内引发聚合反应，从而生产出所需制件。为得到高性能PDCPD制品，近几年出现了增强反应注射成型（RRIM）工艺，该工艺是在原料体系中加入适当的纤维状、片状等填料如玻璃纤维或无机非金属填料，随原料一起混合，注入模腔中反应固化成型的一种成型技术。由RRIM成型工艺生产的PDCPD制品具有更高的性能和更广阔的应用空间（见表1）。

2 聚双环戊二烯的环境友好性

PDCPD作为一种新型的工程塑料，不仅具有优异的性能，更值得注意的是其不论是加工工艺还是最终的制品，都具有显著的环境友好性。DCPD-RIM单体体系的粘度低（约0.3Pa.s），流动性好，成型时不需要很高的锁模压力；而DCPD的聚合反应又属于放热反应，成型时不需要高模温；因此，PDCPD制品的加工过程能耗极低，在原材料制备和成型加工的过程中所需要的能量远远低于聚碳酸酯、ABS、聚丙烯等等传统的工程塑料（见图1）。据统计，每生产1 kg PDCPD制品所需的能源仅为生产同等质量的聚丙烯制品的1/4，聚碳酸酯的1/10。在温室气体排放方面，根据Tenele提供的数据，2008年每生产1 kgPCDP制品，CO2的排放量约为2.4 kg；预计在2015年每生产1kgPCDP制品CO2的排放量将仅为1kg左右。而采用注射成型工艺，在2008年每生产1 kg的ABS或PC，CO2的排放量高达7.2 kg，虽然在2015年预计会降低为4.1kg左右，但是总CO2排放量仍4倍于PDCPD制品（图2）。在回收利用方面PDCPD的环境友好性也同样得以体现，PDCPD制品的废料和废弃物仍可以再次加工粉碎造粒，作为热塑性塑料如PP、RE的填料循环利用。此外， PDCPD制品应用于交通运输等领域时，可以减轻车身重量，从而大提高燃油经济性，节省燃油，降低排放。

3 聚双环戊二烯的应用领域

3.1 聚双环戊二烯在氯碱行业的应用

氯碱工业是我国基础原材料工业，氯碱产品种类多，关联度大，其下游产品达到上千个品种，具有较高的经济延伸价值。据有关部门预测1万吨氯碱产品所带动的一次性经济产值在10亿元人民币以上。氯碱设备长时间工作于腐蚀性环境中，尤其在电解盐水的过程中会产生90 ℃～95 ℃的高温湿氯气，具有极强的腐蚀性。这就要求氯碱设备不仅需要在高温的环境下工作，而且需要极强的耐腐蚀性。然而，目前国内的氯碱行业主要使用的是钛材、镍材等贵金属和衬胶等方法加工制造氯碱设备和管道，材料和生产成本高、使用周期短；衬胶电解槽使用1～2年后就必须进行更换或维修，维修工作量大，费用高，停车时间长。

由于PDCPD具有优异的耐酸耐碱性能，可以在高温条件下（90 ℃～100 ℃）可长时间耐受磷酸、硅氟酸、氢氟酸、盐酸、KOH、NaOH、重钾硫酸钠等腐蚀性溶液。因而，在国外的氯碱行业中，聚双环戊二烯材质已经被应用于制造氯碱设备和管道。实践证明，PDCPD制品可在超过90 ℃的腐蚀性介质中，运行达十年以上。这一材质的应用，不仅可以增加氯碱设备的耐腐蚀性，延长设备的使用寿命，而且可以降低氯碱设备的运营成本，提高设备的产值，增创经济效益。

3.2 聚双环戊二烯在工程机械及交通领域的应用

PDCPD材料除了具有卓越的化学耐受性，还具高抗冲性及刚性，而这一性能结合其轻量化及易加工等特点被广泛应用于工程机械、交通运输等领域，更适用于制备大型和超大型的制件[3]。例如南美沃尔沃卡车公司（Volvo Trucks North America， Inc.）生产的Volvo VN系列重型卡车的底盘整流罩、侧扩展器和保险杠；日本马自达（Mazda）公司RX8轿车的保险杠；Komatsu公司（Komatsu Corporation）生产的KOMATSU WA-30翻斗叉车中的载重板、发动机罩、挡泥板、仪表盘及盖板部件；Caterpillar，Inc.公司生产的轮胎式装载机的车罩盖，该大型部件重达48 kg；罗斯托夫（Rostselmash）农机制造厂新型收割机Giant ACROS（机身尺寸11 m×9.5 m×4 m）的机壳。同时，PDCPD制品也可应用于环保产业，例如小型自发电风叶片，电动车外壳及组件等。

4 国内外发展概况endprint

20世纪80年代，美国Hercules公司和Goodrich公司率先实现了DCPD反应注射成型工业化生产。之后，市场上典型的DCPD-RIM产品主要是Hercules公司与日本帝人化成公司合作开发的METTON，Goodrich与日本瑞翁合作开发的PENTAM

系列。1997年，全球DCPD-RIM材料的产量为2.0万t，随后几年，全球PDCPD的制品消耗量显著增长，2002年PDCPD RIM材料的全球产量达到3.8万t[4]。2003年，日本瑞翁与帝人化成两家公司的RIM业务进行整合而成立了RIMTEC公司，随后于2006年购买TELENE的相关业务而成立了TELENE SAS公司，并在日本、韩国和新加坡注册了PENTAM和TELENE（METTON）商标，在欧洲、北美及其他地区注册了TELENE商标，成为世界上主要的PDCPD原料供应商。目前PDCPD制品的生产及消费主要集中在日本、美国及欧洲。我国的主要研发机构有湘潭大学、天津大学、黎明化工研究院、河南科技大学、中油海科燃气有限公司和西北工业大学，但现仍处于技术不成熟阶段，几乎没有国产化PDCPD商品面世。蓝星（北京）化工机械有限公司于2008年开始引入DCPD-RIM技术，率先在国内进行PDCPD制品在离子膜电解槽中的应用试验，目的在于取代氯碱行业所采用的传统的耐腐蚀结构材料，并准备在此基础上进一步拓展PDCPD制品的品种和应用领域。

5 结语

由于PDCPD制品的原料DCPD是石油、柴油裂解制乙烯的副产物C5馏分，随着国内乙烯大型项目的投产，我国双环戊二烯的产量及品质将会有较大的提高，PDCPD原料将得到充足供给。而近几年，国外对PDCPD需求保持在每年10%以上的增长率，而我国需求也在以平均每年46.2%的增长率增长[4]。因此，发展PDCDP制品行业具有巨大的潜在市场，加强国内PDCPD制品原料及生产技术的研发及推广势在必行。鉴于PDCPD是具有显著的耐酸碱、高抗冲、高刚性的性能优异的环境友好型材料，建议着力发展其在氯碱、工程机械、交通运输领域的应用。

参考文献

[1] 潘炳力，张玉清，严一楠，等.聚双环戊二烯材料的研究进展[J].中国塑料，2009，23（4）：8-14.

[2] 杜颖异，于文杰，李俊贤，等.聚双环戊二烯制品的除臭技术[J].化学推进剂与高分子材料，2010，8（3）：28-37.

[3] 黎华明，刘朋生，陈红飙.聚双环戊二烯的性能研究[J].高分子材料学与工程，1999，15（3）：169-171.

[4] 李红.高抗冲工程材料—— 聚双环戊二烯发展潜力巨大[J].产业市场，2008，16（19）：28-30.endprint

20世纪80年代，美国Hercules公司和Goodrich公司率先实现了DCPD反应注射成型工业化生产。之后，市场上典型的DCPD-RIM产品主要是Hercules公司与日本帝人化成公司合作开发的METTON，Goodrich与日本瑞翁合作开发的PENTAM

系列。1997年，全球DCPD-RIM材料的产量为2.0万t，随后几年，全球PDCPD的制品消耗量显著增长，2002年PDCPD RIM材料的全球产量达到3.8万t[4]。2003年，日本瑞翁与帝人化成两家公司的RIM业务进行整合而成立了RIMTEC公司，随后于2006年购买TELENE的相关业务而成立了TELENE SAS公司，并在日本、韩国和新加坡注册了PENTAM和TELENE（METTON）商标，在欧洲、北美及其他地区注册了TELENE商标，成为世界上主要的PDCPD原料供应商。目前PDCPD制品的生产及消费主要集中在日本、美国及欧洲。我国的主要研发机构有湘潭大学、天津大学、黎明化工研究院、河南科技大学、中油海科燃气有限公司和西北工业大学，但现仍处于技术不成熟阶段，几乎没有国产化PDCPD商品面世。蓝星（北京）化工机械有限公司于2008年开始引入DCPD-RIM技术，率先在国内进行PDCPD制品在离子膜电解槽中的应用试验，目的在于取代氯碱行业所采用的传统的耐腐蚀结构材料，并准备在此基础上进一步拓展PDCPD制品的品种和应用领域。

5 结语

由于PDCPD制品的原料DCPD是石油、柴油裂解制乙烯的副产物C5馏分，随着国内乙烯大型项目的投产，我国双环戊二烯的产量及品质将会有较大的提高，PDCPD原料将得到充足供给。而近几年，国外对PDCPD需求保持在每年10%以上的增长率，而我国需求也在以平均每年46.2%的增长率增长[4]。因此，发展PDCDP制品行业具有巨大的潜在市场，加强国内PDCPD制品原料及生产技术的研发及推广势在必行。鉴于PDCPD是具有显著的耐酸碱、高抗冲、高刚性的性能优异的环境友好型材料，建议着力发展其在氯碱、工程机械、交通运输领域的应用。

参考文献

[1] 潘炳力，张玉清，严一楠，等.聚双环戊二烯材料的研究进展[J].中国塑料，2009，23（4）：8-14.

[2] 杜颖异，于文杰，李俊贤，等.聚双环戊二烯制品的除臭技术[J].化学推进剂与高分子材料，2010，8（3）：28-37.

[3] 黎华明，刘朋生，陈红飙.聚双环戊二烯的性能研究[J].高分子材料学与工程，1999，15（3）：169-171.

[4] 李红.高抗冲工程材料—— 聚双环戊二烯发展潜力巨大[J].产业市场，2008，16（19）：28-30.endprint

20世纪80年代，美国Hercules公司和Goodrich公司率先实现了DCPD反应注射成型工业化生产。之后，市场上典型的DCPD-RIM产品主要是Hercules公司与日本帝人化成公司合作开发的METTON，Goodrich与日本瑞翁合作开发的PENTAM

系列。1997年，全球DCPD-RIM材料的产量为2.0万t，随后几年，全球PDCPD的制品消耗量显著增长，2002年PDCPD RIM材料的全球产量达到3.8万t[4]。2003年，日本瑞翁与帝人化成两家公司的RIM业务进行整合而成立了RIMTEC公司，随后于2006年购买TELENE的相关业务而成立了TELENE SAS公司，并在日本、韩国和新加坡注册了PENTAM和TELENE（METTON）商标，在欧洲、北美及其他地区注册了TELENE商标，成为世界上主要的PDCPD原料供应商。目前PDCPD制品的生产及消费主要集中在日本、美国及欧洲。我国的主要研发机构有湘潭大学、天津大学、黎明化工研究院、河南科技大学、中油海科燃气有限公司和西北工业大学，但现仍处于技术不成熟阶段，几乎没有国产化PDCPD商品面世。蓝星（北京）化工机械有限公司于2008年开始引入DCPD-RIM技术，率先在国内进行PDCPD制品在离子膜电解槽中的应用试验，目的在于取代氯碱行业所采用的传统的耐腐蚀结构材料，并准备在此基础上进一步拓展PDCPD制品的品种和应用领域。

5 结语

由于PDCPD制品的原料DCPD是石油、柴油裂解制乙烯的副产物C5馏分，随着国内乙烯大型项目的投产，我国双环戊二烯的产量及品质将会有较大的提高，PDCPD原料将得到充足供给。而近几年，国外对PDCPD需求保持在每年10%以上的增长率，而我国需求也在以平均每年46.2%的增长率增长[4]。因此，发展PDCDP制品行业具有巨大的潜在市场，加强国内PDCPD制品原料及生产技术的研发及推广势在必行。鉴于PDCPD是具有显著的耐酸碱、高抗冲、高刚性的性能优异的环境友好型材料，建议着力发展其在氯碱、工程机械、交通运输领域的应用。

参考文献

[1] 潘炳力，张玉清，严一楠，等.聚双环戊二烯材料的研究进展[J].中国塑料，2009，23（4）：8-14.

[2] 杜颖异，于文杰，李俊贤，等.聚双环戊二烯制品的除臭技术[J].化学推进剂与高分子材料，2010，8（3）：28-37.

[3] 黎华明，刘朋生，陈红飙.聚双环戊二烯的性能研究[J].高分子材料学与工程，1999，15（3）：169-171.

[4] 李红.高抗冲工程材料—— 聚双环戊二烯发展潜力巨大[J].产业市场，2008，16（19）：28-30.endprint