Под НПС (иногда их называют нефтяными, углеводородными смолами) понимают особый класс синтетических низкомолекулярных смол, получаемых из нефтяного сырья.
Нефтеполимерные смолы (НПС) являются неотъемлемой частью многих промышленных процессов и играют ключевую роль в различных отраслях промышленности. Например, они широко используются в нефтегазовой отрасли для уплотнительных материалов и защитных покрытий. В автомобильной промышленности НПС используются для производства автомобильных бамперов и других деталей, благодаря их прочности, эластичности и устойчивости к воздействию окружающей среды [1].
Все НПС смолы классифицируют по типу сырья, из которого они получены. Принято выделять:
– алифатические смолы, сформированные из углеводородов С5, в основном, они состоят из циклопентадиена, пентенов и пиперилена;
– ароматические смолы, включающие углеводороды С8-С9, в первую очередь, стирол, α-метилстирол, винилтолуолы, инден и его производные;
– смолы на основе дициклопентадиена (ДЦПД);
– комбинированные смолы на основе смеси углеводородов С5-С9;
– модифицированные смолы, которые получают сополимеризацией определённых фракций с фенолом, малеиновым ангидридом и некоторыми другими мономерами.
Исходным сырьем для синтеза НПС являются продукты нефтепереработки и нефтехимии, которые содержат непредельные углеводороды. В основном это жидкие продукты пиролиза, некоторые продукты каталитического и термического крекинга [1]. Производство НПС в РФ, в основном, опирается на использование продуктов пиролиза.
Основной метод синтеза НПС – полимеризация соответствующих низкомолекулярных соединений. В зависимости от участвующего в процессе полимеризации промежуточного активного центра – радикала или иона, – различают радикальную и ионную полимеризацию.
При ионной (каталитической) полимеризации протекает взаимодействие катализатора и мономера с образованием каталитического комплекса, который диссоциирует на ионы. В этом случае катализаторы не входят в состав полимера и поэтому не расходуются в процессе полимеризации.
При радикальной полимеризации реакция инициируется свободными радикалами, которые формируются под действием тепла (термическая полимеризация) или под влиянием химических инициаторов (инициированная полимеризация) [2].
Термическая полимеризация олефинов заключается в нагревании исходных компонентов до температур порядка 250 °С. Процессы проводятся при избыточных давлениях до 1 МПа и характеризуются выходом НПС до 45 %.
Инициированная полимеризация требует использования химических инициаторов, способных распадаться на радикалы при более низких температурах, чем те, которые требуются для термической полимеризации, как правило, при синтезе НПС это 150-200 °С. В качестве инициаторов чаще всего используются гидропероксиды различного строения, например: пероксид бензоила, пероксид дикумила, гидропероксид кумила, пероксид ди-трет-бутила и т.д. Процессы проводят при давлении до 0,5 МПа с выходом смолы до 35 % [3].
Каталитическую полимеризацию проводят в присутствии апротонных кислот (кислот Льюиса), например, хлорида алюминия. Этот процесс характеризуется минимальными температурами (60-80 °С) и максимальными значениями выхода НПС – до 50 %.
В целом, выбор метода производства НПС зависит от многих факторов, включая целевые свойства смолы, доступность сырья и экономическую целесообразность. С точки зрения технологических показателей оптимальным методом производства НПС является каталитическая полимеризация. В то же время сравнение технико-экономических показателей процессов получения НПС показывает, что именно каталитическая полимеризация характеризуется максимальной себестоимостью смолы.
Разработка новых методов производства и расширение сырьевой базы для получения НПС, улучшение существующих способов являются активно исследуемыми направлениями развития нефтехимической промышленности.
