C5炭化水素樹脂石油分解の C5 留分から得られる熱可塑性樹脂です。 C5 炭化水素樹脂のサプライヤーとして、私たちはこの材料が高温でどのように機能するかという質問をよく受けます。このブログでは、その高温での挙動の背後にある科学と、その熱性能に影響を与える主な要因を探ります。
C5 樹脂の熱抵抗の中心的なメカニズム
1. 化学構造と水素化
未変性の C5 樹脂には、ピペリレン、イソプレン、シクロペンタジエンなどのジエン モノマーに由来する残留二重結合 (不飽和) が含まれています。これらの不飽和部位は、高温での熱酸化を受けやすくなります。これらの二重結合の電子雲密度は高いため、酸素との付加反応が起こりやすく、連鎖酸化を開始する過酸化ラジカルが生成され、樹脂の黄変や機械的特性の劣化につながります (Li et al., 2026)。
接触水素化は、二重結合を安定な炭素-炭素単結合 (C=C → C-C) に変換します。リーら。 (2026) は、Ni-Al 触媒を使用すると、C5 樹脂の臭素価が 73.39 gBr/100g から 0.43 gBr/100g に減少し、ガードナー色が 10 以上から 0.3 に改善されたと報告しました。この不飽和結合の実質的な飽和により、熱安定性が大幅に向上します。水素化 C5 樹脂は、最適化された条件下での水素化後にガードナーカラー ≤ 1 を達成できます。
別の化学修飾ルートは、脂肪族主鎖に芳香族セグメントを導入する C5/C9 共重合です。このアプローチにより、C5 樹脂の柔軟性と C9 樹脂の熱耐久性のバランスが取れ、C5/C9 コポリマー樹脂が高温の接着剤やゴムの用途に適したものになります。
2. 分子量制御 (Mw および多分散性)
熱抵抗と流れの挙動は、チェーンの長さのダイナミクスに大きく依存します。
絡み合いと分子間力:より高い分子量 (Mw) 鎖はファンデルワールス相互作用を増加させ、軟化点を上昇させ、熱軟化に対する耐性を向上させます。 C5 炭化水素樹脂の場合、Mn は通常約 400 ～ 2,000 g/mol、Mw は約 500 ～ 3,500 g/mol の範囲にあります (特許 KR20000070007A)。
狭い分子量分布 (PDI):低分子量の「テール」を除去することで、揮発性有機化合物 (VOC) の排出と初期の熱蒸発が削減され、同時に過度に高分子量の画分が回避されることで、処理粘度が管理可能に保たれます。 C5 炭化水素樹脂の場合、多分散度 (PDI、Mw/Mn) は通常約 1.2 ～ 5 の範囲であり、通常の範囲は 1.2 ～ 3.5 です (特許 KR20000070007A)。
3. 安定剤と抗酸化システム
高温処理 (170°C ～ 190°C でのホットメルト接着剤の塗布など) 中に樹脂マトリックスを保護するために、次の二次添加剤システムが組み込まれています。
一次酸化防止剤 (ヒンダードフェノール):フリーラジカルを除去して、最初の鎖切断を防ぎます。ヒンダードフェノール系酸化防止剤は、感圧接着剤組成物の高湿熱に対する耐性を向上させるために好ましい。
二次酸化防止剤 (ホスファイトまたはチオエステル):ヒドロペルオキシドを非ラジカルの不活性種に分解します。ホスファイト系酸化防止剤は、着色や汚染を引き起こすことなく、ヒドロペルオキシドを高効率で分解するのに特に効果的であり、水素化 C5、C9、および DCPD ベースの樹脂によく適しています。
相乗効果:デュアルプライマリ/セカンダリシステムにより、熱劣化を防ぎ、色の安定性を維持します。最適化された酸化防止剤システムを備えた水素化石油樹脂は、高温処理中に色の安定性を維持できます。
炭化水素樹脂の種類間の性能比較
| 樹脂の種類 | 化学骨格 | 熱安定性 | 高温時の主な利点 | 典型的な軟化点 (°C) | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| 標準 C5 脂肪族 | 不飽和直鎖/環状脂肪族 | 適度 | 優れた初期粘着性とオープンタイム。低コスト | 70～110 | 短サイクルHMA、包装用接着剤 |
| 水素化C5 (H-C5) | 完全飽和脂肪族 | 非常に高い | 優れた耐黄変性、低臭気、最小限のVOC | 95～110 | 衛生用品、高級 HMA、クリア コーティング |
| C5/C9 コポリマー | 混合脂肪族/芳香族 | 高い | C5 の柔軟性と C9 の熱耐久性のバランスをとります。 | 90～120 | ゴム配合、高温接着剤 |
| 水素化C9(H-C9) | 飽和脂環族・芳香族 | 最高 | 高い軟化点、高い耐熱性 | 100～140 | 工業用高温接着剤、シーラント |
高温性能のための分析品質管理
工業用配合の前に熱安定性を検証するには、次の 2 つの主要な熱分析手法が使用されます。
熱重量分析 (TGA):
目的：温度上昇に伴う質量損失を正確に測定します。
主要な指標:Td (分解温度 / 5% 重量損失閾値)。揮発性物質の放出やバックボーンの破損が起こる前の最大安全動作温度を特定します。研究によれば、C5 石油樹脂は窒素雰囲気下で 250°C 以下で良好な安定性を示すことが示されています (Li et al., 2010)。水素化石油樹脂は一般に、非水素化グレードよりも高い熱分解温度を示します。
示差走査熱量測定 (DSC):
目的：物理的および化学的な相転移に関連した熱の流れを追跡します。
主要な指標:Tg (ガラス転移温度) と酸化誘導時間 (OIT)。 OIT は、試験される材料の安定化のレベルまたは程度の定性的評価であり、OIT 値が高いほど、高温下での熱酸化劣化に対する長期耐性が優れていることを示します (ASTM D3895-19)。水素化 C5 樹脂のガラス転移温度は、分子量と水素化の程度によって異なります。値は特定の製品の技術データシートから取得する必要があります。
参考文献
リー、N.ら。 （2026年）。 C5/C9 石油樹脂の水素化用高性能 Ni-Al 触媒: 分散性、安定性、および反応速度に対する触媒組成の影響。工業・工学化学研究、65(4)、2085–2107。
Li, A.、Sun, X.、Zhang, H.、Xu, G. (2010)。 C5石油樹脂の熱分析。東北石油大学雑誌。
ASTMインターナショナル。 （2019年）。 ASTM D3895-19: 示差走査熱量測定によるポリオレフィンの酸化誘導時間の標準試験方法。ペンシルバニア州ウェストコンショホッケン: ASTM インターナショナル。
特許KR20000070007A。 （2000年）。炭化水素樹脂製造用触媒 - 固体酸。韓国特許庁。