基于硝基与叔丁基取代改善镍与铁催化剂的乙烯聚合

来源 :武汉大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zx20060522
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聚乙烯是世界上需求量最大的塑料聚合物,尤其是超高分子量的聚乙烯。医疗领域的应用以及各种产品的制造(如电缆、电线、管道和纤维)对于超高分子量的聚乙烯都有着越来越大的需求量。自从Brookhart报道了α-二亚胺-Ni(Ⅱ)和Pd(Ⅱ)催化剂可以非常高效的催化乙烯聚合后,对于乙烯聚合中的催化剂结构与其催化性能之间的关系引起了人们很大的兴趣。对于催化剂的修饰很大一部分都是通过调节N-芳基中取代基或者修改配体框架本身来实现的。本文研究了后过渡金属配合物催化剂(Ni&Fe)的配体框架与其催化乙烯聚合性能的关系。为此,制备了各种各样的吡啶二亚胺铁和1,2-二(芳亚胺)苊-镍配合物催化剂,并将其应用于乙烯聚合。此外,各种取代基的电子效应和位阻效应对聚合反应的影响也被进行了研究。本文对金属配合物进行了深入的乙烯聚合研究,以确定金属配合物对Mw,Mw/Mn,Tm和催化效率等聚乙烯性能的影响。这篇论文共分为六章。  聚乙烯是世界上需求量最大的塑料,同时在医疗领域以及各种制造行业(如电缆、电线、管道和纤维)的需求量在前所未有的增长。自从Brookhart报道了α-二亚胺-Ni(Ⅱ)和Pd(Ⅱ)催化剂可以非常高效的催化乙烯聚合后,对于乙烯聚合中的催化剂结构与其催化性能之间的关系引起了人们很大的兴趣。本论文研究了后过渡金属配合物催化剂(Ni和Fe)与其催化乙烯聚合性能的关系。为此,制备了各种各样的吡啶二亚胺铁和1,2-二(芳亚胺)苊-镍配合物催化剂,并将其应用于乙烯聚合。此外,也进行了各种取代基的电子效应和位阻效应对聚合反应影响的研究。本论文共分为六章。  1.详细介绍了Ni,Pd,Fe和Co的配合物,其中包括后过渡金属催化剂的历史发展和最新进展。在这部分内容中会提及到配体的类型及其对催化性能的影响。此外,本章末尾还介绍了拟议研究的范围。  2.为了提高聚乙烯的性能,将吸电子能力较强的取代基(NO2)引入到1,2-二(芳亚胺)苊配体框架以及一系列镍卤代配合物中,并研究了它们对乙烯聚合的催化性能的影响。在Et2AlCl或EASC存在的条件下,镍溴代配合物比镍氯代配合物的催化性能更好。由此产生的聚乙烯显示出显著增强的性能,特别是其分子量在106g/mol范围内并有着非常窄的分子量分布。  3.为了与吸电子取代基的影响相比较,给电子取代基被引入到1,2-(芳亚胺)苊镍配合物中,并研究了它们对乙烯聚合的影响。在Et2AlCl或MMAO的活化下,所有的镍配合物都表现出了非常高的催化乙烯聚合活性(1.26×107g PE mol-1(Ni)h-1),所生成的聚合物具有高达106g/mol的分子量并且支化度也很高(高达172/1000C)。对应力应变和弹性恢复的分析结果表明,所合成的聚乙烯材料具有高的抗拉强度,良好的形状稳定性,较好的弹性恢复能力(高达69%)以及断裂伸长率(εb=843.9%),是一种潜在的聚乙烯弹性体。  4.为了提高催化剂的热稳定性和催化活性,制备出了一系列含有叔丁基的不对称和对称的吡啶二亚胺铁配合物。在MMAO或MAO的活化作用下,所有的铁配合物在较宽的升温条件下都表现出高活性(在50,60,70和80℃条件下,活性分别高达12.0,12.4,12.8和13.1×106g PE(mol Fe)-1h-1。在相同的条件下,80℃时的活性大约是原始铁催化剂的5倍。此外,所采用的助催化剂的性质对于定义微结构特性方面具有显著的影响。例如MAO活化的铁预催化剂催化生成的聚合物中乙烯基和正丙基官能团作为端基的占比为0.66/0.44;另一方面,使用MMAO作为助催化剂时,聚合物链以异丁基、正丙基和乙烯基官能团在终端位置来进行终止反应的比例为0.49/0.33/0.18,这表明这两种聚合反应的向Al(R)3链转移和β-H消除机理均存在。  5.为了提高催化效率和所产生得聚乙烯的性能,强吸电子取代基被引入到吡啶二亚胺配体中,并合成出不对称和对称的吡啶二亚胺铁配合物。对称的2-6-二(1-(2,6-二苯甲基-4-硝基芳亚胺)乙基)吡啶-铁配合物仅表现出很低的催化活性,而所有不对称的2-(1-(2,6-二苯甲基-4-硝基芳亚胺)乙基)-6-(1-(芳亚胺)乙基)吡啶-铁配合物表现出非常高的活性  6.在这一章中,对整个研究进行了总结,并对未来进行了展望。
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