单茂第IVB族过渡金属配合物催化乙烯与环烯烃共聚

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环烯烃共聚物由于其良好的耐热性、透明性及耐化学腐蚀性等特点,而有望在工程塑料和光学器件中得到应用。如何提高环烯烃聚合的耐热性同时保持良好韧性,是目前亟待解决的一个问题;另一方面,在前过渡金属催化剂中如何有效引入极性官能团到环烯烃共聚物中,改善材料表面性质,也是另一具有挑战性的问题。围绕这两方面内容,展开了本文的工作,取得的已有成果如下:  (1)硫酚膦单茂钛配合物在Al(iBu3)/[Ph3C][B(C6F5)4]活化下,能高效催化乙烯(E)/exo-1,4,4a,9,9a,10-hexahydro-9,10(1,2)-benzeno-1,4-methanoanthracene(HBMN)共聚。75℃,4atm乙烯压力,0.4 M共单体浓度条件下,HBMN插入率能达到46.7 mol%,聚合活性为1680 kg/(molTih),此时Tg高达250℃,高于CGC催化剂得到的乙烯/HBMN共聚物。DFT计算表明,[S,P]TiCp无论是在空间位阻还是电子因素方面,都为HBMN的插入创造了有利条件。然而由于HBMN大的空间位阻,乙烯与HBMN会分别从[S,P]TiCp活性种中S和P的对位进行配位,形成了特有的“单一物种,双配位点”聚合机理,在特殊聚合机理下,聚合物中存在序列分布不均匀现象,表现为聚合物13C谱中有很大比例的HBMN连续序列结构,而此时共单体插入率仅为36.7 mol%,同时DSC图中既有玻璃化转变峰又有结晶峰。通过乙烯/降冰片烯(NBE)/HBMN三元共聚,引入少量HBMN到E/NBE共聚物中,序列分布不均匀现象可以减轻同时聚合物Tg可以明显提高。  (2)酚氧膦单茂锆配合物能高效催化乙烯与NBE及其衍生物(5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)和5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB))共聚,ENB和VNB都可以区域选择性插入到聚合物链中,聚合物中悬挂双键通过简单有机反应即可实现后功能化。  含不同取代基的四个配合物催化乙烯均聚时,活性非常低,且只能得到齐聚物。聚合性能受助催化剂影响很大,不同助催化剂作用下所得聚合物的分子量由大到小顺序:d-MAO>Al(iBu3)/[Ph3C][B(C6F5)4]>MMAO;而聚合活性由大到小的顺序:MMAO>Al(iBu3)/[Ph3C][B(C6F5)4]>d-MAO,聚合体系中存在明显的向烷基铝转移现象,四个配合物的结构特点与聚合效果间无明显关系,可能是各催化剂最佳聚合条件不同。  四个配合物用于乙烯与环烯烃共聚时,配合物A所得三种共聚物E-NBE、E-ENB和E-VNB中的共单体插入率分别能达到62、76和40.6 mo1%,此时聚合活性都高于103 kg/(molzrh)。配合物结构特点与共聚效果间存在明显对应关系:配体空间位阻越小,亲核性越弱,则共聚活性、分子量和插入率都越高。三种共单体在同一催化体系中表现出的共聚效果也不相同:插入率和分子量方面由大到小顺序为ENB>NBE>>VNB。  进行E/NBE/VNB和E/ENB(或VNB)/HBMN三元共聚,可以分别实现向二元共聚物中引入极性官能团实现材料的后功能化和提高二元共聚物Tg。E/NBE/VNB三元共聚物通过简单硫-烯click反应即可引入巯基丙酸官能团到聚合物中;E/VNB/HBMN三元共聚物中,引入少量HBMN不仅不会降低VNB插入率,而且聚合物分子量也会增加,Tg也会明显提高。通过对乙烯基双键环氧化和苯环磺化,可以同时引入两种极性官能团到聚合物链中。
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