【摘 要】
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(α-二亚胺)镍催化剂中配体的空间结构和电子效应对催化剂的催化行为以及聚合产物的性能有着显著的影响。但是到目前为止,关于配体结构对催化剂的催化性质的影响仍然缺乏系统性的研究。而且,该类镍催化剂的热稳定性普遍较差,限制了其在常规工业聚合条件下的应用。因此研究耐热型(α-二亚胺)镍催化剂和对聚合产物性能的调控是该类催化剂研究领域中两个亟待解决的课题。课题组前期的研究表明,对配体骨架结构的修饰可以提高镍
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(α-二亚胺)镍催化剂中配体的空间结构和电子效应对催化剂的催化行为以及聚合产物的性能有着显著的影响。但是到目前为止,关于配体结构对催化剂的催化性质的影响仍然缺乏系统性的研究。而且,该类镍催化剂的热稳定性普遍较差,限制了其在常规工业聚合条件下的应用。因此研究耐热型(α-二亚胺)镍催化剂和对聚合产物性能的调控是该类催化剂研究领域中两个亟待解决的课题。课题组前期的研究表明,对配体骨架结构的修饰可以提高镍络合物的热稳定性和实现对聚合物性能的调控。本论文合成了一系列具有不同骨架结构的(α-二亚胺)镍络合物(B-Cat~Cat-4),通过研究这些催化剂在不同聚合条件下催化乙烯聚合的催化行为和所得聚乙烯材料性能的差异,为新型烯烃催化剂的设计和合成提供新的思路和理论指导。(1)以1,8-二甲基萘为配体骨架的催化剂Cat-2在高聚合温度或者被MAO活化的条件下可以表现出比经典的(α-二亚胺)镍催化剂B-Cat更高的乙烯催化活性。利用噻吩-2-甲酰氯(TPCC)淬灭法对两个催化体系的活性中心数进行测定后发现,Cat-2的活性中心可以在更长时间范围内保持稳定,因此Cat-2比B-Cat具有更长的有效催化时间。通过对比B-Cat、Cat-2和本实验室设计的耐热型镍催化剂Cat-1的催化剂空间结构和配体电子效应,发现Cat-2的配体骨架中供电子甲基的引入是其热稳定性提高的主要原因。(2)与B-Cat相比,以苊烯为配体骨架的催化剂Cat-3制得聚乙烯的分子量更高。比较两个催化剂的空间结构发现,Cat-3的高度共轭配体骨架可以为CAr-N键的旋转提供更大的自由度,导致配体的苯胺部分对金属中心的空间位阻作用增加,抑制乙烯聚合过程中的链转移反应,最终可以使得聚合产物的分子量提高。(3)合成了苯胺部分2,6位取代基为甲基的催化剂Cat-4,并将其与Cat-3催化乙烯聚合的催化行为进行了对比。在高聚合温度下,Cat-4的乙烯催化活性及所得聚乙烯的分子量和支化度都明显低于Cat-3,证明了(α-二亚胺)镍催化剂中活性中心周围空间位阻确实对其催化行为具有显著的影响。通过TPCC淬灭法测定催化体系中的活性中心数及对Cat-4催化剂结构和密立根电荷数的分析,验证了配体空间位阻作用和电子效应对催化剂的热稳定性的影响。(4)上述五种催化剂(B-Cat~Cat-4)都具有较强的链行走能力。它们通过常压乙烯聚合制得的聚乙烯的支化度高、结晶度极低。聚乙烯产物的支链结构中,甲基支链和长支链的比例均较大。(5)利用Cat-3/DEAC催化体系催化乙烯加压聚合得到了力学性能优异的聚乙烯样品,不同聚合条件下得到的聚乙烯的力学性能会有所差异。在45℃和0.7 MPa乙烯压力下制得的聚乙烯的拉伸强度和断裂伸长率可以达到18.69 MPa和1581%;在被拉伸至300%的应变10次以后,弹性回复率可以达到66.5%。通过聚合物的流变性能测试和广角X射线衍射(WAXD)分析,证明了聚乙烯中存在分子链缠结和拉伸结晶现象。初步建立了催化剂结构、聚合条件、聚合物分子结构和力学性能四者之间的联系。(6)利用上述催化剂(B-Cat~Cat-3)催化α-烯烃(丙烯、1-己烯)聚合,发现由于α-烯烃的1,ω-成链,聚合物的支化度小于理论值。Cat-1/DBAC催化体系在低聚合温度下催化丙烯聚合时可以表现出准活性聚合的特征。聚丙烯和聚己烯的分子量和链结构主要受到聚合温度以及单体浓度的影响。
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