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随着石油化工和煤化工的迅速发展,环戊二烯的产量大幅度增加,以往通过高温或共聚来获得它的少量产品,大部分原料没有被开发成产品;即便已有的聚合物,由于其结构复杂,不能从理论上精确计算它的一些重要物理、化学参数。因此深入研究均聚物的结构和性能的关系,对于塑料改性,特别是聚丙烯热封性、氧气阻隔性能方面很有经济意义等。这样一方面可以大量消化石油C5副产物,另一方面可大大提高通用塑料产品的附加值和使用性能。 在文献上环戊二烯阳离子聚合通常需要在低温下进行。通过我们系统的研究工作,采用Lewis酸催化剂,在室温、不同溶剂中聚合环戊二烯,得到了重均分子量为2,000-15,000的齐聚物。这种合成工艺过程是对工业化生产具有创导性的意义。实验表明:溶剂对环戊二烯聚合产物的分子量和结构影响最大,在二氯甲烷极性溶剂中、以TiCl4为催化剂室温聚合得到数均分子量7000以上的聚合物;而在非极性溶剂如环己烷中,只能获得分子量为2600的齐聚物。Lewis酸种类对环戊二烯齐聚物分子量和1,2-结构比例的影响较大。以BF3OEt2为催化剂聚合得到的齐聚物分子量较大,且1,2-结构比例最低。原因在于催化剂与溶剂形成了两种离子对形式:强Lewis与极性溶剂形成松离子对;而弱Lewis酸与非极性溶剂形成紧离子对,其结果影响链增长过程。研究SnCl4、TiCl4及BF3OEt2催化剂在环己烷中的聚合反应,得到了它们的链控因子CT和单体链转移因子CM。BF3OEt2为催化剂的环戊二烯聚合反应,加入少量的水使链增长活性增加,同时也是链转移剂;当水与BF3OEt2催化剂的摩尔比超过0.8时,产物的分子量趋于恒定,分子量分布变小。这也证明了水的共引发作用机理。 反应参数对环戊二烯齐聚物分子量分布的理论统计工作至今没有人做过。利用群子统计理论对环戊二烯聚合过程中各种反应因素对产物的分子量和分子量分布进行了统计,从能量角度阐述了聚合反应规律。由实验得到的分子量分布均匀性标度参数R1×R2与反应时间、溶剂的介电常数、反应温度、单体浓度、催化剂浓度和共引发剂比例等因素有极好的线性关系,与分子量分布良好的关联性可以从理论上预测反应进程,具有重要的理论和实际使用价值。 环戊二烯聚合产物在空气中极易氧化成不溶不熔的深色固体。以往用氧化铂为加氢催化剂,成本高、不能循环使用。用骨架镍在环己烷中氢化环戊二烯齐聚物,加氢度可达到100%。氢气压力对反应进程影响最大,超过5MPa时,氢化