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本文合成并表征了未见文献报道的两个系列(系列Ⅰ,以2-乙酰基环己酮为母体;系列Ⅱ,以2-苯甲酰基环己酮为母体)十个新的β-酮胺配体(L1-L10)及相应的两个系列十个新型双-(β-酮胺)镍(Ⅱ)配合物(1-10),并对配体L3,L5及配合物1,2,3,5的结构均通过单晶X-射线衍射测定。在固体状态下,配体以酮胺形式存在,且L5的单晶是由两个单独分子通过分子间氢键作用而构成。所有配合物的配位几何构型均为单核四配位且近乎理想的平面四面形的构型。镍原子与两对处于反位的β-酮胺的N,O-鳌合的单阴离子双配体配位形成两个稳定的六元金属鳌合环。
对于两种结构特殊的β-二酮,2-乙酰基环己酮和2-苯甲酰基环己酮,进行Schiff碱缩合反应时,改变β-二酮与一级芳胺的摩尔比1:2甚至于1:3并不能得到相应的β-二亚胺,得到的仍然是β-酮胺。另外,由于空间阻碍,我们发现这种缩合脱水反应仅发生在环己酮上的羰基位,而不是乙酰基或苯甲酰基上的羰基位。
以上合成得到的双-(β-酮胺)镍(Ⅱ)配合物(1-10),经甲基铝氧烷(MAO)活化后,均可作为主催化剂前体来催化降冰片烯(NBE)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)的均聚和共聚合。所得聚合物的微观结构和性能经1HNMR、13CNMR、FTIR、DSC以及GPC技术表征和测试。
采用1-10/MAO催化剂体系,系统地进行了NBE加成聚合的研究。结果表明,以上所有催化剂体系对NBE聚合反应皆显示出较高的活性(106gPNBE/molNi·h)。聚合产率和聚合活性均随反应温度的升高先增加后减小,并均可在温度80℃附近内达到最高值。但温度的升高同时导致聚合产物的分子量降低,分子量分布变宽;聚合活性随着[Al]/[Ni]比值的增加而逐渐增大,在[Al]/[Ni]比值达到1000-1500之间基本上会出现一个峰值。而聚合物分子量则随着[Al]/[Ni]比值的增大而减小;增大主催化剂的浓度有助于提高聚合物产率,但聚合活性却降低;聚合产率随着时间延长的而增加,但聚合活性和聚合物分子量则均随着随聚合反应时间的延长而降低。
比较两个系列十个催化剂的活性,发现有如下规律:系列Ⅰ配合物(由乙酰基环己酮制得),3>4>1>2;系列Ⅱ配合物(由苯甲酰基环己酮制得),7>8>5>6>10>9,表明亚胺基N上的取代基位阻越大,催化活性越高。配体上亚胺基N上的取代基的电子共轭效应较强(如取代基为萘基和芴基)时的催化剂活性明显较电子共轭效应差的高。另外,系列Ⅱ配合物催化活性高于系列Ⅰ配合物。
PNBE的结构和性能测定结果表明,以上催化剂体系得到的PNBE的Mn为100万左右,是以mm为主,mr次之,rr最低的无规立构型加成聚合物;聚合物具有良好的热稳定性及较高的玻璃化转变温度(Tg>350℃),并且表现为非晶但短范围内有序的特征。所有聚合物均可溶于环已烷、氯苯、邻-二氯苯等有机溶剂中。
采用1-10/MAO催化剂体系,系统地进行了MMA配位聚合的研究。结果表明,以上所有催化剂体系对MMA聚合反应均显示出一定的活性。随着反应温度的升高,聚合产率和聚合活性均呈现先增加后又减小的规律,并均在60℃附近时出现最大值。而聚合产物分子量则随温度升高而增大,分子量分布变宽;[Al]/[ni]比值增大,聚合活性明显增大,但当[Al]/[Ni]比值增加到一定值时,聚合活性反而有所下降;主催化剂的浓度的增大有利于聚合物产率提高,但聚合活性则随着主催化剂的浓度的增大呈先增大后减小的趋势。此外,催化剂活性受到催化剂配体上空间位阻效应的影响与NBE聚合反应不同。在60℃时催化剂活性的规律为:系列Ⅰ配合物(由乙酰基环己酮制得),4>3,系列Ⅱ配合物(由苯甲酰基环己酮制得),8>7>9>10,其他配合物的催化活性相互交错,难于比较;另外,系列1配合物催化活性高于系列Ⅱ配合物。这些规律与它们催化NBE的活性完全相反。
PMMA的微观结构和性能测定结果表明,以上催化剂体系得到的PMMA的Mn为1-10万左右,为中等间规度的聚合物。聚合物表现为非晶态。
采用配合物/MAO催化剂体系,研究了不同单体投料比对NBE与MMA共聚合活性以及共聚物组成的影响。研究发现,两种单体进行共聚合时的活性,均比各自均聚的活性要低得多。用位阻效应较小和电子共轭效应较强的催化体系可有效地得到NBE与MMA的共聚物。共聚物中NBE的插入量可通过控制单体进料比来控制,且随着单体进料比中NBE比率的增加而增加。
共聚产物的结构和性能测定结果表明,以上催化剂体系能有效地催化MMA与NBE共聚合反应,而且NBE在与MMA共聚时仍然按加成聚合的方式进行。对于N上取代基为大共轭基团带有强共轭电子效应的萘胺基的配合物3和7对MMA和NBE的共聚都有较高的催化活性(7最高,达1.91×105gpolymer/molNi·h)。这和它们催化MMA和NBE的均聚规律相似。合成的共聚产物根据NBE插入量的不同而为嵌段或嵌均共聚物。共聚物的WAXD图显示,所得共聚物结晶性因共聚物分子链中引入了NBE嵌段或微嵌段,破坏了分子链的规整性和对称性而变差。TG结果表明共聚物中确实存在MMA和NBE两种不同结构的组分,而且MMA链段完全分解时的温度随着NBE插入量的增大而下降。共聚物在30-250℃范围内只表现出了PMMA的玻璃化转变温度的特征,表明共聚物为MMA序列较长而NBE序列很短的嵌段或嵌均型结构,PNBE对共聚物的影响较小。