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自1969年日本科学家Inoue首次报道二氧化碳与环氧丙烷的共聚反应以来,这一领域的研究引起广泛的兴趣。其中寻求高效、制备工艺简单和低成本的催化剂是这项技术产业化生产的关键。在本论文的研究中,采用一系列新型多配体催化剂应用于二氧化碳和环氧化合物的共聚合反应。该催化体系催化效率高,可操作性好,可制备超高分子量的聚甲基乙撑碳酸酯(PPC),具有非常好的工业应用前景。
在新型多配体催化剂(ZnlG-A)作用下,为了提高PPC的热性能和机械性能,在二氧化碳和环氧丙烷的聚合体系中加入少量二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。MDI的加入可以对聚合物分子链起到支化和交联的作用,得到超高分子量的聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)。系统考察了聚合反应的温度、压力及MDI加入量对聚合反应产物PPC的影响。为了保持微交联PPC热塑性塑料的性质,MDI的加入量应控制在1.5 wt.%以下。聚合物的热性能和机械性能数据表明,加入MDI可以提高聚合物的玻璃化转变温度,热分解温度,拉伸强度。
利用新型多配体催化剂(Zn2G-A)成功催化环氧丙烷(PO)、环氧环己烷(CHO)和CO2的三元无规共聚反应,得到系列三元共聚物.聚甲基乙撑环己撑碳酸酯(PPCHC),表现出很高的催化效率,制备得到超高分子量的聚合物PPCHC。考察了反应温度对聚合反应的影响,三元聚合反应的最佳温度在80℃。对三元共聚物的结构,分子量,热力学性能进行了详细的表征。三元无规共聚物PPCHC表现出了比PPC更好的热学性能和力学性能。这些性能的提高说明将第三单体CHO引入CO2和PO的共聚反应来改善PPC的性能有一定得效果。
采用分段反应法,利用多配体催化剂(Zn2G-A)成功催化二氧化碳和环氧丙烷(PO)、环氧环己烷(CHO)的嵌段共聚反应,生成嵌段共聚物聚甲基乙撑-环己撑碳酸酯(PPC-PCHC)。嵌段共聚物出现了多个玻璃化转变温度(35℃,66℃,115℃),热失重温度提高到300℃左右。拉伸试验证明嵌段共聚物的力学强度也得到很大的提高。可见,通过嵌段共聚的方法引入第三单体能够有效解决PPC耐热性能差、加工易分解的局限性,同时增强了PPC的力学强度,拓展了PPC在更广领域范围的应用。
首次使用在线称重法对二氧化碳和环氧丙烷在多配体催化剂(Zn2G—A)作用下的共聚过程进行了反应动力学的初步探索,并研究了压力变化对反应速率的影响。由于扩散现象的影响,二氧化碳和环氧丙烷共聚的反应速率可分为三个增长阶段,先快中慢后快,呈S型变化趋势。