后过渡金属催化降冰片烯、丁二烯聚合及聚合物功能化改性的研究

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配合物中引入侧臂给电子体已经成为一种改善催化剂催化性能的有效途径,但在烯烃、双烯烃的应用中却少有报道。本文以在配合物中引入S或P为主线,合成、表征了一系列钳形的Ni(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Co(Ⅲ)等过渡金属配合物,研究了其催化降冰片烯、丁二烯的聚合行为。并基于可逆催化络合聚合与叶立德同源聚合反应对聚烯烃及聚双烯烃进行改性。具体研究内容如下:  1.合成了一系列吡啶/喹啉单亚胺NNP三齿Ni(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)配合物,采用红外光谱、元素分析和X-射线衍射对配体和配合物进行了表征。X-射线衍射分析表明,镍配合物1a呈现出方形锥体构型,镍配合物4a呈现出三角双锥构型,而钯配合物2b阳离子部分呈现扭曲平面几何构型。在甲基铝氧烷(MAO)活化下,Ni(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)催化剂催化降冰片烯聚合时均具有非常高的催化活性,生成高分子量聚合物。在倍半乙基氯化铝(EASC)活化下,Ni(Ⅱ)催化剂催化丁二烯合成了数均相对分子量为4200~7700,顺-1,4结构的摩尔分数在74.5%~79.9%的液体聚丁二烯。由于在配合物中引入软电子给体P原子,且改变亚胺N与P之间的柔顺性,使Ni(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)体系表现出好的高温热稳定性。  2.合成了一系列新型8-(甲硫基)-2-(吡唑)喹啉型Co(Ⅱ)配合物,并用红外光谱、元素分析、紫外可见光谱、X-射线衍射等手段对其结构进行了表征。X-射线衍射分析表明:配合物3b和3c几何构型分别为扭曲的四方锥和三角双锥。采用EASC和MAO作为助催化剂,可以高效引发丁二烯的高选择性高顺式-1,4聚合,配体的结构、助催化剂种类、助催化剂用量、温度等对Co(Ⅱ)催化剂的活性有着很大的影响。配体取代基的共轭效应越大,催化剂活性越高。而有别于多数过渡金属催化体系的是,该钴催化剂表现出了较好的热稳定性,在聚合温度达到100℃时,所得聚合物收率仍然在73.3%以上。  3.合成了一系列新型单亚胺杂环PNX三齿Co配合物,用红外、元素分析和X-射线衍射等方法对其结构进行了表征。对于3a-3f配合物,以离子对[L2Co]2+[CoCl4]2-形式存在。X-射线衍射分析表明3g为三价钴配合物,呈扭曲的正八面体构型。配体的结构、助催化剂种类、助催化剂用量、聚合温度等对单亚胺杂环PNX三齿Co体系的催化活性及微观选择性有着较大的影响。在MAO活化下,配合物中的杂环影响聚合物的1,2-含量,吡咯环型单亚胺PNN型配合物可得到1,2-含量为64.1%的聚丁二烯。而在EASC活化下,主要得到以顺-1,4为主的聚丁二烯。80℃聚合时,聚合物收率仍能达到79.6%,表明该催化体系有很好的高温热稳定性。  4.采用配位链转移聚合(CCTP)与碘封端相结合的方法制备大分子链转移剂(PBD-Ⅰ);然后利用碘代化合物存在下的可逆-失活自由基聚合,引发MMA聚合,得到聚丁二烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯(PBD-b-PMMA)两嵌段聚合物。在本体聚合时,所得嵌段聚合物的分子量分布较宽(2.1~3.2),并不能实现对甲基丙烯酸甲酯的可控,而在溶液聚合时,所得嵌段聚合物的分子量分布很窄(1.4~1.9)。聚合物的分子量能通过改变单体加入量来调控分子量大小,进而对聚合物的分子结构进行控制。  5.采用乙烯基双茚基二氯化锆/MAO催化体系催化乙烯与乙烯基降冰片烯共聚得到乙烯-乙烯基降冰片烯共聚物;采用n-BuLi/TMEDA体系催化丁二烯得到1,2-含量为88%和90%的1,2-聚丁二烯。对所得两种聚合物中侧链双键进行硼氢加成反应得到大分子硼烷试剂;大分子硼烷试剂引发甲撑硫叶立德的同源聚合反应,经氧化水解之后,得到侧链含有羟基的功能化改性聚合物。可以通过改变甲撑硫叶立德的加入量来控制聚合物支链长度。
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