几种双烯烃和多烯烃对丙烯共聚合反应及聚丙烯共聚物结构与性能的影响

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丙烯与双烯烃或多烯烃共聚是聚丙烯高性能化的重要方法。不同的双烯烃/多烯烃的分子结构、不同催化剂体系以及不同的共聚合反应条件等都对此类共聚合反应产生影响,并影响共聚物的结构与性能。本论文选取1,4-戊二烯、1,5-己二烯以及反,反,顺-1,5,9-环十二碳三烯为双烯烃/多烯烃共单体,通过共聚合反应条件以及催化剂体系的设定与调控,考察了这些双烯烃/多烯烃共单体对丙烯共聚反应和聚丙烯共聚物结构与性能的影响,对进一步理解和利用丙烯与双烯烃/多烯烃的共聚合以实现聚丙烯高性能化提供了有益的参考。主要结果如下:  (1)以9,9-二(甲氧基甲基)芴(BMMF)为内给电子体的MgCl2/TiCl4催化剂与三乙基铝(TEA)组成典型Ziegler-Natta催化剂体系,催化丙烯本体聚合,考察1,4-戊二烯作为共聚单体对聚合反应行为的影响。结果发现,在[1,4-戊二烯]/[丙烯]共单体摩尔比非常低(<0.1%)的范围内,随着1,4-戊二烯浓度增大,催化剂的催化活性迅速降低,当[1,4-戊二烯]/[丙烯]比为0.08%时,催化活性仅为初始的1/4。但由特性粘数得到的聚合物分子量对1,4-戊二烯单体浓度呈现不规则变化,1,4-戊二烯的加入并未使聚合物分子量单调降低,在极低浓度时反而使其有所提高。凝胶渗透色谱(GPC)表征结果不但进一步确认了聚合物分子量的变化规律,还表明1,4-戊二烯并未使聚合物链发生支化。动态剪切流变测试结果显示极少量的1,4-戊二烯可使聚合物的剪切粘度上升,模量提高,松弛时间延长;聚合物的拉伸粘度在拉伸流变测试中也呈现相同的规律。通过对1,4-戊二烯/氢气在聚合反应中协同作用的探讨,提出了MgCl2/TiCl4/BMMF-AlEt3催化剂体系催化的丙烯/1,4-戊二烯反常共聚合行为的解释。  (2)在Ziegler-Natta催化剂体系催化的丙烯聚合反应中,引入极少量的1,5-己二烯。聚合反应由9,9-二(甲氧基甲基)芴为内给电子体的MgCl2/TiCl4催化剂催化并于本体条件下进行,1,5-己二烯的单体浓度控制在1.0 mol%以下。结果显示,在所控制的1,5-己二烯单体浓度下,虽然催化剂活性和聚合物分子量有一定程度的降低,但聚合物的熔点(Tm)和熔融焓(△Hf)只略有下降,而结晶温度(Tc)基本保持不变。热重分析(TGA)结果显示,聚丙烯的热稳定性有较大幅度的提高,初始分解温度(Tonset)从纯聚丙烯的460.6℃提高到482.3℃。另外,聚合物在反应釜中呈良好的颗粒形态。本研究为改善聚丙烯树脂的热稳定性提供了新思路。  (3)采用两种茂金属催化剂体系(rac-Et(Ind)2 ZrCl/MAO和rac-Me2Si(Ind)2ZrCl2/MAO),考察了反,反,顺-1,5,9-环十二碳三烯((E,E,Z)-CDT)与丙烯的共聚合反应以及所得共聚物的结构与性能。结果表明,大体积的(EEZ)-CDT的引入均会造成催化剂活性的下降,但聚合物的立构规整性得以明显提高。(E,E,Z)-CDT的三个烯烃双键的反应活性基本相同,rac-Et(Ind)2ZrCl/MAO催化剂选择性地使其中一个双键参与共聚合反应,所得到的聚合物具有线性结构;而rac-Me2Si(Ind)2ZrCl2/MAO催化剂则可使一个以上的双键参与共聚合反应,得到的聚合物中含有支化结构。由于聚合产物立构规整性的提高,(E,E,Z)-CDT与丙烯的共聚合对聚合物的结晶和熔融行为表现出异常的影响:随着共单体浓度增加,聚合物的熔点、熔融焓以及结晶温度均随之提高。通过对聚合物结晶行为的考察,发现(E,E,Z)-CDT的共聚对聚丙烯的晶型变化有影响,α晶型含量有明显提高,而作为主体晶型的γ晶型的结晶速率明显加快。  (4)采用两种不同给电子体的Ziegler-Natta催化剂体系(MgCl2/BMMF/TiCl4-AlEt3和MgCl2/DIBP/TiCl4-AlEt3/DDS),考察了(E,E,Z)-CDT与丙烯的共聚合反应及所得共聚物的结构与性能。结果表明,大体积的(E,E,Z)-CDT的引入均会造成催化剂活性的下降,但聚合物的立构规整性得到明显提高。聚合物的分子量均随着(E,E,Z)-CDT浓度的增加而提高,而且聚合物中均生成了支化结构,甚至形成了凝胶,表明(E,E,Z)-CDT中均有一个以上双键参与了共聚合反应。不同之处在于,在MgCl2/BMMF/TiCl4-AlEt3催化剂体系中,(E,E,Z)-CDT引入后,制备的聚合物的分子量分布略有变宽;但是MgCl2/DIB P/TiCl4-AlEt3/DDS催化剂体系制备的聚合物中,聚合物的分子量分布随着(E,E, Z)-CDT引入量的增加而显著变窄。
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