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硅胶负载有机硅烷配体型铬系催化剂(也称S-2催化剂)是一种重要的工业用聚乙烯催化剂。Cann等首次报导了一条可能的S-2催化剂绿色化制备路线,即通过加入三苯基硅醇(TPS)将Phillips催化剂转换为S-2催化剂,因而避免了剧毒原料双三苯基硅烷铬酸酯的使用。本研究采用实验与计算机分子模拟相结合的方法对该S-2催化剂的绿色合成路线进行了深入详细的研究。
首先采用TG-DTA,FTIR,ESR相结合的表征手段对以低毒碱式醋酸铬为原料来制备Phillips催化剂的负载化机理进行了深入研究。分析结果表明,碱式醋酸铬负载于高比表面积的硅胶载体后其分解温度降低了13-15℃。Cr3(OH)2(Ac)7/SiO2催化剂前驱体的分解温度为299℃。430℃到460℃的失重段归因于CrO3分解为Cr2O3过程中的失重。ESR谱图显示只有非常少量的Cr5+能够以稳定的状态存在,该稳定形式的Cl5+是通过一定的方式固定于硅胶表面后形成的。
催化剂表征结果表明Phillips催化剂不可能完全转化为S-2催化剂,因而本文将此方法得到的新型S-2催化剂命名为PS催化剂。PS1.0,PS1.5和PS2.0催化剂的表征结果非常接近,但与S-2催化剂相比仍有差距。PS1.5催化剂在不同助催化剂作用下的动力学曲线有明显差别,其聚合物的结晶温度与熔点与Al/Cr的变化趋势跟助催化剂的类型有关。PS1.5催化剂的聚合活性并不是如Phillips催化剂一样随着焙烧温度的升高而上升,而是在600℃时具有最高的活性。催化剂的淤浆浓度及助催化剂类型均会对聚合活性及聚合物的颗粒形态产生影响。采用计算机分子模拟的方法对PS催化剂Cr活性中心附近引入的羟基对聚合活性的影响进行计算后表明引入羟基的存在及它进一步与还原后的Cr活性中心配位对PS催化剂的聚合活性是有利的。三种不同烷基氯硅烷改性后的PSl.5催化剂实验与计算结果基本一致,表明引入的吸电子基团只有在距离Cr活性中心一定范围时才能发挥作用。本研究工作为PS催化剂的进一步改性及最终实现工业用S-2催化剂的替代奠定了坚实的基础。