含水杨醛亚胺和β-酮亚胺配体镍(Ⅱ)合成及其催化降冰片烯共聚合性能

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanyuanzhujinbo
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利用极性单体或α-烯烃和降冰片烯共聚实现加成型降冰片烯类聚合物改性是目前对聚烯烃材料研究的热点之一,而催化剂的开发及聚合参数的设置是合成聚烯烃材料的核心。本文设计和合成了一系列含有不同电子效应的双-(水杨醛亚胺)镍(Ⅱ)催化剂Ni{(3-R1)(5-R2)C6H2(O)CH[N(naphthyl-CH2)]}2(Ni1:R1=H,R2=H;Ni2:R1=H,R2=CH3;Ni3:R1=H,R2=Br;Ni4:R1=H,R2=OCH3;Ni5:R1=CH3,R2=H;Ni6:R1=Br,R2=H),两个具有刚性结构的双-(苯并环己酮亚胺)镍(Ⅱ)催化剂Ni{C10H8(O)C[N(Ar)]CH3}2(Ni8:Ar=fluorenyl;Ni9:Ar=naphthyl-CH2)及一个新型的具有限制几何构型C-C桥联双-(苯甲酰三氟丙酮芴亚胺)镍(Ⅱ)催化剂Ni{C6H5C(O)CHC[N(fluorenyl)]CF3}2(Ni7),并通过X射线单晶衍射证实了部分催化剂的结构。在三五氟苯硼(B(C6F53)或甲基铝氧烷(MAO)活化下催化降冰片烯(NB)与α-烯烃(苯乙烯(St))及极性单体(5-降冰片烯-2-亚甲基丁醚(BN)、甲基丙烯酸正丁酯(BMA))共聚,探讨了取代基电子效应和聚合条件等对聚合性能的影响,表征和分析了共聚物的微观结构和性能。Ni1-Ni6/B(C6F53为催化体系催化NB均聚呈现出比较高的催化活性(106gpolymer/molNi·h),可以看到在B(C6F53活化下水杨醛芳环上带有吸电子基团(-Br)的催化剂Ni3和Ni5比相同取代基位置上含有供电子基团的催化剂具有更高的催化活性(Ni3>Ni1,Ni2,Ni4;Ni6>Ni1,Ni5),说明吸电子基团(-Br)有利于增强催化体系的催化活性,同时通过比较水杨醛芳环上不同位置(R1,R2)含有相同取代基的催化剂催化体系活性可以发现水杨醛芳环上吸电子基团(-Br)距离活性中心Ni原子更近的催化剂催化体系活性更高(Ni6>Ni3),但水杨醛芳环上含有供电子基团时(-CH3,-OCH3)催化活性则相反(Ni2>Ni5)。Ni2、Ni3、Ni5/B(C6F53为催化体系催化NB与BN共聚的催化活性也可以达到105 gpolymer/molNi·h,其中Ni3的催化活性最高(3.53×105 gpolymer/molNi·h),具体的催化活性顺序为Ni2>Ni5>Ni3。通过竞聚率研究(rNB=3.12>1,rSt=0.86<1)发现降冰片烯具有更好的反应性,且该聚合为无规共聚。所得共聚物中5-降冰片烯-2-亚甲基丁醚的插入率可以通过控制单体的投料比来控制,通过GPC、1H NMR、13C NMR、TGA、DSC、WXRD、FTIR等方法对聚合物进行表征证实了所得聚合物为加成型降冰片烯共聚物且为无定形的非晶结构,分子量在2.3-4.7×105 g/mol之间,分子量分布较窄(PDI:2.08-2.59),所得共聚物较聚降冰片烯具有更好的溶解性,同时共聚物保留了聚降冰片烯材料很好的热稳定性(Td>400 oC)。利用原位一步法合成了新型的C-C桥联双-(苯甲酰三氟丙酮芴亚胺)镍催化剂(Ni7),目前尚无此类配合物结构的报道。该催化剂分子结构经单晶X-射线衍射证实,同时给出了可能的合成反应机理。Ni7/B(C6F53所构成的催化体系对催化降冰片烯(NB)均聚(2.09×106 gpolymerolymer molNi-11 h-1)及降冰片烯(NB)与苯乙烯(St)共聚(0.86-2.29×105 gpolymer mol Ni-1 h-1)表现出较高的催化活性。通过竞聚率研究(rNB=9.69>1,rSt=0.14<1)发现降冰片烯具有更好的反应性。催化得到无定型的加成型降冰片烯与苯乙烯共聚物,具有热稳定性好(Td>380.5 oC,Tg>156.8oC)、分子量较高且可调控(1.71-5.45×104 g/mol)、分子量分布集中(Mw/Mn=1.71-2.80)、透光性好(>80%)等特点。Ni8,Ni9/MAO体系对催化降冰片烯(NB)均聚(2.05×106 gpolymerolymer molNi-11 h-1)及降冰片烯(NB)与甲基丙烯酸正丁酯(BMA)共聚(0.94-1.97×105 gpolymer molNi-1 h-1)表现出较高的催化活性。通过加成聚合得到无定型的加成型NB与BMA共聚物且具有良好的热稳定性(Td>330 oC)。
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