功能化聚烯烃合成:从催化剂到极性单体设计

由于极性基团的存在,烯烃与极性单体配位共聚反应受限于低聚合活性与低聚合物分子量.因此,解决极性单体中极性基团问题是功能化聚烯烃高性能合成的关键.本文旨在重点评述近年来后过渡金属催化烯烃与极性单体共聚制备功能化聚烯烃方面的研究进展.首先简要概括了功能化聚烯烃合成用催化剂的里程碑式发展,然后详细论述了近年来我们在功能化聚烯烃合成用极性单体设计上的系列研究发现,重点突出了设计极性二乙烯基单体克服极性单体问题(快的链转移反应与极性基团对中心金属的螯合)的概念与设计含次级配位作用的乙烯基呋喃单体合成新型功能化聚烯烃的策略;最后展望了烯烃与极性单体共聚制备功能化聚烯烃的未来重点发展方向与挑战.     

主链链端功能化聚烯烃的设计、合成及其应用

设计与合成主链链端功能化聚烯烃已成为目前聚烯烃功能化研究的热点之一.本文首先对聚烯烃功能化研究进行了简要介绍,然后重点评述了自2000年以来用于设计合成主链链端功能化聚烯烃的4种方法:烯烃聚合中向链转移剂进行链转移的方法、烯烃配位活性聚合方法、烯烃阴离子活性聚合方法以及叶立德活性聚合方法.接着,对主链链端功能化聚烯烃的应用研究新进展进行了举例介绍,最后对其设计、合成及应用前景进行了展望.     

结构可控的功能化聚烯烃设计与合成

聚烯烃的功能化是聚烯烃研究领域的热点,设计和合成结构可控的功能化聚烯烃 是目前聚烯烃功能化的主要研究方向.本文首先对功能化聚烯烃进行结构上的归纳分类,然后针对不同结构的功能化聚烯烃,分别综述了其设计与合成方面近年来的研究进展,并展望了聚烯烃功能化研究的前景.     

反应性聚烯烃的分子设计、催化聚合及应用

通用高分子材料高性能化研究的一个主要内容是聚烯烃(聚乙烯和聚丙烯)的高性能化和功能化.但是,由于聚烯烃大分子的化学惰性,其化学(分子)改性和物理(材料)改性都存在很大困难.近年来,烯烃聚合催化剂技术不断进步,烯烃聚合理论研究持续深入,从而为通过分子设计手段以可控方式在聚烯烃中引入化学活泼基团而制备结构明确和组成均匀的反应性聚烯烃奠定了基础.本文从反应性聚烯烃的分子设计、催化聚合以及其在聚烯烃高性能化研究中的应用等几个方面综述了近年来反应性聚烯烃领域的研究进展,并对此领域今后的研究发展方向提出了建议.     

聚烯烃功能化研究进展

在烃烃聚合中，聚烯烃的功能化是受到人们普遍关注的问题之一。本文综述国内外用溶液法，等进行的后功能化研究，重点介绍了新型的中介物的功能化研究进展，并扼要介绍了功能化聚烯烃的应用情况。     

聚烯烃共价键接枝纳米材料及其聚烯烃纳米复合材料

聚烯烃纳米复合材料为聚烯烃材料带来广阔的性能提升空间,其研究开发工作引起了人们的广泛关注。聚烯烃共价键接枝纳米材料在制备高性能聚烯烃纳米复合材料方面有重要应用。接枝聚烯烃提高了纳米材料与聚烯烃基体之间的相容性,提供良好的界面作用力,从而有效促进纳米材料在聚烯烃基体中均匀分散、极大提高了聚烯烃纳米复合材料的相关性能。三种途径可以用来制备聚烯烃共价键接枝纳米材料:Graft-onto、Graft-from、Graft-through。Graft-onto方法是端基或侧基功能化聚烯烃与纳米材料表面活性基团或碳结构进行接枝反应的过程。由于功能化聚烯烃具有高度反应活性且方便得到,Graft-onto方法占据了制备聚烯烃共价键接枝纳米材料的主流。Graft-from和Graft-through方法中聚烯烃接枝过程即为烯烃聚合过程,实施较为困难,因而文献报道相对较少。本文对聚烯烃共价键接枝纳米材料的制备及其相应的聚烯烃纳米复合材料的最新研究进展进行了综述,着重讨论了聚烯烃接枝对聚烯烃纳米复合材料性能的影响。所涉及纳米材料包括二氧化硅(零维)、碳纳米管(一维)和石墨烯(二维)。     

聚烯烃后功能化：自由基接枝与碳氢活化

聚烯烃是消费量最大、应用最广泛的合成树脂。在聚烯烃结构中引入少量功能性基团,能够在保持聚烯烃固有优异性能的前提下,赋予聚烯烃极性、反应性、粘接性、抗氧化性、荧光性等多种功能特性,从而得到具有重要应用前景的功能化聚烯烃。后功能化法是制备功能化聚烯烃的主要方法之一。传统熔融自由基接枝(FRG)反应可控性低、副反应多,难以制备结构明确的高接枝量产物。使用新型引发体系,可提高FRG反应可控性,抑制副反应、提高接枝量。相比FRG反应,碳氢活化反应可控性强,可引入的功能性基团品类丰富,可用于高效合成结构明确、无副反应的新颖功能化聚烯烃。本文在简述FRG反应制备功能化聚烯烃的基础上,着重讨论近年来基于碳氢活化反应制备功能化聚烯烃的最新研究进展。     

结构明确聚烯烃接枝共聚物:合成、结构与性能

实现聚烯烃功能化是制备高性能聚烯烃材料、拓展聚烯烃应用的重要手段,几十年来得到了学术界及工业界的广泛关注。聚烯烃接枝共聚物作为一类重要的功能化聚烯烃,包含聚烯烃链段（PE、PP等）及功能化聚合物链段（PS、PMMA、PEG等）,因而在提高功能单元含量的同时能保持聚烯烃单元优异的结晶、加工性能。结构明确的聚烯烃接枝共聚物,具有结构参数可控、综合性能可调的特点,对于认识聚合物材料结构-性能关系、拓展聚烯烃应用范围具有重要的学术和实际意义。聚烯烃接枝共聚物的合成方法可以分为三种类型：“共聚接枝（graft-through）”、“引出接枝（graft-from）”、“偶联接枝（graft-onto）”。前两种合成方法往往涉及烯烃配位聚合与其他聚合方式的机理转化过程;其中,反应性聚合物中间体作为大分子引发剂、大分子RAFT试剂、大分子单体参与接枝反应,实现接枝共聚物的可控制备。第三种方法思路简单明确,即利用聚烯烃侧基反应性基团与其他聚合物反应性端基之间的高效偶联反应实现接枝共聚物制备。本文从合成、结构及性能三方面较为全面地综述了结构明确聚烯烃接枝共聚物的研究进展,着重讨论了新兴合成方法及相应接枝共聚物的潜在应用。     

烯烃配位聚合催化剂的研究进展

较全面地综述了配位聚合催化剂和聚合机理的研究进展:高效Ziegler-Natta催化剂催化丙烯、乙烯等烯烃高效聚合,可合成多种高性能聚烯烃,等规聚丙烯的等规度大于98.5%,不同结构和性能的聚乙烯包括线性低密度聚乙烯(LLDPE)、超低密度聚乙烯(VLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、双/宽峰分布聚乙烯、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和超低密度双/宽峰分布聚乙烯等;茂金属催化剂催化苯乙烯、乙烯、丙烯、1-丁烯等烯烃的均聚合和共聚合,并概括了其聚合机理;非茂金属催化剂合成多组分、多立体结构嵌段的聚烯烃,极性聚烯烃及超支化聚烯烃等,介绍了链行走和链穿梭机理。展望了配位聚合的发展趋势,认为聚合过程的环境友好、产品使用过程的环境友好、聚烯烃的高性能化和功能化是从事配位聚合工作的全体人员努力的方向。     

烯烃配位聚合二十年

聚烯烃树脂是消费量最大的合成树脂种类,性能优异,用途广泛。二十多年来,烯烃配位聚合技术取得了突飞猛进的发展,在催化剂、聚合方法、聚合工艺方面都有重大突破。本文综述了二十多年来烯烃配位聚合的研究发展情况,包括Ziegler-Natta催化剂,茂金属催化剂,非茂金属催化剂,配位聚合机理,功能化聚烯烃的制备,原位共聚制备LLDPE,原位聚合制备纳米复合材料,活性配位聚合以及Spherizone工艺等方面的成就。