氯化铁络合物—烷基铝体系催化丁二烯聚合的研究

本文研究了一类新型的二元铁催化剂:FeCl_n·3L(n=2或3,L为P_(350)或磷酸三丁酯)-AIR_3对丁二烯聚合的某些规律。结果表明,它们对丁二烯聚合具有很高的催化活性,并且可使其聚合成顺1,4含量为75％左右,1,2含量为25％左右的聚丁二烯。单体浓度,不同铁络合物,AIR_3用量和聚合温度对丁二烯聚合反应均有显著的影响。     

稀土-其它过渡金属混合催化剂用于共轭双烯烃的聚合——Ⅳ.(NdCl_3+FeCl_3)·nphen-HAI(i-Bu)_2体系对异戊二烯的聚合

本文报道由(NdCl_3+FeCl_3)·nphen-HAl(i-Bu)_2催化体系引发异戊二烯聚合的结果。在适当Nd/Pe比下,该体系对异戊二烯聚合的活性可超过单一钕或铁催化剂的活性,同时随催化剂中钕和铁含量的不同,所得产物的微观结构变化很大,当体系中钕含量由100％→0时,产物的顺-1,4结构含量由94.4％→22.1％,而3,4结构含量由5.6％→77.9％。Al/M(N=Nd+Fe)比、单体浓度和聚合温度不仅对聚合活性有影响,对产物的微观结构影响也较大。事实表明,该聚合体系中存在着两种过渡金属(Nd和Fe)活性中心,它们按各自的机理进行异戊二烯的聚合。     

稀土-其它过渡金属混合催化剂用于共轭双烯烃的聚合——Ⅱ烷基铝对丁二烯聚合及产物微观结构的影响

某些过渡金属组成的Ziegler-Natta催化剂聚合共轭双烯烃,所得聚合物的微观结构易随聚合条件和主催化剂配体的改变而异.具有d电子的钴、钛催化体系聚合丁二烯,既可得cis-1,4结构聚丁二烯,又可得1,2结构的聚丁二烯;而具有f电子的稀土催化剂聚合共轭双烯烃,无论怎样改变其聚合条件和配体,一般皆得高顺式聚合物.一般认为:这种定向性的特征是由单体向活性中心上配位、插入时的环境及活性中心的本质所决定的.在第一报中作者利用同一种配位体,使具有d电子的过渡金属Fe和具有f电子的稀土     

稀土-其它过渡金属混合催化剂用于共轭双烯烃的聚合——Ⅳ.(NdCl3+FeCl3)·nphen-HAI(i-Bu)2体系对异戊二烯的聚合

 本文报道由(NdCl₃+FeCl₃)·nphen-HAl(i-Bu)₂催化体系引发异戊二烯聚合的结果。在适当Nd/Pe比下,该体系对异戊二烯聚合的活性可超过单一钕或铁催化剂的活性,同时随催化剂中钕和铁含量的不同,所得产物的微观结构变化很大,当体系中钕含量由100％→0时,产物的顺-1,4结构含量由94.4％→22.1％,而3,4结构含量由5.6％→77.9％。Al/M(N=Nd+Fe)比、单体浓度和聚合温度不仅对聚合活性有影响,对产物的微观结构影响也较大。事实表明,该聚合体系中存在着两种过渡金属(Nd和Fe)活性中心,它们按各自的机理进行异戊二烯的聚合。     

W-Al体系在合成1,2-聚丁二烯中的催化活性

WCl_6是优良的开环聚合催化剂,但只有一篇专利中提到用WCl_6催化丁二烯的聚合得到非顺式1,4-聚丁二烯,而且活性很低.用钨化合物催化丁二烯聚合为高1,2-链节含量的聚丁二烯,则尚未有报道.我们的工作发现,WCl_4(OR)_2-(i-Bu)_2AlOPh体系可使丁二烯在加氢汽油中聚合成1,2-链节含量在80％左右,1,2-链节的全同立构体含量达60％以上的聚丁二烯.为合成1,2-聚丁二烯橡胶开辟了一个新的催化体系.但是,初步研究结果表明:催化活性和聚合物分子量均较低.因此,本文试图探索提高催化活性和聚合物分子量的方法.     

稀土-其它过渡金属催化剂用于共轭双烯烃的聚合I.(NdCl3+FeCl3).nphen-AlH(i-Bu)2体系对丁二烯的聚合

用共沉淀法制备了不同钕、铁含量的NdCl_3和FeCl_3邻菲罗啉(phen)络合物,并与AlH(i-Bu)_2组成Ziegler-Natta型催化剂,发现这种混合催化剂在合适的Fe/Nd比范围内,对丁二烯的聚合活性高于单一稀土或铁催化剂,尤其是产物的微观结构,可随催化剂中铁、钕含量不同而有较大幅度的变化(cis-1,4含量98—40%,1,2含量1—49%左右,考察了AI/M(M=Nd+Fe的摩尔数)和溶剂对聚合活性的影响,随Al/M的变化,催化剂的活性出现一个高峰;并随催化剂用量不同,活性高峰处的Al/M值也不同,溶剂对催化利活性的影响也很大,其顺序是:甲苯≈苯>环已烷>正己烷,即芳烃>脂环烃>直链烃。     

氯化稀土乙二醇二甲醚配合物催化丁二烯聚合

以Nd2O3、(CH3)3SiCl和乙二醇二甲醚(DME)为原料,合成了NdCl3·2DME配合物,并将其用于催化丁二烯聚合。 考察了助催化剂种类与用量、陈化温度和聚合时间对聚合的影响。 结果表明,以烷基铝与MAO共同作为助催[JP2]化剂时具有高聚合活性,而单独以烷基铝或甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂时聚合活性很低。 当n(Nd)∶n(AlR3)∶n(MAO)=1∶30∶45时,催化活性最高。 陈化温度对聚合活性、聚合物结构及相对分子质量均有较大的影响。 陈化温度过低或者过高,聚合活性、聚丁二烯cis-1,4含量和相对分子质量均降低;陈化温度为50 ℃时,具有最高聚合活性和最高cis-1,4含量。 NdCl3·2DME催化体系所得聚丁二烯的cis-1,4含量高达98.7%（IR）,而1,4-结构总含量高达99.6%（1H NMR）。     

丁二烯在稀土配位催化剂下的“活性”聚合

本文用动力学方法处理了丁二烯在NdCl_3·3i-PrOH-AIEt_3催化体系中,-70,-30和0℃下聚合结果,得出在-700℃下聚合时,聚合体系中不存在可检测出的使活性中心失活的不可逆的链终止和限制产物分子量的链转移反应。发现产物的分子量分布窄,具有特高顺-1,4结构和平均活性链寿命趋于无限大。成功地合成了丁二烯-异戊二烯嵌段共聚物,并用GPC,IR和~(13)C NMR对产物进行了表征。结果表明在此条件下,丁二烯在本催化体系聚合是接近于理想的活性聚合。     

稀土催化剂的性质——添加不同结构的化合物对丁二烯聚合的影响

探讨了一系列不同结构和极性的化合物对以稀土催化的丁二烯聚合的影响。这些添加剂中绝大多数降低了催化活性,并使聚合物的分子量上升,而只有烯丙基衍生物虽然降低了催化活性,却使聚合物的分子量下降。从稀土催化剂的活性中心寿命很长和其对普遍用于Ziegler-Natta催化体系的调聚剂的不敏感性看来,稀土催化体系具有一定的特点,其聚合机理有可能与一般过渡金属催化体系不尽相同。     

在Ziegler-聚合物载体-铁络合物体系催化下丁二烯的聚合

研究了苯乙烯-丙烯酸共聚物载体-铁络合物的制备以及由其组成的新型的丁二烯聚合催化体系。与一般的Ziegler-Natta催化剂相比较,这一催化体系的特点是:活性高,催化效率达9.9×10~4克聚丁二烯/克铁·小时。所得产物分子量极大,为等二元结构聚丁二烯,顺式-1,4和-1,2含量分别为42—44和55—57％。     

以四溴化钛为催化剂的丁二烯定向聚合

本工作研究了四溴化钛与三异丁基铝、三乙基铝或丁基锂组成的催化剂对丁二烯的聚合。结果指出,在三异丁基铝与四溴化钛的系统中以苯为溶剂,有两个铝钛比值呈现最大活性。随铝钛比增加,产物的凝胶及分子量下降,可溶部分顺式-1,4含量亦随之减少。聚合活性以单体先与铝混合较先与钛混合为高。聚合温度降低时最大活性向铝钛比大的区域移动。以庚烷代替苯作为溶剂时,聚合速度降低,仅有一个铝钛比呈现最大活性,产物分子量及凝胶均较低,可溶部分顺式-1,4含量亦较低。如以三乙基铝代替三异丁基铝,则仍有两个铝钛比值呈现最大活性。聚合温度较低时,三乙基铝与四溴化钴的催化活性较三异丁基铝为高。二个系统的大部分产物类似,凝胶较多,可溶部分顺式-1,4含量在70％以下。利用丁基锂与四溴化钛组合的催化系统聚合丁二烯,可得顺式-1,4含量达90％以上的产物。活性范围为锂钛克分子此1.5—2.5。顺式-1,4含量随锂钛比增大而降低。本工作还比较了上述三种催化系统生成低价钛的情况。结果指出,在金属烷基物与四溴化钛的克分子比小于2时,三价钛均随克分子比增大而增大,克分子比大于2时,丁基锂的还原能力随克分子比增加而减少。在其他二种系统中则低价钛继续增加。有意义的是丁基锂-四溴化钛系统中聚合活性正好在三价钛最高     

丁二烯在烯土配位催化剂下的活性聚合

本文用动力学方法处理了丁二烯在NdCl₃·3i-PrOH-AlEt₃催化体系中,-70℃下聚合结果:发现聚合体系中不存在可检测出的使活性中心失活的不可逆的链终止反应和限制产物分子量的链转移反应,产物的分子量分布较窄并具有特高顺1,4-微观结构,平均活性链寿命相当长。     

希土化合物在定向聚合中的催化活性——Ⅱ.希土螯合物与三烷基铝组成的均相体系对丁二烯定向聚合的催化活性

本工作研究了β-二酮类希土螯合物与三烷基铝组成的均相体系对丁二烯定向聚合的催化活性及一些聚合规律。实验结果表明下列希土螯合物与三乙基铝组合时都具有使丁二烯进行顺式-1,4定向聚合的催化活性:NdB_3;NdB;NdBTA;NdTTA;PrB_3;PrB;PrBTA;PrTTA;YB_3;YBTA 以及 LaBTA 等。这些均相催化体系的活性远比非均相希土氯化物体系的高。在一定的催化剂浓度范围内,催化活性随着Al/希土及希土/丁(克分子比)的增高而增大。聚合反应速率对单体浓度呈一级关系,对希土螯合物浓度也近似呈 一级关系,并呈现一诱导期。丁二烯在 NdB_3-Al(C_2H_5)_3体系中聚合的总活化能为 13±0.5千卡/克分子。研究不同希土元素的这些螯合物表明同一元素的不同螯合物体系的聚合反应速率和聚合物链结构都没有显著的差别。但不同希土元素的同一整合物体系的聚合活性相差较大,含有镨和钕螯合物体系的活性比其他体系大。由这些均相催化体系所得聚丁二烯的1,2链节含量不超过1％,都不含或含很少量凝胶,聚合物的[η]随着Al/希土(克分子比)以及希土/丁(克分子比)的增大而降低,[η]可以从 4—5降至 1以下。Al(i-C_4H_9)_3也能与这些螯合物组成活性催化体系,但活性很低。Al(C_2H_5)_2Cl则不能与这些螯合物构成活性催化体系。     

对丁二烯聚合有高活性的四元铁系催化剂Fe(naph)_2-Al(i-Bu)_3-Phen-AlEt_2Cl

已知Fe化合物-AlR_3-Phen邻啡(啰啉)是一类制备中乙烯基聚丁二烯高活性催化剂。我们最近的研究结果表明,即使不用如Phen那样的给电子配位体,而由路易氏酸AlEt_2Cl作为第三组份时,同样可以得到一类活性高的铁系催化剂:Fe化合物-AlR_3-AlEt_2Cl。它使丁二烯聚合成顺1,4含量为75％,1,2含量为25％左右的弹性体,在这类新的铁系催化剂中,     

三氟甲磺酸稀土催化ε-己内酯开环聚合

采用三氟甲磺酸稀土(镧、钕、铒)作为单组分催化剂催化了ε-己内酯的本体开环聚合反应. 考察了稀土元素种类、催化剂浓度、聚合时间及温度对单体转化率和聚合产物分子量的影响. 该类催化剂在催化聚合过程中具有单一活性中心, 且催化活性较高. 此聚合反应可能是通过阳离子活性末端链聚合机理进行的.     

新型铁系催化剂聚合丁二烯

以铁化合物Fe(CF3SO3)2为催化剂,烷基铝为助催化剂,亚磷酸二异辛脂(P8)为给电子体,研究了该催化体系对丁二烯的聚合行为。 结果表明, 催化体系（n(Fe)∶n(P8)∶n(Al)=1∶4∶20）具有良好的聚合活性和间同立构选择性,并且聚合活性和间同立构选择性随聚合温度升高而增加,50 ℃时可得到1,2-结构含量大于85%、间规度达99%以上的间同1,2-聚丁二烯;该催化体系具有很好的立体选择性和温度耐受性,克服了以往铁系催化体系立体选择性差、需要低温聚合的缺点,并且催化体系不涉及使用有毒、有害的催化剂组分。     

[N^N^O]钴配合物催化丁二烯立体选择性聚合的研究

合成并表征了一系列带有[2-(4,5-二苯基-2-咪唑基)-1-苯亚胺基]苯酚配体([N^N^O]三齿配体)的二氯化钴配合物(1~4),并研究了这些配合物对丁二烯溶液聚合的催化性能.研究结果表明,助催化剂的种类对丁二烯聚合的催化活性和产物性能有显著的影响,倍半乙基氯化铝(EASC)为最佳的助催化剂.在EASC的活化作用下,该催化体系引发丁二烯单体聚合,15 min内丁二烯单体的转化率可达92.7%,产物聚丁二烯中顺式1,4-结构的含量高达97.4%.并详细研究了助催化剂的用量、聚合的温度、配体上不同取代基等对丁二烯聚合行为的影响,包括丁二烯单体的转化率、产物聚丁二烯的分子量与分子量分布及微观结构.通过凝胶渗透色谱法(GPC)对聚合产物的分子量及分子量分布进行了表征,核磁共振氢谱(1H-NMR)和碳谱(13CNMR)分析结果表明所得聚合物具有高的顺式1,4-结构含量(97%左右).     

丁二烯的顺-1,4聚合

丁二烯可通过1,4加成或1,2加成进行聚合.1,4加成可能生成顺-1,4链节,也可能生成反-1,4链节;1,2加成则可能形成全同立构或间同立构的聚合物.一般游离基或离子型聚合的产物多半为包含各种链节的无规聚合物(见表1).例如用钠或钾聚合的     

稀土定向聚合催化剂及用以聚合的二烯类高聚物的特征

十五年前,我们曾首先报导了用镧系稀土化合物作为丁二稀的定向聚合催化剂,得到了顺-1,4-构型的含量高的聚丁二烯,这在Eiegler-Natta型催化剂中从利用d-轨道成键电子发展f-电子。当时所用催化剂为二元体系,后由Throckmorton改进成三元体系、聚合活性得以提高。之后,我们用三元体系对异戊二烯进行了定向聚合,也得到了顺式含量高的聚异戊二烯。近年来,我们对这类催化体系的定向性、催化聚合活性、聚合反应历程及动力学等方面,以及上述这两种均聚物在结构与性能方面的特点进行了研究。同时还发展了丁二烯和异戊二烯的共聚,两种链节的顺式含量都高,并在催化剂上从三元再发展到新的二元体系,其中一些代表性结果如下。     

对丁二烯聚合有高活性的四元铁系催化剂Fe(naph)2-Al(i-Bu)3-Phen-AlEt2Cl

已知Fe化合物-AlR₃-Phen邻啡(啰啉)是一类制备中乙烯基聚丁二烯高活性催化剂。我们最近的研究结果表明,即使不用如Phen那样的给电子配位体,而由路易氏酸AlEt₂Cl作为第三组份时,同样可以得到一类活性高的铁系催化剂:Fe化合物-AlR₃-AlEt₂Cl。它使丁二烯聚合成顺1,4含量为75%,1,2含量为25%左右的弹性体,在这类新的铁系催化剂中,AlEt₂Cl作为一个组份是必不可少的。为此,我们又进一步深入研究了AIEt₂CI对原有三元铁休系:Fe化合物一A1R₃-Phen催化丁二烯聚合的影响。结果发现,AlEt₂CI确是一种活化剂,将它引入到原有的三元体系后,就可得到一类活性更高的四元铁系催化剂:Fe化合物-A1(i-Bu)₃-Phen-AIEt₂C1。本文简要报导这一结果。