Synthesis and characterization of polyethylene/clay-silica nanocomposites: A montmorillonite/silica-hybrid-supported catalyst and in situ polymerization

A novel approach to the preparation of polyethylene (PE) nanocomposites, with montmorillonite/silica hybrid (MT-Si) supported catalyst, was developed. MT-Si was prepared by depositing silica nanoparticles between galleries of the MT. A common zirconocene catalyst [bis(cyclopentadienyl)zirconium dichloride/methylaluminoxane] was fixed on the MT-Si surface by a simple method. After ethylene polymerization, two classes of nanofillers (clay layers and silica nanoparticles) were dispersed concurrently in the PE matrix and PE/clay-silica nanocomposites were obtained. Exfoliation of the clay layers and dispersion of the silica nanoparticles were examined with transmission electron microscopy. Physical properties of the nanocomposites were characterized by tensile tests, dynamic mechanical analysis, and DSC. The nanocomposites with a low nanofiller loading (<10 wt %) exhibited good mechanical properties. The nanocomposite powder produced with the supported catalyst had a granular morphology and a high bulk density, typical of a heterogeneous catalyst system.

New titanium complexes with two beta-enaminoketonato chelate ligands: Syntheses, structures, and olefin polymerization activities

New titanium complexes with two nonsymmetric bidentate beta-enaminoketonato (N,O) ligands (4a-e), [(Ph)NC(R-2)C(H)C(R-1)O](2)TiCl2, have been synthesized. X-ray crystal structure reveals that complex 4a has a C-2-symmetric conformation with a distorted octahedral geometry around the titanium center. With modified methylaluminoxane (MMAO) as a cocatalyst, complexes 4a-e are active catalysts for ethylene polymerization at room temperature, producing high molecular weight polyethylenes bearing linear structures. The 4a,b/MMAO catalyst systems exhibit the characteristics of a quasi-living polymerization of ethylene, producing polyethylenes with narrow molecular weight distributions. Moreover, the 4a-d/MMAO catalyst systems are also capable of promoting the quasi-living copolymerization of ethylene with norbornene at room temperature, yielding high molecular weight alternating copolymers with narrow molecular weight distributions. The quasi-living nature of the catalysts allows the synthesis of new A-B polyethylene-block-poly(ethylene-conorbornene) diblock copolymer.

Synthesis, molecular structures, and norbornene addition polymerization activity of the neutral nickel catalysts supported by beta-diketiminato [N, N], ketiminato [N, O], and Schiff-Base [N, O] ligands

A series of neutral nickel complexes [Ni(Ph)(PPh3)(N, O)] with Schiff-base ligands (N, O) [N, O = 5-Me-3-tert-Bu-(Ar-N=CH)C6H2O (1, Ar = 2,6-Me2C6H3; 2, Ar = 2,6-i-Pr2C6H3)], [Ni(Ph)(PPh3)(N,O)1, with beta-ketiminato ligands (N, O) [N, O = CH3COCHC=(CH3)N-Ar (3, Ar = 2,6-Me2C6H3; 4, Ar = 2,6-i-Pr2C6H3)] and [Ni(N, N)(PPh3)], and with beta-diketiminato ligands (N, N) [5, N, N = [2,6-i-Pr-2(C6H3)N=C(CH3)](2)CH] have been synthesized and characterized. The molecular structures of complexes 1, 4, and 5 have been confirmed by X-ray single-crystal analyses. Although their ligands have similar structures, complex 4 possesses a structure similar to that of four-coordination nickel with complex 1, while complex 5 reveals a rare three-coordination nickel geometry. These compounds show high catalytic activities of up to 3.16 x 10(7) g PNB mol(-1) Ni h(-1) for the addition polymerization of norbornene in the presence of modified methylaluminoxane (MMAO) as cocatalyst. Catalytic activities, polymer yield, molecular weights, and molecular weight distributions of polyborbornene have been investigated under various reaction conditions.

Novel highly active binuclear neutral nickel and palladium complexes as precatalysts for norbornene polymerization

A series of binuclear neutral nickel and palladium complexes [(XC6H2CH=NC6H3-iPr(2))MRL](2) 4b-f (X=NO2, M=Ni, R=Ph, L=PPh3, 4b; X=H, M=Pd, R=Me, L=PPh3,4c; X=H,M=Pd, R=Me, L=Py, 4d; X=NO2,M=Pd, R=Me, L=PPh3, 4e; X=NO2, M=Pd, R=Me, L=Py, 4f) and [(C10H7CH=NC6H3-iPr(2))MRL](2) 8a-c (M=Ni, R=Ph, L=PPh3, 8a; M=Pd, R=Me, L=PPh3, 8b; M=Pd, R=Me, L=Py, 8c) have been synthesized and characterized. The structures of complexes 4e and 8b have also been confirmed by X-ray crystallographic analysis. With modified methylalummoxane (MMAO) as cocatalysts, these complexes and complex [(C6H3CH=NC6H3-iPr(2))NiPh(PPh3)](2) 4a are capable of catalyzing the addition polymerization of norbomene (NBE) with the high activity up to 2.3 x 10(8) g PNBE/(mol(M) h). The structure of complexes affects considerably catalytic activity towards norbomene polymerization. The polymers obtained with nickel complexes are soluble, while those obtained with palladium complexes are insoluble. Palladium complexes 4c, 4e and 8b bearing PPh3 ligands exhibit much higher activities than the corresponding complexes 4d, M and 8c bearing pyridine ligands under the same conditions.

Synthesis of C-1 bridge-containing metallocene catalysts and their catalytic activities for olefin polymerization

The synthesis and characterization of metallocene complexes which can be used as catalysts in the presence of MAO for olefin polymerization were discussed in the present paper. The metallocene complexes have been characterized by IR, H-1 NMR, EI-MS spectra and element analyses; The catalytic features of Olefin polymerization were studied under different conditions. Metallocenes in which metals is Ti had no activity for ethylene polymerization, Polymers with different features can be obtained by using different catalysts.

Preparation of poly(4-vinylpyridine)/silica hybrids supported cyclopentadienyltitanium trichloride (CpTiCl3) catalyst and styrene polymerization

Poly(4 - vinylpyridine)/silica( PVP/SiO2) organic - inorganic nanoscale hybrid was prepared using sol - gel method, in which PVP was used as an organic component and TEOS as a SiO2 precusor, This hybrid was used as CpTiCl3 support. The XPS and IR measurements showed that two kinds of catalytic active site were formed through analyzing the interaction mode between support and CpTiCl3. The results of styrene polymerization showed that syndiotactic was the highest at 50 degreesC. The catalytic activity was 1.09 x 10(6) g PS/ (mol Ti . h) at 70 degreesC when n(Al)/n(Ti) = 1500. GPC results showed a bimodal molecular weight distribution.

Nanosized polymer carriers for metallocene catalysts in heterogeneous olefin polymerization

Das Ziel der vorgelegten Arbeit war die Synthese von definierten, sphärischen Polystyrolpartikeln im Größenbreichen von Nanometern, die als Träger für die Immobilisierung von Metallocenkatalysatoren verwendet werden sollten. Ein wichtiger Anspruch an das System war dabei die Möglichkeit einer homogene Verteilung des Metallocenes auf dem Träger and eine homogene Fragmentierung des geträgerten Katalysators während der Polymerisation im Polymerprodukt. Für diese Zielsetzung wurden unterschiedliche Polystyrolnanopartikel hergestellt. Die Polystyrolnanopartikel waren mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen wie Polyethylenoxid- und Polypropylenoxidketten oder Hydroxygruppen auf der Oberfläche versehen, um den Metallocenkatalysator und den Cokatalysator MAO immobilisieren zu können. In verschiedenen Experimenten wurde der Einfluss dieser Polystyrolnanopartikel als Träger auf die Katalysatoreigenschaften wie Aktivität oder Produktivität und die Eigenschaften des produzierten Polyolefins wie z.B. Molekulargewicht und Morphologie untersucht. Im Vergleich zu den PS- Nanopartikeln wurden außerdem PS-Mikropartikel, Silica und Dendrimere als Träger in der heterogenen Olefinpolymerisation eingesetzt. Von all diesen Trägersystemen wurde das Fragmentierungsverhalten durch konfocale Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Aus den erhaltenen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass die hergestellten Polystyrolnanopartikel neuartige und leistungsfähige Träger für heterogene Polymerisationsprozesse darstellen. Die hergestellten Polystyrolnanopartikel besaßen eine wohldefinierte sphärische Struktur, die eine homogene Verteilung des immobilisierten Metallocenkatalysators und somit auch eine vollständige Fragmentierung des geträgerten Katalysators im hergestellten Polyolefin ermöglichte. Die Katalysatorsysteme, die aus den PS- Nanopartikeln und dem Metallocenkatalysator zusammengesetzt waren, wurden in verschiedenen Polymerisationen wie der Ethylen- oder Propylenhomopolymersation und der Copolymerisation von Ethen mit α- Olefinen getestet. Die Oberflächen- funktionalisierten PS Nanopartikel immobilisierten den Metallocenkatalysator ausreichend gut, so dass kein „Leachen“ (Ablösen) des Katalysators von der Trägeroberfläche festgestellt werden konnte und deshalb Polymer von sehr guter Morphologie erhalten wurde. Um die Fragmentierung des Katalysators und den inneren Aufbau des Polymers näher untersuchen zu können, wurde die konfocale Fluoreszenzmikroskopie für das PS- Nanopartikelträgersystem angewendet. Durch farbstoffmarkierte Trägerpartikel konnte die Verteilung des fragmentierten Katalysators innerhalb des Polymers sichtbar gemacht und analysiert werden. Dabei wurde festgestellt, dass sich PS- Nanopartikel und auch Dendrimere als Träger ähnlich verhalten wie Ziegler- Natta- Katalysatoren, die auf MgCl2 immobilisiert für die heterogene Olefinpolymerisation verwendet werden. Das Fragmentierungsverhalten der Silica oder PS- Mirkopartikel geträgerten Systeme entsprach dagegen dem schichtweisen Fragmentierungsverhalten wie es bereits von Fink und Mitarbeitern beschrieben wurde.

A new post-metallocene-ti catalyst with maltolate bidentade ligand: an investigation in heterogeneous polymerization reactions in different mesoporous supports

A new titanium catalyst easily synthesized from ethylmaltol bidentate chelator ligand was studied in homogeneous and heterogeneous ethylene polymerization. The dichlorobis(3-hydroxy-2-ethyl-4-pyrone)titanium(IV) complex was characterized by 1H and 13C NMR (nuclear magnetic resonance), UV-Vis and elemental analysis. Theoretical study by density functional theory (DFT) showed that the complex chlorines exhibit cis configuration, which is important for the activity in olefin polymerization. The complex was supported by two methods, direct impregnation or methylaluminoxane (MAO) pre-treatment, in five mesoporous supports: MCM-41 (micro and nano), SBA-15 and also the corresponding modified Al species. All the catalytic systems were active in ethylene polymerization and the catalytic activity was strongly influenced by the method of immobilization of the catalyst and the type of support.

原位聚合制备聚乙烯多相材料的微结构调控

聚合物多相材料的制备作为丰富材料品种，扩展材料用途的重要手段受到了广泛地关注和深入地研究。传统的熔融共混法制备聚合物多相材料时，一般需要加入增容剂来改善各相之间的相容性，从而使多相材料的性能达到预期的目标。但是由于增容剂本身也存在分散状态的问题，所以它的加入对多相材料的性能的影响比较复杂。因此，本论文致力于用原位共聚接枝的方法和粒子破碎的方法解决多相材料的界面结合和相分散问题。首先，采用对分散相进行共聚功能化改性的方法，使分散相与乙烯共聚，聚合过程中原位生成聚乙烯接枝物，这种聚乙烯接枝物能起到增容两相的作用，提高两相界面的粘结性，将这种方法应用到有机聚苯乙烯粒子和无机磁性钴粒子体系中，并分别进行了详细的研究；其次，通过聚苯乙烯载体的结构设计，使聚苯乙烯载体催化剂具有较高并且可控的活性，在较高的活性下，聚苯乙烯载体可以破碎，破碎后的聚苯乙烯均匀地分散到乙烯聚合产物中，并且碎片达到纳米级，用这种方法可以改善多相材料的相分散。 本论文的主要工作和研究结果总结如下： 1、采用悬浮聚合制备了交联聚苯乙烯粒子（c-PS），并且在聚苯乙烯粒子的表面引入了双键；c-PS粒子在乙烯填充聚合时，可以与乙烯共聚，从而制备了表面接枝聚乙烯的聚苯乙烯微球（PS-g-PE）；PS-g-PE微球上的聚乙烯的结晶温度与纯聚乙烯的结晶温度相比提高了6℃，说明聚乙烯与聚苯乙烯间的化学连接促进了PE的结晶；PS-g-PE与PE共混后，聚苯乙烯粒子与聚乙烯基体间的界面粘结增强。 2、采用乳液聚合制备了共聚型和不可共聚型交联聚苯乙烯乳胶粒子；将两种聚苯乙烯粒子用于乙烯填充聚合制备了聚苯乙烯/聚乙烯纳米共混材料，结果发现，共聚型聚苯乙烯/聚乙烯的断面上，两相间的界面模糊，并且拉伸断面上也没有不可共聚聚苯乙烯体系中由于拉应力作用而产生的空穴，超薄切片的透射电镜结果同样说明了可共聚型聚苯乙烯体系中界面粘结性的提高；当共聚型聚苯乙烯乳胶粒子的填充量较大（20 wt%）时，聚乙烯共混材料的凝胶含量比较高，说明有更多的共聚型聚苯乙烯在聚乙烯中充当交联点。总之，共聚型聚苯乙烯的填充量在非常少时（0.1 wt%）就能达到很好的改性效果。 3、采用阴离子共聚制备了两亲性的聚苯乙烯-b-聚-2-乙烯基吡啶嵌段共聚物（PS-b-P2VP）和聚4-（3-丁烯基）苯乙烯-聚苯乙烯-聚2乙烯基吡啶的三嵌段共聚物（PBSt-b-PS-b-P2VP）；两个嵌段共聚物在甲苯中均能自组装形成以PVP为核、PS为壳的胶束；Co2(CO)8在PS-b-PVP和PBSt-b-PS-b-P2VP甲苯胶束中热分解得到了由胶束稳定分散的Co磁流体；无水无氧的钴磁流体与乙烯填充聚合后得到了磁性聚乙烯纳米复合材料；钴纳米粒子在聚乙烯中稳定分散，不会发生聚集；PBSt-b-PS-b-P2VP与乙烯共聚后，纳米粒子与聚乙烯基体的相容性进一步提高，从而解决了金属纳米粒子在聚合物中的分散以及界面增强的问题。 4、采用悬浮聚合制备了三种溶胀能力不同的聚苯乙烯交联粒子，研究了溶胀时间对聚苯乙烯载体溶胀程度的影响，以及溶胀程度对乙烯聚合和产物聚乙烯形态的影响；实验结果发现溶胀程度较大、溶胀能力较强的聚苯乙烯载体的负载量和活性都较高；通过提高载体的溶胀程度可以增加催化剂对乙烯聚合的催化活性，最终使载体充分破碎分散到乙烯聚合产物中，原位形成纳米级聚乙烯共混物；乙烯聚合的动力学研究表明载体的破碎是一个由外向内逐步发生的过程；适当的活性可以控制载体破碎的速度，从而得到颗粒形态较好的聚乙烯产物。

新型镍系烯烃聚合催化剂的合成及催化乙烯聚合反应

合成两类含有烯烃基团的镍系烯烃聚合催化剂.一类是含有酚亚胺的中性镍系烯烃聚合催化剂,测定了其中两个催化剂的单晶结构,研究了这类化合物作为单组分催化剂催化乙烯聚合反应,系统地探讨了催化剂结构、催化剂浓度、聚合温度、乙烯压力等对乙烯聚合的影响,并对得到的聚乙烯进行了DSC和高温GPC表征.另一类是含有双亚胺的阳离子镍系烯烃聚合催化剂,测定了其中一个催化剂的单晶结构,研究了这类催化剂在MMAO的存在下催化乙烯聚合反应,以及铝镍比和温度对催化剂活性和聚乙烯的影响.用两种不同的方法对双亚胺镍系烯烃聚合催化剂进行负载.一种方法是在催化剂中引入烯烃基团,在自由基引发剂的作用下与苯乙烯共聚,生成高分子化的镍系烯烃聚合催化剂,详细研究了高分子化催化剂在不同条件下催化乙烯聚合的反应.为进一步探讨杂原子是否会破坏自固载催化剂的结构,设计合成了含有杂原子氧的非茂钛、锆催化剂,测定了其中两个化合物的单晶结构.晶体结构和乙烯聚合表明杂原子的引入没有破坏催化剂的结构,聚乙烯的形态也得到改善.在此基础上,探索合成了含有混合配体的锆化合物,测定了锆中间体23的晶体结构.

负载茂金属催化剂的制备及乙烯聚合

该工作制备了一系列新型载体负载茂锆催化剂,其载体涉及到功能化无机-聚合物复合材料、功能化多孔聚合物材料和功能化无机材料.主要工作和结论如下:一.新型苯乙烯-co-4-乙烯基吡啶共聚物/SiO<,2>壳核载体负载茂锆催化剂用于乙烯聚合.二.新型grape-type孔结构的聚(4-乙烯基吡啶)聚合物载体负载茂金属催化剂用于乙烯聚合.三.改性蒙脱土负载茂金属催化剂用于乙烯聚合.四.可控层间域结构的改性蒙脱土载体负载茂金属催化剂用于乙烯聚合.

硅桥含烯烃基团茂金属催化剂的合成及其催化乙烯聚合反应

合成了两类硅桥含烯烃基团茂金属催化剂。一类是含有烯丙基的硅桥联茂金属催化剂；另一类是含有乙烯基的硅桥联茂金属催化剂。对于前者，测定了其中一个化合物5的晶体结构，研究了其作为自固载催化剂在MMAO作用下催化乙烯聚合反应，并探讨了聚合温度、铝错比和乙烯压力等聚合条件对乙烯聚合的影响。对所得聚乙烯进行了DSC和高温GPC的表征。选取其中的一些催化剂来制备高分子化茂金属催化剂，其方法如下：利用催化剂中的烯烃基团，在自由基引发剂的作用下与苯乙烯共聚。系统研究了高分子化催化剂在不同条件下催化乙烯聚合的反应，表明高分子催化剂对乙烯聚合有高活性，并且得到宽分子量分布的聚乙烯。还进行了双组分催化剂（TIC14＋茂金属催化剂）催化乙烯聚合的实验，期望得到分子量双峰分布或宽分布的聚乙烯。结果表明，催化剂的构成和聚合温度都影响了聚乙烯的物理性能。另外，还得到了一个双核Ti（III）的化合物7，测定了它的单晶结构。

聚合物负载茂金属催化剂粒子在乙烯聚合过程中的破碎行为及其应用

本论文对聚苯乙烯颗粒用作茂金属催化剂载体方面进行了研究，重点考察了载体粒子的结构设计以及聚乙烯的粒子成核模型。此外，我们基于烯烃聚合过程中的载体破碎模型提出了制备聚合物共混物的新方法。本论文的主要工作和研究成果，急结如下：1．制备了多孔性聚苯乙烯乳胶粒，并用于负载茂金属催化剂以及乙烯聚合试验。通过与对应的实心型负载催化剂对比发现，多孔型催化剂表现出更高的活性以及聚合出形态更好的聚乙烯产物，我们用催化剂粒子的破碎模型对这种现象进行了解释。最后，通过考察载体成份在聚乙烯中的分布情况给出了多孔载体在乙烯聚合过程中破碎的证据，指出这种破碎行为是提高催化剂活性和改善聚乙烯形态的根本原因。2．制备了大孔结构以及疏松结构的聚苯乙烯树脂颗粒，并用于茂金属催化剂的负载化和乙烯聚合试验。研究了载体粒子的溶胀能力以及溶胀程度对催化剂负载量和催化剂活性的影响。结果表明，随着载体溶胀度的提高，催化剂负载量和催化剂活性都得到提高。当载体粒子充分溶胀时，大孔型和疏松型催化剂显示出很高的活性，而载体溶胀程度低时则催化剂的活性很低。实验结果证明充分溶胀的载体粒子在乙烯聚合过程中已分裂成碎片，而没有溶胀的载体粒子则不能破碎，表明载体粒子是通过溶胀过程达到破碎目的的，并因此能够提高催化剂活性和改善聚乙烯产物的形态。3．我们提出了利用多孔型聚苯乙烯微球负载茂金属催化剂催化乙烯聚合过程来原位合成聚乙烯／聚苯乙烯（PE／PS）共混材料的新方法。聚苯乙烯组分首先作为载体负载催化剂，在乙烯聚合过程中破裂成碎片而均匀的分散在聚乙烯相中。我们着重考察了载体粒子的设计以及载体的破碎效果对共混物形态结构和力学性能的影响。这种方法即使没有增容剂也可以使聚苯乙烯组分以纳米级的相尺寸分散在聚乙烯基体中，得到具有细微相形态的共混物，因而能够有效的改善材料的力学性能。

二氧化硅/粘土杂化物在乙烯聚合中的应用

一、我们通过在粘土片层之间组装二氧化硅纳米颗粒的办法合成了一种粘土／二氧化硅杂化物，并用它负载茂金属催化剂。当这种负载催化剂用于乙烯聚合时，粘土片层和二氧化硅都以纳米尺寸均匀地分散在聚乙烯基体中，成功地得到力学性能较好的聚乙烯／粘土纳米复合材料。二、通过在粘土片层间组装有机硅的办法合成了一种全新的有机一无机杂化结构的中孔粘土材料。层间有机硅的框架是由苯基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酷在层间水和有机胺作催化剂的条件下水解缩合而成。利用有机一无机杂化中孔材料的多孔性，疏水性和粘土片层可剥离性，我们把茂错催化剂负载在中孔材料的孔中，然后引发乙烯聚合制得了力学性能较好的聚乙烯／粘土纳米复合材料。用有机一无机杂化中孔粘土作载体制备聚乙烯／粘土纳米复合材料的最大优点是在低载错量的情况下（＜0.3％wt）仍然能够得到力学性能较好的聚乙烯／粘土纳米复合材料。三、利用丙胺基三甲氧基硅烷与含水的无机中孔材料反应，成功地将功能基团-（CH2）3-NH2接枝在中孔无机材料的孔壁上。这种功能化的中孔材料用于茂锆的负载和乙烯聚合。功能化的中孔粘土作载体的最大特点是在很低Al／Zr比的清况下（A1／zr＜200），仍然能够获得非常高的催化活性（＞106gPE/mol.Zr.h），继续提高Al/Zr比反而引起活性下降。功能化的中孔粘土作载体能够控制聚乙烯的形态，所得到的聚乙烯是颗粒状，堆密度也较高（0.20g/ml）。

Synthesis, Reactivity, and Characterization of Sodium and Rare-Earth Metal Complexes Bearing a Dianionic N-Aryloxo-Functionalized -Ketoiminate Ligand

The synthesis and reactivity of a series of sodium and rare-earth metal complexes stabilized by a dianionic N-aryloxo-functionalized beta-ketoiminate ligand were presented. The reaction of acetylacetone with 1 equiv of 2-amino-4-methylphenol in absolute ethanol gave the compound 4-(2-hydroxy-5-methylphenyl)imino-2-pentanone (LH2, 1) in high yield.