钙催化剂在生物降解脂肪族聚酯合成中的应用

生物降解高分子在环境保护以及组织工程、药物控制释放、骨固定等医药领域有着广泛的应用。特别是以聚丙交酷（PLA）、聚乙交酯（PGA）、聚。一己内酯（PCL）以及它们的共聚物为代表的化学合成生物降解高分子材料，由于具有优异的性能、可以大规模生产、成本较低等优点，得到了人们广泛的关注。作为生物医用材料，对无毒性的要求很严。而现在所用的脂肪族聚酯大都是用金属盐、金属有机化合物等作为催化剂合成出来的，不可避免残留一些催化剂所用的金属元素。研究表明，即使是已经获得美国FDA批准的，现在用得最普遍的辛酸亚锡所残留的锡也可能引起一些细胞毒性。因此对毒性小且活性高的催化剂的研究是非常有意义。钙离子对人体是没有毒性的，因而这几年已引起了人们的兴趣，但文献中报道的钙催化剂，如CaHZ等，催化活性尚不够让人满意。本文对高效的钙催化剂在生物降解脂肪族聚酯中的应用进行详细的研究，得到了一些有意义的结论：1、用EO和PO处理的有机氨钙催化剂（Ca／EO和Ca／PO）聚合了CL和LLA。发现CL聚合速度很快，M／I=650时70℃反应3h后收率已达到90％以上，LLA的聚合速度比CL要慢，M／I=650、70℃反应10h后收率才达到90％以上。以上聚合反应有明显的活性聚合的特点：反应初期Mv和收率和聚合时间呈线性关系；Mv在一定范围内和M／I成线性关系。2、用红外、原子吸收和核磁共振等分析手段阐明了有机氨钙催化剂的结构：结构，而且这两个催化剂的活性中心分别是均是Ca-O键。CL和LLA的开环聚合可能是以配位一插入的机理进行的。3、用C。／PO催化剂聚合LLA时有一定程度的消旋化反应发生，曳NMR研究表明相当于88％的LLA和12％外消旋以共聚。提高反应温度到110℃时比旋光度只有-125℃说明消旋化反应比较严重。4、用C。／PO催化剂先聚合CL再聚合LLA的方法合成了PCL-PLA两嵌段共聚物，并用泊NMR，13C NMR，GPC，DSC，WAXD进行了表征。其绝对和相对分子量可以通过M／I和投料比进行控制。定量碳谱图表明有较严重的消旋化反应发生，相当于84％的LLA和16％外消旋LA共聚。DSC和似XD分析表明，PLA段的分子量小时PLA段不结晶，当PLA段的分子量达到一定程度（3000以上）后PCL一PLA嵌段共聚物有相分离现象发生。5、以各种分子量的PEG为引发剂用氨钙催化剂和开环聚合CL，合成了一系列PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物，并用妞NMR，laCNMR，GPC，DSC，做XD进行了表征。聚合物的结构可以通过改变PEG的分子量和CL／PEG投料比来调整。从DSC和wAXD分析可以得出以下几个结论：PCL-PEG-PCL嵌段共聚物有相分离现象发生，形成PCL和PEG微相区域；PEG段的结晶行为受先结晶的PCL段的影响；PCL段的分子量越大PEG段的Tc和Tm越低，其结晶度越低。6、以各种分子量的PEG为引发剂用氨钙催化剂80℃下开环聚合LLA24小时，合成了一系列PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物，和别的催化剂比起来温度低得多，反应时间也短得多。可以通过改变PEG的分子量和CL／PEG投料比来调整聚合物的结构。DSC和WAXD分析表明，PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物中PEG段的结晶能力受PLA段的影响非常大：当PEG段的分子量很小时（如1000）很难结晶；即使当PEG段的分子量较大时如果PLA段的分子量达到一定程度时PEG段同样也不结晶；而且PLA段的结晶行为受本身分子量的影响比较大，其Tc和伽随着分子量增加有较大的提高。7、合成了MPEG-PLA两嵌段共聚物，发现合成PLA段的分子量大的聚合物比较困难，MPEG-PCL两嵌段共聚物很难合成。DsC和WAXD分析表明，PLA段对MPEG段结晶有一定程度的影响，但是比三嵌段共聚物的影响要小得多。8、用荧光光谱和IHNMR研究了上面合成出的几个样品的胶束行为。发现cmc由大到小的顺序为MPEG（5000）-PLA（5100），PLA（3050）-PEG（4600）-PLA（3050），PCL（2270）-PEG（5000）-PCL（2270），PCL（4600）-PEG（4600）-PCL（4600）。PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物在水中形成了具有核一壳结构的胶束。9、以苯甲醇处理的有机氨钙催化剂开环聚合了CL。泊NMR谱图表明得到的聚合物具有苯端基。这一结果为用硝苯基乙醇代替苯甲醇制备催化剂，然后开环聚合CL或LA得到硝基苯端基的脂肪族聚酯打下了实验基础。

高稳定生物传感器的研究与开发

由于生物传感器在临床、环境、食品等领域具有广阔的应用前景，近年来发展迅速。本论文以“十五”国家科技攻关重大项目《科学仪器研制与开发》的子课题《有机-无机杂化材料膜BOD生物传感器及BOD快速测定仪的研制与开发》为契机，进行了高稳定的BOD生物传感器的研究与开发；将自组装技术和纳米技术相结合，探索了一种制备性能稳定的酶生物传感器的新方法。主要结果如下：目前水污染经常必测的水质监测指标之一的生化需氧量（BOD）存在着测量时间长、不能及时反映水质变化、不能有效地进行信息反馈等缺点，为了解决这些问题，展开了快速、稳定的BOD生物传感器方面的研究：通过对微生物进行筛选，选择性能稳定的、对有机物降解能力强的微生物制备微生物膜；通过对各种固定化材料的比较，筛选出以硅的溶胶掺杂聚乙烯醇接枝聚乙烯毗睫的有机-无机杂化材料固定微生物制备微生物膜，该新型有机-无机掺杂材料不仅有效地防止了薄膜的开裂，而且由于其含有大量的轻基而具有良好的生物相容性。选择适当的溶液作标准溶液，能够改进生物传感器法与传统的五天法结果的一致性，可以进一步拓宽BOD生物传感器的应用范围。所研制的BOD生物传感器能在10 min左右测定BoD含量，稳定性和重现性良好；用于实际样品的测走，所得结果与标准稀释法一致；该传感器保存12个月经活化后至少具有80％以上的活性，可连续使用90天以上。通过对流路系统、恒温系统等的研究，与江苏江分电分析仪器厂的研究人员一起制备了XSF-1型在线BOD监测仪样机三台，并顺利通过了中国科学院院级鉴定。首先将金电极或玻碳电极表面功能化，再依次组装金纳米粒子和酶，制得性能稳定的生物传感器。这样制备的HRP生物传感器，实现了HRP的直接电化学，对H_2O_2还原具有很高的催化活性，响应速度快（＜2.5s）、灵敏度高、重现性好，并且具有长期稳定性。由此提供了一种组装金纳米粒子固定生物大分子的方法，由于金纳米粒子与生物大分子之间有较强的相互作用，酶或蛋白质能被牢固地固定在电极表面，而且金纳米粒子能够促进电子转移，从而有助于实现酶或蛋白质的直接电化学；该方法可多层组装金纳米粒子，从而增加酶载量；此外，该传感器也可与产物含过氧化氢的氧化还原酶联用制备双酶或多酶生物传感器。

Friedel-crafts反应合成芳香环状齐聚物与开环聚合

芳香环状低聚物的合成是二十世纪八十年代末发展起来的研究领域，其特有的环状结构和可进行可控的开环聚合决定了芳香环状低聚物具有广阔的应用前景。本文从研究单体结构与成环反应的关系出发，开拓了一种合成芳香环状聚醚酮的新方法—改进的Friedel-Crafte反应法，采用该方法成功地合成了一系列新型结构的大环化合物，并首次利用流变仪对开环聚合过程中的流变行为进行了较为系统的观测。根据acoson-Stockmayer环化理论，应用基质辅助激光解吸离子化飞行时间质谱（MAIDL-TOF MS），对一系列芳香环状低聚物组分分布进行分析，研究了芳香环状低聚物的产率、组分分布与单体结构的关系。结果表明：芳香聚醋、聚麟酸醋及芳香聚醚环状低聚物系列中，InCn与1nn呈良好的线性关系，符合J-S理论分布。环状齐聚物的产率与组分分布受单体的中心键角影响，单体的中心键角在100°～120°范围内，其中心键角愈小，γ值愈大。γ值愈大，反应产物中小环化合物的含量越高，而小环化合物的含量的增加是高产率地合成环状齐聚物的前提之一。在此理论的指导下，通过对单体结构的模拟，高选择性地合成了一种新型结构的芳香环状聚硫醋二聚体，对其结构进行了精确的表征，在不同溶剂中得到了该环状二聚体的单晶，单晶X闪ray衍射表明该二聚体为环张力极小的大环化合物。基于上述理论，以有利于成环的邻苯二酞氯为酞基化试剂，对Friedel-Crafts酞基化反应在合成芳香环状齐聚物中的应用进行了系统研究，开拓了一种合成芳香环状预聚体的新方法—改进的Friedel-Crafts酞基化反应法。发现反应体系中Lewis碱的存在有利于选择性地形成环状产物。并进一步确定反应最佳条件为： Lewis碱和催化剂Alcl3与富电单体的摩尔比分别为1.2和3.4; 1,2-二氯乙烷为本反应的最佳溶剂；等当量的反应单体要求缓慢滴加到形成“假高稀”的溶剂体系中；Lewis碱NMP，DMF等都适用于本反应体系。在此优化条件下，以邻苯二酞氯和间苯二酞氯为酞基化试剂，室温下，合成了一系列芳香环状聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚矾酮等新型结构的环状齐聚物，利用MALDI-TOF-MS，NMR，GPC，FTIR，DSC，元素分析等手段对环状结构进行了精确的表征；DSC分析表明含邻苯二拨基结构的环状齐聚物为无定型材料；部分产物的产率高达90％。在阴离子引发剂联苯双酚钾存在下，制备的环状齐聚物成功进行了熔融开环聚合，得到了相应结构的高分子量的线性开环聚合产物。其中，含邻苯二拨基结构的环状聚醚酮酮、环状聚醚酮矾的开环聚合产物的比浓粘度分别达到0.42dL／g，0.36 dL／g（0.5％的DMF溶液，25士0.1℃）；四种含间苯二锁基结构的环状齐聚物的开环聚合产物的Tg与常规亲电沉淀反应合成的线性高聚物的Tg相同。含侧甲基的开环聚合产物的Tg比对应的开环聚合的产物的Tg高约5℃。研究结果表明用亲电缩聚方法制备芳香环状聚醚酮与亲核缩聚法相比较，具有成本低廉、反应条件温和丫产率高、易于大规模制备等优势，开拓了一种制备环状化合物的方法。自从美国G.E.公司利用环状聚碳酸酷的开环聚合制备线性聚碳酸醋以来，对芳香环状低聚物的开环聚合过程的研究仅局限在由GPC监测反应某一时刻的产物的分子量，而缺乏对与应用更为接近的开环聚合中的粘度的变化的研究。本文以界面缩聚反应高产率地合成芳香环状双酚A聚酷二聚体为对象，研究了流变仪在开环聚合中的应用。利用流变仪对环状二聚体开环聚合过程进行了较为系统的观测，研究了不同条件下的开环聚合中的流变行为，结果表明，开环聚合存在引发期，而且在引发期，熔融体的粘度低于10Pa·S，超过引发期，粘度呈指数级增长。引发期的长短可以通过引发剂的种类、浓度、开环聚合的温度等条件进行有效地控制。芳香环状聚酷二聚体与环状聚碳酸醋的开环共聚合的流变行为的研究结果表明：开环共聚合可以降低开环聚合的温度，调整引发期，是提高聚合产物的分子量的有效途径。用流变仪对以改进的Friedel-Crafts反应合成的芳香环酮齐聚物的开环聚合中的流变行为进行了监控。在330℃，剪切速率为0.05S-l下，熔融的环状齐聚物的粘度为2.0Pa·S。通过对开环聚合的反应条件的控制，同样实现了开环聚合的可控，通过改变其开环聚合的引发期的长短及粘度的变化规律，可、适应不。条一定为加工设计与成型加工提供理论指导和模型设计，必将进一步推进开环聚合工 艺向应用方向的发展。

光导纤维pH传感器的光化学pH敏感高分子膜及pH响应性能

pH指示剂在高分子载体上的固定化研究是应光导纤维pH传感器的发展要求而发展起来的新的研究领域。pH指示剂在高分子固态载体上的固定直接决定着光导纤维pH传感器的灵敏度、响应时间、寿命等性能。迄今，吸附、包埋和化学键合三利，固定方法已得到广泛应用。吸附法与包埋法简单易行，但因指示剂易于逸出而无法保证试剂相的使用稳定性及寿命；化学键合法目前仅限于对含氨基等高反应活性基团的指示剂固定。另外，这三种固定技术均存在试剂相与分析对象呈现固／液两相分离的问题，它严重制约了传感器响应性能，成为pH指示剂固定技术发展的“瓶颈”。改善、发展与寻找新的指示剂／载体固定配对体系已成为本领域的研究焦点。本论文针对上述问题，开拓与发展了一系列指示剂固定于固态高分子载体上的新体系。（一）首先开拓与发展了酚红／交联聚乙烯醇与邻甲酚红／交联聚乙烯醇固定对的新体系。在酸性条件下，以甲醛做交联剂，通过在玻璃板上倾涂聚乙烯醇甲醛的凝胶溶液制备了高亲水性的交联聚乙烯醇载体膜；然后采用接枝共聚反应将丙烯酞胺单体与通过酸碱反应接枝有酚红或邻甲酚红的丙烯酞胺混合物接枝固定到交联聚乙烯醇薄膜上，首次将不含氨基的酚红、邻甲酚红在高亲水性的聚乙烯醇载体上固定。利用紫外可见光光谱仪测试了其响应性能。结果表明，固定化指示剂的光谱行为与其相应的水溶液的光谱行为不一致，这可能是固定化过程中新的化学键生成以及载体与指示剂之间的相互作用如氢键的作用等引起的。这也导致了其pH响应范围与相应指示剂水溶液的响应范围的差异。固定酚红交联聚乙烯醇pH敏感膜的pH响应范围为pH=6.72～8.49；固定邻甲酚红交联聚乙烯醇pH敏感膜的两个响应范围分别为［H~+］=0.1mol／L～5mol／L和pH7.97～12.26。这种方式制备的这两种pH敏感薄膜均表现出优异的可重复使用性、可逆性、稳定性及易于制备的特点。更突出的优点在于，与以聚丙烯酰胺为基质直接固定酚红的薄膜（PAM-PR）相比，这种固定技术制备的敏感膜，当其与分析剂溶液接触时，其接枝于表面的水溶性高分子溶解，呈现“液态”，在固态基质表面形成一“液膜”层，从而消除了试剂相与分析剂之间的相界面，克服了指示剂固定化技术中的“瓶颈”问题，大幅度地提高了其响应速度与灵敏度，使响应时间从PAM-PR的数十分钟降至30秒以下。（二）开拓了刚果红醋酸纤维素包埋对的pH敏感膜（CCM）及刚果红／环氧氯丙烷交联聚乙烯醇（PECM）和甲醛交联聚乙烯醇（PFCM）的三种pH敏感膜新体系，测试并比较了三种膜的响应性能。结果表明，固定化刚果红的光谱性质和响应范围与刚果红水溶液不一致，而且用不同载体固定的刚果红的光谱特征与响应范围也各不相同。CCM的响应范围为pH＝2.5～4.5，PECM的响应范围在［H~+］=2mol/L～pH＝6.8之间，PFCM响应范围为pH＝2.90～5.48。这也可能是固定化过程中的氢键效应、空间位阻、指示剂与载体间发生的化学反应不同及载体本身结构的差异等引起的。这三种膜也具有良好的重现性、可逆性及响应迅速（平均响应时间低于25秒）的特点。另外发现醋酸纤维素包埋刚果红的敏感膜具有特殊的稳定性。对这种特殊的稳定性原因的分析表明选择合适尺寸分子的指示剂与载体配对将可能克服包埋技术中指示剂逸出的缺点。（三）对制备的pH敏感膜及对应的水溶液的pH线性响应范围给出了相应的线性回归方程（R＞98.2）。结果表明这些敏感膜对响应范围内的pH均具有良好的线性响应关系。这些结果与思想不仅丰富了光导pH传感器的试剂相内容，也为后续工作提供了一些有益的借鉴。

铁系催化剂聚合1，3-双烯烃的研究

1，2-聚丁二烯和3，4-聚异戊二烯是制造高性能轮胎的原料。本论文研究了以含磷化合物为第三组份的铁催化剂合成1，2-聚丁二烯和3，4-聚异戊二烯的反应规律：1．以二乙基亚磷酸酷为第三组份的铁催化剂可在己烷中，较高温度（50℃）下聚合1，3-丁二烯。通过控制催化剂组份的配比，可制备间同和无规1，2-聚丁二烯。所得间同1，2-聚丁二烯的1，2-结构含量为91％，间规度为90％；所得无规1，2-聚丁二烯的硫化胶具有优异的抗干、湿滑性能。2．以三苯基磷酸酷为第三组份的铁催化剂是合成高间同1，2一聚丁二烯的高效催化剂。所得聚合物具有高的1，2-结构含量（ca.95％），高的间规度（ca.95％）。聚合物的微观结构与催化剂组成等反应因素无关。3．以二烷基亚磷酸醋为第三组份的铁催化剂可在己烷中，较高温度（50℃）下聚合异戊二烯。二烷基亚磷酸醋中烷基影响聚合活性的顺序为乙基一甲基＞正丁基＞异辛基。所得聚异戊二烯的3，4（含1，2）结构含量保持在60％左右，不受反应条件的影响。4．改性甲基铝氧烷（MMAO）活化的铁催化剂聚合异戊二烯，在相当低的MMAO用量下（Al／Fe=20，摩尔比）即有高的催化活性。溶剂影响聚合活性的顺序为甲苯＞环己烷＞己烷＞二氯甲烷。所得聚异戊二烯的3，4（含1，2）结构含量稳定在60％。

香蕉型分子的真空气相沉积薄膜研究

非手性的香蕉型分子因为独特的形状和极性自组装性能，能形成具有手性结构和特殊光电性能（如铁电性、反铁电性，二次谐波产生效应）的液晶，是近年来有机光电领域中一类非常令人感兴趣的材料。本论文以三环弯核分子间一二（对辛烷氧基苯乙烯基）苯［m-bis（4-p-octoxysryrenyl）benzene，m-OSB］为模型化合物，探索香蕉型分子真空气相沉积薄膜的生长行为。首先，采用示差扫描量热法（DSC）、偏光显微镜、X一射线衍射、透射电子显微镜以及分子模拟等手段表征了m一OSB的体相结构。m-OSB存在两个晶相：相I（T＜66℃）和相11（66oC＜T＜157℃），157oC以上为各向同性态。确定相I为正交晶系，PZI2121空间群，晶胞参数为a＝7．43A，b：6．34A，c＝72．07A，α=β=γ=90°；分子模拟结果显示m一OSB排列成反铁电的层状结构，分子的长轴方向与c轴平行。相n的结构与相I非常相似。这些表征结果为薄膜形态结构的解释提供了依据。然后，采用真空蒸镀的方法制备m-OSB的单层和多层薄膜，用原子力显微镜、透射电子显微镜以及X-射线薄膜反射等手段研究了薄膜形态、结构和薄膜对温度的稳定性。由于香蕉型分子的特殊形状，m-OSB的气相沉积薄膜表现出了特殊的形貌、生长机理和相行为。在单层薄膜生长中，二维岛在40℃以下为圆形或椭圆形的滴状岛，在60℃以上为枝晶状岛，该生长形貌随基底温度的演变与传统的扩散受限凝聚（DLA）理论所预言的结果相反，AFM观察发现滴状岛是从最初沉积的无序膜分解得来的，类似"去润湿"现象；枝晶状岛是从无序膜中成核再通过分子的扩散生长形成的；单层薄膜无论是滴状岛还是枝晶状岛都不稳定，在室温下放置一段时间后均转化为双层的晶体；在多层膜的生长中，观察到了m-OSB形成了高有序、大尺寸的准外延膜。这些在有机气相沉积薄膜生长中都是第一次报道，论文对所观察到的生长现象和相变现象给予了合理的解释。通过对m-OSB气相沉积薄膜的成核和生长过程的系统研究，获得了薄膜形态结构与分子形状和制备参数的关系，对进一步理解有机分子气相沉积薄膜的生长规律和制备高有序的连续薄膜具有重要意义。

聚酰亚胺膜用于醇/醚混合物的分离

采用渗透汽化（PV）或蒸汽渗透（VP）膜过程分离共沸、近沸、同分异构以及热敏感性液体混合物的研究工作已经开展许多年了。同传统严重耗能的分离技术相比（如萃取或者共沸精馏），Pv或VP无论从节能、安全还是环境友好方面看，都是一个非常有前景的新技术。PV或VP也是一种"清洁"的技术。它特别适合于处理含有挥发性有机组份的混合物。目前PV或VP的方向可以分成三个：（l）水一有机混合物的脱水；（2）从水溶液中脱除挥发性有机物；（3）有机一有机溶剂混合物的分离[1]。PV的一个里程碑式的工作是1982年GFT公司（现属SulzerChemtech公司）利用亲水材料聚乙烯醇（PVA）在巴西建成了第一个乙醇脱水的工业化膜装置。至今在全世界已经建立了100多套Pv工业装置（90％是GFT公司提供的膜和技术）。多数用于有机溶剂的脱水，包括乙醇脱水、异丙醇脱水以及酷类、醚类和其它有机溶剂的脱水。现在PV的研究热点己经不是亲水膜了，而是亲有机溶剂的膜。这方面的研究是非常活跃的。但是与之呈鲜明对比的是没有什么大的工业化技术。值得提及的是1991年AlrProducts公司建成了膜法分离甲醇一MTBE的工厂。这个成功激励人们进一步研究那些汽一液平衡差的有机混合物的分离。目前PV普遍存在的主要问题是通量较低，这是阻碍Pv进一步工业化的关键。而这个问题的根源在于缺少具备耐溶剂的聚合物膜材料。膜材料问题又表现在两个方面：一个是设计并合成出新的高性能膜材料，另外是筛选出具备高渗透性能与稳定性兼备的膜材料。事实上，经过二十多年的研究，针对PV已经开发出许多新，的聚合物膜材料了。但似乎合成新材料的热情并没有因此而降温。开发新材料仍旧是聚合物膜领域的一个重要问题。对现有材料进行改性研究已经成为材料设计的一个重要方面。由于PV分离膜对体系的针对性非常强，为特定体系筛选材料就成为一个关键问题。筛选材料又涉及到构造膜材料结构与渗透性能关系的理论【3］。目前这方面的工作还很不完善。VP是将有机溶剂在蒸汽状态下进行分离的较新膜过程。近10年来VP技术工业化的步伐很快，这主要得益于PV技术在工业应用中所积累的经验与知识。1989年9月德国Heilbronn的Bruggem～公司设计并投入运行了世界上第一套工业规模的VP装置，接下来有许多VP装置在世界各地建立起来。在无水乙醇生产中，二者操作成本相似，但VP法比PV法节省设备投资费用，因而总成本也比较低。另外，VP过程还特别适合于从空气或其它气体中去除挥发性有机污染物，并回收有用物质。如石油化工中回收乙烯、丙烯、氯乙烯单体；天然气生产中去除C3以上碳氢化合物，及HZS、C02等酸性气体；空气中可挥发性有机物，如氯甲烷、丙酮、庚烷等［2］。实际上，从己经工业化的技术上看，单纯应用PV或VP进行有机混合物的分离不是最佳的选择。采用PV或VP与蒸馏过程祸合的方法常常是最经济的，因为藕合过程可以利用原有的精馏设备。这不仅有利于节省设备的投资，而且可以节约操作费用。尽管利用PV或VP分离有机一有机混合物的商业前景是非常广阔的，但是这个领域的发展却最缓慢。现在看来，主要问题是研究者在表征与开发单一成分的膜材料（比如聚合物材料与无机材料）方面花费了太多的时间与精力。因为单一材料的分离性能也许注定不能成功。正像聚合物材料在气体分离方面存在透过性与选择性相互制约的Robeson上限那样，在有机混合物分离方面也应该存在类似的关系。但人们常常是被迫才承认这些让人不愉快的极限定律。本论文采用长春应化所自主合成的一种可溶性聚酞亚胺（HQDPA-DMMDA）为基本膜材料，进行有机混合物的分离研究。开展了三方面的工作：一个方面是表征这种聚合物膜对醇一醚（主要是甲醇-MTBE）混合物的分离，包括对材料进行共混改性、杂化改性等研究。第二个方面是针对"溶解一扩散"理论及实验上存在的一个基本问题，发明了一种测定有机溶剂在聚合物膜内形成团簇尺寸的新方法。第三个方面是将气体分离中有关自由体积理论引入到"有机溶剂一聚合物"体系中，解释其溶胀、吸附行为。论文的第一章将介绍己经研究的和工业化的有机一有机混合物体系及膜材料的状况。第二章将介绍与PV、VP有关的较新理论。第三章将介绍两种表征聚合物及测定聚合物一溶剂相互作用的新方法。第四章将介绍与本论文有关的实验背景。第五章是关于聚酞亚胺膜材料用于甲醇-MTBE分离的表征与改性研究的工作。第六、七、八、九章是关于分离机理的研究工作。

Ti-V-Cr固溶体储氢合金的结构及电化学性能研究

本论文首先研究了Ni、Zr分别对Ti-V－Cr固溶体储氢合金中Cr和Ti部分取代的影响，得到了性能良好的Ti0．17Zr0．08V0．35Cr0．10Ni030基质合金。在此基础上进一步研究了入甄、B、Fe、Co、Al元素的添加或取代对基质合金的结构及电化学性能的影响。采用XRD、ICP、SEM一EDX、XPS、EIS、线性极化和阳极极化等表征手段对Ti一V－Cr固溶体储氢合金的结构及电化学性能进行分析和表征，主要结果如下：①Ti一V－Cr合金自身在碱性电解液中几乎无电化学活性。当用Ni部分取代Cr后，合金中出现具有电化学活性的第二相，其电化学性能得到有效地改善和提高。②Ti0.25-xZr_xV0.35Cr0.1Ni0.3（x＝0．05-0．15）合金主要是由bcc相和c14Laves相组成。随Zr含量从0．05增加到0．08，合金电极的放电容量和倍率放电能力增加；当x继续从0．08增加到0．15时，其变化较小。合金电极的电荷转移电阻随x增加而降低，当x在0．08到0．15之间变化时，电荷转移电阻变化也比较小。表明电荷转移电阻的大小与合金的电化学性能密切相关。③经过50次充、放电循环后，Tio．17zr"sV时scrol0Ni03。合金电极在303K和313K的放电容量能保持在90％以上；在70℃时的放电容量仍能达到275mA扮g。根据不同温度时的交换电流密度，计算了Ti。，17Zr008V时SCr川0Ni030合金电极表面电化学反应的表观活化能，其值约为50kJ／mol。④通过Nln、B、Fe、C。、AI对Tio．17zroosvo35Crol0Nio3。合金基质的添加与取代的研究，得到了具有高容量的储氢合金。其中Tio．17Zr008Vo35Cro．10Ni020Mnol。合金室温最高放电容量达到390n1A扮g；在253一343K的温度范围内，Tiol7Zr08V035Cr0JONioz5Mnoos合金具有高的放电容量，其容量在167一298mA树g之间变化，但是这些合金的稳定性有待进一步的提高。⑤合金充、放电过程中，晶格的扭曲和膨胀、Zr和V的溶解使得合金结构发生变化；合金的严重粉化及表面致密氧化膜的形成，是导致Ti一V－Cr合金电化学性能的衰减的主要原因。

天然产物及相关复方配伍的质谱及液相色谱研究

质谱技术以其灵敏度高、样品需求量少、快速准确的特点在生物大分子体系和天然产物的化学成分研究中起着极为重要的作用。特别是软电离质谱技术的发展，大大简化了化合物的测定过程，提高了分析研究速度，为分析植物及食物中的结构信息提供了快速便捷的方法。HPLC-ESI-MSn是90年代发展成熟的分析技术，它集液相色谱的高分离能力与质谱的高灵敏度和高专属性于一体，已成为包括药物微量杂质、药物降解产物、药代代谢动力学研究、组合化学合成产物高通量分析以及天然产物的化学筛选在内的现代药学研究领域最强有力的分析工具之一。本文首先采用电喷雾多级串联质谱技术，系统地研究了负离子条件下黄酮普元、黄酮醇普元以及二氢黄酮普元等化合物的特征质谱行为，并对中药黄芬中三种黄酮昔化合物进行了研究。利用这些特征碎片离子，可以简便快捷的区分结构类似的黄酮类化合物及其同分异构体。通过对黄酮C一昔类化合物的电喷雾串联质谱（ESI-MSn）研究，提出黄酮C-苷类化合物的特征碎裂规律，证明〔M-H-60］-，〔M-H-90］-，〔M-H-120〕-为黄酮C-苷类化合物的特征离子。为鉴定植物粗提物中黄酮类化合物奠定了基础。之后我们进一步采用高效液相色谱与电喷雾质谱联用技术，在线区分混合物中的黄酮类化合物的同分异构体。根据黄酮类化合物的电喷雾质谱规律以及化合物的色谱保留时间分析鉴定了黄答中的七种黄酮类化合物。建立了一种有效检测黄芩（Scutellariabaicalensis Georgi）中黄酮类化合物的快速灵敏的分析方法，为建立黄答药材的质量控制标准提供了借鉴。对于黄酮类化合物灵敏、快速和准确的分析方法的建立，不仅为黄酮类化合物的结构的快速鉴定提供了一定的依据，而且对生药的鉴别和制剂的质控起到重要的作用。利用电喷雾多级串联质谱技术，对化学结构相似的黄酮营、二氢黄酮营和黄酮醇昔类化合物进行了对比研究。并且首次利用高分辨质谱FTICR-MS及SORI-CID技术对naringin进行了质谱研究。利用其超高分辩率、准确质量确证了中性碎片丢失，进一步证明了我们对其碎裂机理的推断。之后，我们通过金属离子与黄酮昔溶液混合后，采用电喷雾串联质潜法进行测定。实验表明通过人为加入某些金属离子如Li+，Na+和K+，特别是Li＋可以提高黄酮昔类化合物分析灵敏度，从而提供较多结构信息。并且在串联质谱中表现不同的碎裂行为，为黄酮类化合物结构分析提供补充信息。研究表明结合〔M-H］-，〔M＋Na〕+，〔M＋Li〕+离子串联质潜提供的信息，能够有效的鉴定黄酮普的结构。本文通过电喷雾串联质谱（ESI-MSn）和液质联机技术（HPLC-ESI-MS／MS）研究了原小聚碱型生物碱。首次利用高分辨质谱FTICR-MS和SORI-CTD技术对原小桨碱型生物碱进行了高分辨质谱研究，提出了各种碎片离子的碎裂途径，并总结了原小聚碱型生物碱的质谱碎裂规律，为鉴定此类型的生物碱提供了依据。之后通过电喷雾串联质谱研究了四种生物碱化合物质谱行为。最后我们利用液质联机技术（HPLC-ESI-MSn），通过与标准品的液相保留时间对照及原小聚碱型生物碱的质谱碎裂规律，建立了分析鉴定常用中药中原小聚碱型生物碱的快捷方法。并通过选择离子监控技术（SIM）提高了对于同分异构体的分离鉴定。通过色谱UV吸收峰定量研究了这四种药用植物中小璧碱和巴马汀的含量，为临床应用提供一定的化学基础，为建立中药质量控制标准及植物分类学提供一定的依据。采用HPLC法考察了常见的黄连药对组合煎煮对黄连中小聚碱、巴马丁煎出量的影响。为制药工艺的优化奠定了基础。之后我们以中药理论为指导，按药物性味对改良半夏泻心汤中各药进行分组，利用高效液相色谱分析了不同配伍条件下小璧碱、巴马丁煎出量的变化。为组方的合理性和科学性提供了一定的化学物质基础依据。

ZnO基稀磁半导体的制备与性质研究

本论文利用溶胶一凝胶法和水热法制备了不同离子（Eu~3＋，Sm~3＋，Mn~2＋，Fe~3＋，Co~2＋，Ni~2＋）作为磁性杂质的ZnO基稀磁半导体，并系统地研究了材料的薄膜、粉末和纳米结构的结晶特性、结构形态和光、电、磁性质。溶胶一凝胶法制备的薄膜的晶体为c轴取向生长的六方纤维锌矿结构。薄膜的取向生长受烧结气氛、烧结温度和掺杂离子浓度的影响，其中烧结气氛是影响薄膜取向生长的最直接、最显著因素。随着烧结气氛中氧含量的减小，薄膜的沿c轴生长的趋势加强。此外，烧结温度的提高也增强薄膜沿c轴生长的趋势，但掺杂离子浓度的增加却抑制薄膜的c轴取向生长特性。通过薄膜表面形态的研究发现，在空气中烧结的薄膜由立方晶粒构成，而在真空中烧结的样品则由不规则的片状晶粒组成。组成薄膜的多晶颗粒粒径小于10Onm，15层薄膜的膜厚为357-366nm。掺杂离子在薄膜中均匀分布，成膜过程不改变掺杂离子（Eu3+，Sm3＋，Mn2+，Fe3＋，Co2＋，Ni2＋）和基质离子（Zn2+和O2-）的价态。 不同Eu3+掺杂浓度的ZnO薄膜样品的吸收光谱的吸收边出现在363nm和368nm之间，对应半导体材料的禁带宽度Eg=3.42～3.40ev。由于Eu3＋改变了薄膜的表面性质，Zn1-xEux（0.005≤x≤0.15）薄膜在可见光区出现了一系列干涉带。Zn1-xTMxO薄膜的吸收光谱的吸收边位置出现在356nm-369nm，对应半导体的禁带宽度为3.34-3.46eV，在可见光区发现了Co2＋的电子的d-d跃迁引起的吸收带。随着掺杂浓度的增加，薄膜的透光率逐渐减小。Zn1-xCoxO薄膜在近紫外与可见光区的透光率都在60％以上，Zn1-xEuxO薄膜的透光率则高达90％。在Zn1-xEuxO薄膜的激发发射光谱中，以613nm作为监控波长，激发光谱除了检测到Eu3＋的7F→5D能级的吸收跃迁外，还检测到最大值位于378nm附近的ZnO的吸收带。以394nm为激发波长，发射光谱检测到Eu3+的5D0→7FJ（J＝1，2，3，4）跃迁。以zno的带隙能量378nm作为激发波长进行激发，检测到Eu3+的5D0→7F2跃迁，说明基质zno和E矿十之间存在能量交换。薄膜磁性测试在4-400K温度范围内进行，发现在此温度范围内Zn0.9Eu0.1O薄膜表现居里一外斯顺磁性；在低温区，存在磁性增强现象。zno．gCoo．IO薄膜在23oK以下表现为铁磁性，200K的M-H曲线显示薄膜的剩磁（Br）约为0．21em侧g，矫顽力（Hc）约为327Oe。但Zn0.9Mn0.1O，Zn0.9Ni0.1O，Zn0.9Co0.1O薄膜的磁性测试则显示在80K以上三种薄膜均表现为顺磁性。Zn0.9Eu0.1O薄膜的电阻呈现典型的半导体性质，在ZT的磁场下，薄膜在110K获得最大14.53％的磁阻率。Zn1-xTMxO薄膜的电阻也表现典型的半导体特性，实验研究了薄膜在不同掺杂离子浓度、外加磁场以及温度条件下的磁阻性质。粉末样品中磁性离子的掺杂浓度均小于薄膜样品。Co，Fe，Ni，Mn掺杂的Zn1-xTMxO粉末在80以上均为顺磁性。在Co2＋掺杂的粉末样品中没有发现类似于薄膜样品的铁磁性，说明DMS的磁性与制备条件关系密切。实验证明了利用sol-gel方法，Zno：TM稀磁半导体能够有效地组装在MCM-41和AAO的孔道内。ZnO:TM材料组装进在MCM-41孔道后，不改变孔道的六方结构但使孔径变小。随着组装次数的增加，MCM-41的孔径和孔容累进减小。组装在AAo模板孔道内的材料呈单分散纳米颗粒状态，颗粒粒径小于loonm。组装材料的磁性测试显示：组装在MCM-41内的Zn0.9Co0.1O材料在80K-30OK呈现超顺磁性。而Mn，Fe，Ni掺杂的Zno在此温度范围内表现顺磁性。组装在AAO内的ZnO:TM(TM=Mn，Fe，Co，Ni）材料在SOK-30OK温度范围内都呈现顺磁性。在水热法合成ZnO:A（A＝Bu，Sm，co）纳米粒子的过程中，发现反应温度、压力、时间和溶液浓度等因素只影响Znl．xCoxO纳米粒子的的产量，而溶液的酸度却影响产物的形貌。控制溶液的酸度，可以控制产物的形貌从粒状向棒状转变。当溶液的PH＝5时，在甲醇：水体系中可以水热合成规则的棒状ZnO：RE（RE=Eu，Sm）纳米晶。所得到的Zn0.98Co0.02O纳米晶在80K呈超顺磁行为，而ZnO：RE（RE＝Eu，Sm）纳米晶在80K则表现较弱的顺磁性。 实验通过控制水热条件，制备了一种新型结构的柠檬酸锌晶体。由于利用了水热反应的非平衡合成条件，所得到的晶体的层状结构不同于目前已知的所有柠檬酸配合物的离散型分子结构。单晶衍射结果表明：化合物是一个由八面体和一个非对称单元交替相连构成的二维层状结构。

新型单茂钛苯乙烯间规聚合催化剂的研究

本论文合成、表征了一系列改性单茂钦配合物，研究了这些配合物催化苯乙烯间规聚合反应行为。主要工作和结论如下：1．合成、表征了一系列双酚（胺）氧基五甲基单茂钦氯化物。在改性甲基铝氧烷（MMAO）的活化下，这些配合物可高效地催化苯乙烯间规聚合，在较高的聚合温度时（70-90℃），催化活性接近或超过五甲基氯化单茂钦的活性，在较低的铝钦比时（500／1），催化活性远远高于五甲基氯化单茂钦的活性。2．合成、表征了一系列新型单乙醇苯胺五甲基单茂钦氯化物。在MMAO的活化下，这类配合物是苯乙烯间规聚合的高效催化剂，催化活性高于母体配合物五甲基单茂钦氯化物，在较高的聚合温度和较低的铝钦比时，体现出优异的催化性能。这类配合物的催化活性随着配体的空间位阻的增大而逐渐升高。3．合成、表征了一系列新型双乙醇苯胺五甲基单茂钦氯化物。在MMAO的活化下，可以高效催化苯乙烯间规聚合，催化活性高于母体配合物五甲基单茂钦和相应的单乙醇苯胺配合物，尤其在较高的聚合温度和较低的铝钦比时，更加体现出优于母体配合物的催化性能。这类配合物的催化活性随着配体的空间位阻的增大而逐渐升高。4．合成、表征了一系列新型含曼尼希碱类配体的五甲基单茂钦氯化物。在MMAO的活化下，可高效催化苯乙烯间规聚合，催化活性远远高于母体配合物五甲基单茂钦氯化物，尤其在较高的聚合温度和较低的铝钦比时，更加体现出优于母体配合物的催化性能。这类配合物的催化活性随着配体的空间位阻的增大而逐渐升高。5．合成、表征了一种新型的多核单茂钦配合物。在MMAO的活化下，这类钦配合物可催化苯乙烯间规聚合，在优化条件下，催化活性可以达到五甲基氯化单茂钦活性的三倍，尤其在较高的聚合温度和较低的铝钦比时，更加体现出优于母体配合物的催化性能。随着中心金属原子个数的增多，催化所需的MMAO的用量逐渐减少。

I：端羟基液体聚丁二烯的氯化 II：氯化端羟基液体聚丁二烯的固化

合成了一系列氯含量不同的氯化丁羟（氯含量为5％～68％）。利用红外光谱、核磁共振观察了氯含量不同的氯化丁羟的双键变化。通过氯含量－5反应时间的关系及上述观察结果表明；丁羟在四氯化碳中进行氯化，首先进行加成反应，待双键饱和后，进行取代反应。用红外光谱观察了丁羟在氯化反应中三种微观结构的变化，观察了氯化高顺式聚丁二烯的双键变化，对氯化丁羟的赤苏异构体的碳－氯键红外光密度比值，进行了分析。这些观察和分析说明；丁羟在四氯化碳中氯化，存在着顺－反异构化反应。较详细地研究了影响交联反应的主要因素，利用低聚物的特点，通过数均分子量和粘度表征了交联反应程度。从而观察到，交联反应伴随着氯化反应之中，交联程度随着反应液中羟浓度的提高，随着反应时间的延长而增大。在一定反应液浓度下交联程度可以减小到很低程度，得到完全可溶的氯化丁羟。反应温度对交联反应在20～76℃范围无显著影响。提出了以氯乙醇为调节剂合成液体氯化丁羟的方法。实验结果说明，氯乙醇比文献中得到的乙醇在抑制交联反应，提高氯含量方面效果更好。氯化丁羟的羟值分析结果表明，丁羟的羟值在氯化反应中没有损失。这对氯化丁羟作为遥瓜型低聚物应用，在进行固化反应时，是非常重要的。随着溶剂介电常数的提高，出现凝胶的极限浓度也提高。根据这一实验和上述各项实验结果，基于烯类化合物氯化反应的一些基础研究工作。我们认为，在丁羟的氯化反应中，存在着两种反应机理；离子机理的加成，导致可溶氯化产物，自由基机理除加成外，导致交联，顺－反异构化反应。II 氯化丁羟与TDI的反应为二级反应。DBTDL（二月桂酸二丁基锡）对本固化反应有明显的催化效果。在100 ℃，以DBTDL为催化剂的固化反应中，氯化丁羟与TDI的反应速度常数为11.9 * 10~(-3)（升／克分子·秒），这个反应活化能为5.5千卡／克分子。合成了一系列的氯化丁羟聚氨酯。红外光谱测试结果表明，NH基分为两个红外吸收峰；3440 cm~(-1), 3310 cm~(-1)。高波频峰的为游离的NH基，低波频峰为缔合的NH基，其缔合度为88％。同时，表征了氯化丁羟聚氨酯的主要红外光谱吸收峰。研究了氯化丁羟聚氨酯的形态结构。透射电子微显镜示出氯化丁羟聚氨酯的微相分离区域结构，其硬段区域结构的尺寸大约趋于在0.7～1.6μ范围内（硬段含量30％）。差热分析和示差扫描量热分析结果一致表明，氯化丁羟聚氨酯在60 ℃-90 ℃范围内有一宽而弱的吸热转变区，在115 ℃左右有一吸热峰，它们归因于硬段区域结构的热转变。宽角X光衍射实验没有观察到明显的结晶吸收峰的存在。这个实验结果主要与氯化丁羟聚氨酯的无规、侧基及不对称的结构特点有关。初步实验结果显示出，氯化丁羟聚氨酯具有优异的粘结性能，其抗剪强度约是丁羟聚氨酯的六倍。通过氧化锌的作用，可以提高氯化丁羟聚氨酯的抗张强度。因为粘结强度是水轮机耐磨耐汽蚀涂层研制中比较关键的因素，所以，这个实验结果是很有意义的。

无定形1，2－聚丁二烯的分子链结构和分子链的相互作用

聚合物的结构决定了它的分子链的运动，分子链的运动又可表征聚合物的结构，而且聚合物的宏观性质又受到它的微观运动的影响。因此有目的地开发各种聚合物材料，充分利用其独特的性质，都离不开研究它的微观运动。这就是结构－性能－运动的关系。1，2－聚丁二烯作为一种弹性体，近十几年研究得较多，主要局限在它的链节结构（1，2－链节）与其物理机械性能的关系方面，其目的是为了弥补顺丁橡胶的不足。对于1，2－链节与其分子链的微观运动则研究得较少。然而这方面的研究对于1，2－聚丁二烯弹性体的开发和应用无疑是有益的。研究1，2－聚丁二烯的链节结构与其分子链的相互作用，首先需要选择适当的表征分子链的各种相互作用的参数。聚合物分子链的长程运动，可分为分子链内旋转运动和分子链间相互作用。其中分子链间相互作用通常用聚合物的内聚能密度表示，分子链内旋转运动决定分子链的柔顺性，而它们二者共同影响聚合物的玻璃化温度。因此实验中首先测定1，2－聚丁二烯的玻璃化温度和内聚能密度，从研究1，2－链节与1，2－聚丁二烯分子链的忌的相互作用和分子链间的相互作用着手。实验需要的1，2－聚丁二烯样品部分是用丁基锂制备的，也有别人提供的钼体系和铁体系的样品。样品的1，2－链节含量从8％至90％。主要用线膨胀法（还有DSC法及扭摆法）测定了1，2－聚丁二烯的玻璃化温度。不仅发现了1，2－聚丁二烯的玻璃化温度随1，2－链节增多而提高，而且得到了它们在玻璃化转变时的体积膨胀系数。这个系数对于后面研究分子链柔顺性是有用的。聚合物的内聚能密度是其溶解度参数的平方。实验选用特性粘数法测定1，2－聚丁二烯的溶解度参数，其中关键在于选择适当的溶剂。这方面失败的教训是由于所用的溶剂在化学结构和极性上与聚合物的相差甚大。由于这种限制，测定1，2－聚丁二烯的溶解度参数时，难以找到化学结构和极性合适且溶解度参数又相当的纯溶剂。因此按照溶解度参数理论，配制了不同溶解度参数的环已焓一甲苯混合溶剂，代替部分纯溶剂。测定结果表明，1，2－链节含量为16％的样品，其溶解度参数为8.6（[卡／立方厘米]~(1/2)），其余含量较高的样品，都是8.5（[卡/立方厘米]~(1/2)）。用混合溶剂测定聚合物的溶解度参数还是第一资，其可靠性取决于混合溶剂的溶解度参数的准确性。根据溶解度参数理论，我们提出克分子体积相近，且无特殊的相互作用的二元混合溶剂的溶解度参数，等于它们各自的溶解度参数按体积分数的加合。环已烷和甲苯的克分子体积分别为108.7和106.8立方厘米，它们的溶解度参数的极性分量S_极 → 0，再假定混合时没有吸热效应，它们二者按体积分数加合的溶解度参数可以定量使用。用时还从三个方面进行了验证，(1)用克分子体积相差较大(分别为147.4和89.4立方厘米)的正庚焓－苯混合溶剂作为反证；(2)根据特性粘数理论，用Matsuo方程；(3)由三元(溶剂1－溶剂2－聚合物)体系的Flory-Huggins相互作用参数等，它们都证实了上面提出的混合溶剂测定1,2－聚丁二烯溶解度参数的条件。根据前面的实验结果发现，1，2－链节与1，2－聚丁二烯的玻璃化温度有关，与其内聚能密度基本无关。建么1，2－链节必定与其分子链柔顺性有关。为了更准确地说明1，2－链节对1，2－聚丁二烯分子链柔顺性的影响，需要选择表征分子链柔顺性的参数。聚合物的分子链中相互作用的直观表现是它的分子链柔顺性，而分子链的柔顺性起因于它的链状分子和分子链的内旋转运动。因此我们选用分子链内旋转的参数（内旋转势垒和内旋转异构化能）表征1，2－聚丁二烯分子链的柔顺性。目前文献报道的计算分子链内旋转异构化能的方法，大多数是根据Gibbs-DiMarzio的玻璃化转变理论。这些方法一般都比较复杂。我们提出从聚合物发生玻璃化转变时的温度和体积膨胀系数，计算分子链内旋转异构化能的简便方法。这个方法的基本出发点是认为聚合物发生玻璃化转变时的自由体积，对不同结构的聚合物并非常数，其原因在于玻璃化转变时的聚合物体积膨胀系数部分地来自于分子链构象变化的贡献。分子链内旋转引起构象变化时，分子链的内旋转异构化能也相应地变化。因此玻璃化转变时，分子链的构象变化既对聚合物的体积膨胀系数有影响，又与分子链内旋转异构化能有联系，那么此时的聚合物的体积膨胀系数，与单个分子链的内旋转异构化能必然有某种联系。若用Δα·Tg（Δα是随态和玻璃态的体积膨胀系数）表示玻璃化温度Tg下，单个分子链处于能量状态∈的几率，Ng表示相同温度下，分子链中处于相同能量状态中的柔顺链分数，按照统计力学原理得到∈=-K·TgLn((Δα·Tg)/(1-Δα·Tg))。(1)

铁体系催化丁二烯聚合的研究

本工作研究了以三氯化铁为主催化剂，三异丁基铝为助催化剂，吡啶、苯胺、丙烯腈、乙二胺、四甲基乙二胺、2,2'－联比啶和邻啡啰啉等含氮化合物为配位体的催化体系聚合丁二烯。发现邻啡啰啉做配位体时，该体系有很高的催化活性，Fe/BD为3.0 * 10~(-5)，Al/BD为2.0 * 10~(-3)时，聚合物收率可达90％以上。认为能与活性中心形成五圆或六圆螯合环的共轭含氮化合物做配位体，对聚合活性有非常显著的提高。而且共轭的程度愈高，活性愈高。故乙二胺、四甲基乙二胺、2,2'－联吡啶及邻啡啰啉虽然都能够与Fe形成五圆螯合物，但活性不一样：并用分子轨道理论进行了讨论。本文详细地研究了FeCl_3-Al(i-C_4H_9)_3-phen体系催化丁二烯聚合，考察了phen、Al(i-C_4H_9)_3的用量及聚合温度对催化活性、聚合物特性粘数及微观结构的影响。加入phen得到中乙烯基PBD(1,2-结构为40％－60％)，而不加入phen则得到顺式1,4－结构较高的PBD（顺式－1,4结构为74.4％）。该体系得到的PBD的特性粘数一般大于10，难以加工，故进行了分子量调节的尝试。体系中加入氯化正丁烷、溴代正丙烷、碘甲烷等卤代烷及三氯乙烯、氯代苯等卤代烃，均不能使PBD的分子量降低，而且用量较大时基本不影响聚合反应。卤代丙烯及氯代苄均可以降低PBD的分子量，其中氯丙烯的分子量调节效果最佳。若用量合适，可以使PBD的特性粘数从10以上降到4以下，而基本上不影响聚合物收率。PBD的分子量分布较窄，分布宽度指数为2.0左右，不随氯丙烯的用量而改变。从实验结果讨论了FeCl_3-AlCi-C_4H_9)_3-phen体系催化丁二烯聚合的机理及分子量调节剂的链传移机理。认为该体系催化丁二烯聚合的活性中心为：链转移是通过分子量调节剂对活性中心的氧化加成－还原消除反应进行的。在phen存在下，FeCl_3、Fe(acac)_3等与烷基铝作用，及(phen)_2FeCl_2与烷基铝作用，均可以生成烷基铁络合物：但只分离出(C_2H_5)_2Fe(phen)_2。(i_C_4H_9)_2(phen)_2及由氯化铁和(phen)_2FeCl_2合成的烷基铁络合物还未得到纯的产物，但从反应产物的易氧化性、水解产物的分析及红外光谱，证实产物中存在烷基铁。用元素分析、红外光谱、远红外光谱及气相色谱分析表征了(C_2H_5)_2Fe(phen)_2的结构。(C_2H_5)_2Fe(phen)_2单独使用不能使丁二烯聚合，需加少量的烷基铝，与其中一个配位体络合，使活性中心有供丁二烯配位的空轨道，聚合反应才能顺利进行：得到的PBD特性粘数为1.8～2.4左右，1,2－结构为40－60％，顺式－1,4结构为53～41％，反式－1,4结构很少。初步证明所提出的铁体系催化丁二烯聚合的机理基本上是正确的。初步表征了铁体系聚丁二烯硫化胶的性能，其抗张强度为203～205公斤／厘米~2，300％定伸强度为70～125公斤／厘米~2，伸长离为453～573％。

（一）聚丁二烯橡胶的高聚物-溶剂相互作用参数从和有效网链密度的测定（二）顺丁橡胶在几种溶剂中的特性粘数-分子量关系式和无扰分子尺寸的估算

表征硫化橡胶弹性体网络的主要结构参数是有效网链密度橡胶弹性体的许多重要力学性能，例如：300%定伸强度、抗张强度、伸长率、抗撕裂、弹性、硬度、静态压缩模量和动态模量等都是和有效网链密度紧密相关的。Flory用平衡溶胀法测定有效网链密度的方程是：Ve = -1/(V_s)·(l_n(1-υ_r) + υ_r + μυ_r~2)/(υ_r~(1/3)-2υ_r/f)式中的Ve是有效网链密度（用单位体积橡胶的有效网链克分子数来表示），υ_r是溶胀网络中橡胶的体积分数，υ_s是溶剂的克分子体积，f是交联点的官能度（f = 4），μ是高聚物溶剂相互作用参数。首先要确定μ才能够用上式来测定硫化胶的有效网链密度以表征硫化程度。实验事实和Flory等人的理论工作表明：μ不是常数，是υ_r的函数。高顺式聚丁二烯橡胶已生产多年，但迄今未有关于高顺式聚丁二烯橡胶在不同溶剂中的μ和υ_r间的函数关系的报导。在实际应用中，人们常常用υ_r值的大小来近似表征硫化程度。但由上式可知：μ和υ_r不成正比关系。因此，必须求得μ值，才能得到Ve值，以正确表征硫化程度，对实际生产起指导作用。本工作采用溶胀-拉伸方法不渗透压，光散射等方法测定顺丁橡胶和溶剂甲苯、苯、正-庚烷的相互作用参数μ，得到了μ和υ_r的线性函数（见附表），μ = μ_o + βυ_r。μ_o是当υ_r趋向于零时的μ值，β是一个常数。溶胀拉伸法外推得到的μ_o值和用渗透压及光散射法得到的μ_o值么接近，为实验的可靠性提供了依据。力学方法和物理化学方法同时测得相近的结果，有文献报导的不多。用溶胀-拉伸法求橡胶-溶剂的相互作用参数μ，由于样品的制作和实验技术上的困难内尚未见报导。国外Kraus和V. Zanboni等人用天然、丁苯、乙丙、丁腈等纯胶硫化胶（未加碳黑的硫化胶）进行溶胀-拉伸实验，测定μ和U_r的函数关系。然后用来计算碳黑硫化胶的μ和Ve。本工作表明：对于同一橡胶-溶剂体系来说，纯胶硫化胶和碳黑硫化胶的μ和υ_r的函数关系并不一样，在相同υ_r时，二者Ve相差2.5-5%，υ_r值越大，Ve相差越大。因此用纯胶硫化胶的μ和υ_r的函数来计算碳黑硫化胶的有效网链密度是不适当的。本工作还用渗透压法测定了1，2-聚丁二烯（1，2-含量分别为90%和60%）及合成异戊橡胶和溶剂甲苯的相互作用参数μ_o。结果表明：合成异戊橡胶和天然橡胶有相同的μ_o值。这说明μ_o值只和化学结构有关，与样品的来源无关。两种1，2-聚丁二烯橡胶和顺丁橡胶也有相接近的μ_o值。其原因是因为三者有基本相同的内聚能密度，则它们在同一种溶剂中所受到的作用力应当相等的缘故。最后，本工作还研究了顺丁橡胶的有效网链密度对300%定伸强度、抗张强度、抗撕裂、伸长率、弹性、硬度、静态压缩模量和动态模量等力学性能的影响。结果表明：有效网链密度Ve和300%定伸强度成直线函数关系：M_(300%) = 17 + 3.61 * 10~5 * Ve（公斤/厘米）。这就为测定硫化胶的有效网链密度提供了另一条途径，因为300%定伸强度是表征硫化胶的一个重要参数，实验简单易行，知道了M_(300%)就可以利用上式估算Ve。本工作发现有效网链密度在2.00～3.10 * 10~(-4)摩尔/厘米~3的范围内，则可望达到优秀的抗张强度和抗撕裂性能，对实际生产的工艺控制有一定现实意义。本工作以稀土催化体系合成的顺丁橡胶（顺1，4-97%、反1，4-2.5%、1.2-0.5%）作为研究对象，订定了顺丁橡胶在溶剂四氢呋喃、甲苯、甲基环乙烷、正-庚烷和丁酮与正-庚烷混合溶剂（体积比为2:1）等中的特性粘数分子量关系式：用Kurata-Stockmayer(KS)方程、Stockmayer-Fixman(SF)方程和Tnagaki-Ptitsyn(IP)方程估算了顺丁橡胶的无扰分子尺寸。顺丁橡胶在溶剂四氢呋喃中的特性粘数-分子量关系式为[η]_(THF)~30 ℃= 0.0246 * M~(0.732)该关系式的获得为采用自记GPC测定和计算顺丁橡胶样品的(M-bar)_w、(M-bar)_n、(M-bar)_w/(M-bar)_x和[η]等重要分子参数提供了方便。因顺丁橡胶在四氢呋喃中的特性粘数-分子量关系式文献至今未见报导。顺丁橡胶在甲苯、甲基环乙烷、正-庚烷和丁酮与正-庚烷混合溶剂中的特性粘数-分子量关系式如下：[η]_(甲苯)~(30 ℃) = 0.0264 * M~(0.719) [η]_(甲基/环已烷)~(30 ℃) = 0.0293 * M~(0.698) [η]_(正-庚烷)~(30 ℃) = 0.1181 * M~(0.547) [η]_(丁酮+正-庚烷)~(30 ℃) = 0.1800 * M~(0.500)发现酮与正-庚烷的混合溶剂（体积比为2:1）在30 ℃时是顺丁橡胶的Θ溶剂。高聚物的无扰分子尺寸，是反映大分子近程相互作用的重要参数，由此可得到有关链结构的重要情报。本工作通过测定已知分子量的样品在四氢呋喃、甲苯、甲基环已烷等良溶剂中的特性粘数，采用KS、SF和IP方程去估算顺丁橡胶的无扰分子尺寸，同时测定了顺丁橡胶在其Θ条件下（丁酮与正-庚烷混合溶剂，体积比2:1，温度30 ℃）的无扰分子尺寸，以此进行对比。用KS方程估算的K_θ = 0.183(ml/g), <γ_o~2>~(1/2)/M~(1/2) = 0.0901(nm)用SF方程估算的K_θ = 0.183和0.200(ml/g), <γ_o~2>~(1/2)/M~(1/2) = 0.0901和0.0928(nm)用IP方程估算的K_θ = 0.192(ml/g), <γ_o~2>~(1/2)/M~(1/2) = 0.0915(nm)用Θ溶剂测定的K_θ= 0.180(ml/g), <γ_o~2>~(1/2)/M~(1/2) = 0.0896(nm)由此可见，用不同方法得到的结果均较接近。