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）。

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。

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％。

外消旋丙交酯的立构选择性聚合

由于具有良好的生物相容性和生物降解性，聚乳酸被广泛地应用于组织工程，药物控制释放和环境材料工程等领域。由于聚乳酸的物理、机械和降解等性质在很大程度上决定于其链序列结构，所以丙交醋的立构选择性聚合就成为了一个研究热点。本文合成了一系列无手性席夫碱一铝配合物，并将其用于外消旋丙交醋的立构选择性聚合，此外还对聚合所得的不同立构规整度的聚外消旋丙交酯进行了初步表征。具体的实验结果如下：1．合成了无手性席夫碱一乙基铝配合物（2）和席夫碱一异丙氧基铝配合物（3）。在等摩尔量异丙醇的存在条件下，配合物（2）对rac-LA的开环聚合具有良好的控制性和立体选择性。所得到的聚乳酸是结晶性的聚合物，可以形成一种PLA立体络合物。同核去偶~1HNMR和~(13)CNMR结果表明，它们都是立构嵌段型的聚合物，其平均嵌段长度为11个乳酸单元。端基分析发现：配合物（2）本身没有引发rac-LA的开环聚合，它是在原位先与异丙醇反应生成相应的烷氧基铝化合物，然后，后者再引发rac-LA的开环聚合。因此将席夫碱-异丙氧基铝配合物（3）直接用于引发rac-LA的开环聚合，也具有良好的控制性和立体选择性。2．制备了一系列的席夫碱一铝配合物（5-8）用考察席夫碱配体的性质对催化剂的催化活性和立构选择性的影响。实验结果表明，在苯环上引入较大的取代基（如叔丁基）有助于提高立构选择性，但是增加二元胺桥刚性则会使立构选择性下降。此外，还考察了聚合温度对于配合物（8）／异丙醇催化rac-LA开环聚合的影响，发现降低聚合温度有利于提高全同键接的含量。3．通过控制聚合温度得到了具有不同立构规整度的立构嵌段型聚外消旋乳酸（Pm0.77～0.88）。与PLLA和无规立构聚乳酸不同的是，这些聚外消旋乳酸都可以形成PLA立体络合物，其熔融温度也相对较高；并且随着聚外消旋乳酸的Pm值的增大，其结晶性能也相应增加。

过渡金属烯烃聚合催化剂的研究

本论文合成、表征了一系列以铁、钻、镍、铬为中心离子的非茂过渡金属配合物，研究了这些配合物催化烯烃聚合的反应行为。主要工作和结论如下：1，合成、表征了一系列苯环邻、对位含取代基的毗咤双亚胺铁、钻乙烯聚合催化剂。在改性甲基铝氧烷（MMAO）的活化下，这些配合物可高效催化乙烯聚合。在优化条件下，研究了邻、对位取代基电子效应对催化活性的影响。对于铁催化剂来说，不仅邻位取代基体积的大小对乙烯的插入及所得聚合物的分子量有微调作用，对位取代基的电子效应也对催化活性和聚合物分子量影响也很大。2．我们在单核毗咤双亚胺铁催化剂的基础上，设计合成了环状三核铁催化剂。这种环状三核铁催化剂的活性中心位于环状结构的内部。在有机铝的活化下，可高效催化乙烯聚合。新的催化剂展示出更长的催化剂寿命，与单核铁催化剂相比，性能上得到非常大的改善，不但能防止催化剂分子间的失活，还可有效抑制链转移反应的发生。3．在MMAO的活化下，吡啶双亚胺铁可催化（甲基）丙烯酸酷的聚合。催化MMA的聚合时，得到低分子量、窄分布的间规PMMA；催化BMA的聚合时，活性很高，得到无规、低分子量的PBMA；催化丙烯酸酷聚合时，不仅活性高，而且易得到高分子量的聚合物。催化活性、聚合物产率、立构规整度、分子量及分子量分布都会受到反应参数、催化剂结构及助催化剂的性质的影响。4．合成、表征了一系列带有不同取代基的份二亚胺镍催化剂。在MMAO的活化下，这些镍配合物可以高效催化乙烯聚合。不仅邻位取代基体积的大小对乙烯的插入及所得聚合物的分子量有微调作用，对位取代基的电子效应也对催化活性、聚合物分子量及其支化度也有很大的影响。5．合成、表征了一系列新型二苯硫醚双亚胺铬催化剂。在MMAO的活化下，这些铬配合物可常温催化乙烯聚合，生成具有宽分布的聚乙烯。配体结构以及聚合条件对催化剂的活性及所得聚合物的性质有很大影响。

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。

芳香环状低聚物的合成及其开环聚合的研究

本文由聚芳脂环状低聚物入手，研究了芳香环状低聚物成环技术的规律，进而进行了用一系列新型结构单体合成环状斯聚物的探索研究。以及在目前国外仍处于研究合成环状PC及U聚合聚合的现状下，进行了合成新型高性能环状底聚物的尝试，报导了聚芳脂环状低聚物的开环聚合的研究结果。也涉及芳香环状低聚物的分离、提纯及结构表征方面采用的新技术。

稀土催化苯乙稀与异戊二烯活性聚合及其嵌段共聚的研究

本论文以均相二元催化体系－L_2LnX/R_3Al（催化剂I）和改性的均相三元催化体系L_2LnX/R_3Al/RX（催化剂II），系统地研究了各种因素对苯乙烯（St）和异戊二烯（Ip）均聚及共聚合反应的影响。首次用稀土催化剂（II）实现了St/Ip嵌段共聚反应，由此发现一种新型活性聚合稀土催化剂。

Molecular vibration spectroscopy study of irradiation effect in C-60 films induced by low energy ion

Irradiation effect in C-60 films induced by 170 keV B ion was investigated by means of Fourier transform infrared (FTIR) and Raman spectroscopies. The damage cross section sigma and the effective damage radius R are deduced from the experimental data of all four IR active modes and evident four Raman active modes of C-60 molecule. The differences on irradiation sensitivity and structural stability of the different active modes of C-60 molecule are compared. The results indicate that T-1u (4) of infrared active mode and A(g) (1) of Raman active mode are most sensitive for B ion irradiation. On the other hand T-1u (2) of infrared active mode and H-g (3) of Raman active mode are comparatively stable under B ion irradiation. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3512968]

Structural stability of C-60 films under the bombardment of 1.95 GeV Kr ions

The structural stability of C-60 films under the bombardment of 1.95 GeV Kr ions is investigated. The irradiated C-60 films were analyzed by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy and Raman scattering technique. The analytical results indicate that the irradiation induced a decrease of icosahedral symmetry of C-60 molecule and damage of C-60 films; different vibration modes of C-60 molecule have different irradiation sensitivities; the mean efficient damage radius obtained from experimental data is about 1.47 nm, which is in good agreement with thermal spike model prediction.

Integrated lectin affinity microfluidic chip for glycoform separation

Lectin affinity chromatography was miniaturized into a microfluidic format, which results in improvement of performance, as compared to the conventional method. A lectin affinity monolith column was prepared in the microchannel of a microfluidic chip. The porous monolith was fabricated by UV-initiated polymerization of ethylene dimethacrylate (EDMA) and glycidyl methacrylate (GMA) in the presence of porogeneities, followed by immobilization of pisum sativum agglutinin (PSA) on the monolith matrix. Using electroosmosis as the driven force, lectin affinity chromatographies of three kinds of glycoprotein, turkey ovalbumin (TO), chicken ovalbumin (CO), and ovomucoid (OM), were carried out on the microfluidic system. All the glycoproteins were successfully separated into several fractions with different affinities toward the immobilized PSA. The integrated system reduces the time required for the lectin affinity chromatography reaction to similar to3%, thus, the overall analysis time from 4 h to 400 s. Only 300 pg of glycoprotein is required for the whole separation process. Moreover, troublesome operations for lectin affinity chromatography are simplified.