我国飞速发展的包装和滚塑制品业迫切需要抗撕裂、抗冲击、抗穿刺和可以减薄厚的线性低密度聚乙烯(LLDPE),其研究和技术的核心仍然是催化剂问题,工业化的LLDPE生产工艺采用乙烯与α-烯烃共聚制备。新近发展中的后过渡金属烯烃聚合催化剂,由于烷基链在后过渡金属上的迁移作用,可以采用单一的乙烯单体实现制备支化聚乙烯的目的,当所得聚乙烯的支化度和密度范围合适时便制得了LLDPE树脂。在我们研究的镍配合物催化剂中,发现形成催化剂配体的电子效应和立体效应极大地影响了催化剂的活性,这些因素与镍的配位状态一起影响了所得聚乙烯的支化度和密度,因而,迫切需要对镍催化剂和聚合工艺开展深入研究,力求获得催化剂结构和产物性能关系的规律性认识,设计高效和可供工业化应用的镍系聚乙烯催化剂。本研究不仅帮助理解后过渡金属催化聚乙烯的基础,获得催化剂结构与所得烯烃材料微结构和性能的关系,获得自主知识产权的支化聚乙烯催化剂。
本课题是在后过渡金属配合物烯烃聚合催化剂研究的大课题下提出,集中研究镍配合物催化乙烯聚合中的基础问题,包括镍配合物的设计合成、结构分析和催化性能以及聚烯烃样品的评价。我们设计合成了几类结构特点有差异的镍配合物,研究发现,两齿和三齿氮配位的镍卤化物都有良好的乙烯齐聚或者聚合活性,多数这类氮配位镍催化剂在加入适量三苯基膦时展示了更高的催化活性;含膦配体所得的镍配合物也能够实现乙烯高活性的催化。在深入研究镍配合物催化乙烯性能时发现同类配合物中配体含有给电子取代基时,配合物催化活性呈下降趋势;配体中取代基空间位阻增大时,所得聚合物分子量增加。在乙烯压力变化过程中,压力变小的情况下,乙烯催化的产物容易含有支链;与之对应,增加乙烯的压力,催化获得产物的分子量增加,支化度降低。与此同时,我们利用部分镍配合物研究了降冰片烯加成聚合催化研究,制备了可以溶解性的聚降冰片烯。探讨了以往聚降冰片烯研究中不能测定聚合物分子量的误区是钯催化降冰片烯聚合的阴影所致。为了比较不同后过渡金属配合物在乙烯聚合研究中的共性和区别,我们利用部分相同的配体,研究了其铁钴铬同系物的乙烯催化性能,并且获得了部分突破性研究结果。