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    中國科大陳昶樂教授系統評述:官能團化聚烯烴:新催化劑、新聚合調控手段、新材料
    2018-11-12  來源:中國聚合物網
    關鍵詞:聚烯烴 催化劑

      近50年來,烯烴聚合的研究在學術界以及工業界都取得了巨大的成功。聚烯烴年產量巨大、用途廣泛,但是其最大的缺點之一是其非極性的特點。在聚烯烴中引入少量的極性官能團可以極大地改善其性質、拓寬其使用范圍、提高其商業價值。通過過渡金屬催化劑來實現烯烴與極性單體的共聚反應是合成官能團化聚烯烴材料最直接的途徑。然而,目前已知的高性能的烯烴聚合催化劑數不勝數,但是其中能夠實現烯烴與極性單體共聚反應的催化劑體系非常有限。而能夠在溫和條件且不添加助催化劑的情況下解決這一極性單體問題的體系更是屈指可數。并且,這些已知催化劑體系的性能遠遠達不到工業應用的需要。 因此,發展新型、高性能的催化劑就成為一個亟待解決的問題,這也是“極性單體問題”能否實現工業化的一個核心難點。

      2013年,陳昶樂教授回到中國科學技術大學從事獨立的科研工作,主要針對“極性單體問題”這一具有挑戰性的課題。五年內,他們發展了全新的催化劑體系,同時,也有目的、有針對性地發展了新型的調控手段,用于調節烯烴與極性單體的共聚反應過程。在發展新催化劑、新調控手段的基礎上,他們同樣成功地實現了乙烯與一系列不同極性單體的共聚反應,制備了一系列結構可控、性能優良的新型聚烯烴材料,并且詳細研究了這些材料的性質。

      上述成果已經發表在《高分子學報》2018年第11期(doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18155),題為“官能團化聚烯烴:新催化劑、新聚合調控手段、新材料”。此專論主要圍繞以下這4個方面論述了陳昶樂教授課題組近幾年來的工作進展:(1) 通過理性分析催化體系存在的問題來進行催化劑的設計,改進了已知的一系列催化劑體系;(2) 提出了新的催化劑設計理念并且發展了全新的催化體系;(3) 通過配體-金屬次級配位調控,配體-底物效應調控和氧化還原調控的引入為烯烴聚合領域注入了新的思路;(4) 在上述研究的基礎上,還合成了一系列具有獨特微結構以及性能優異的聚烯烴和官能團化聚烯烴材料,這些材料具有很好的力學性能、表面性能和加工性能等。

      圍繞這幾個方面,這一領域仍然存在著很多關鍵的、尚未解決的問題,同時挑戰與機遇并存。(1) 目前已知的催化劑體系在催化烯烴與極性單體共聚過程中的性質(活性、共聚物分子量、共聚單體插入比)仍然無法滿足工業生產的需要;(2) 目前針對“極性單體”這一科學問題所設計的調控手段還非常有限,并且其調控效果還有待提高;(3) 催化劑、調控手段的研究必須轉化為聚烯烴材料的高效制備以及性質的研究。對官能團化聚烯烴宏觀性質上的研究有助于學術界尤其是工業界了解這一類新材料的獨特性質,為它們可能的工業化研究奠定了基礎。

      最后,專論進行了詳細的總結與展望。聚烯烴領域的發展離不開新型催化劑的發展,催化劑依然是這一領域的靈魂。該課題組仍然會圍繞“極性單體”這一極具挑戰性的核心科學問題,致力于新型催化劑的創制、新型聚合調控手段的設計以及官能團化聚烯烴材料的制備等方面的研究。在這個過程中,他們希望能繞開盲目的“試錯法”,有針對性地提出問題,解決問題,并提出、研究一些具有普適性的新型調控手段。除了基礎研究,他們也特別希望特種的聚烯烴材料,如熱塑性彈性體以及官能團化聚烯烴材料,能在工業上得到關注,并且進一步研究其工業應用的可行性。距齊格勒和納塔獲得諾貝爾獎已經50多年,所以烯烴聚合是一個相對比較古老的研究領域。但是由于聚烯烴巨大的年產量以及非常廣泛的應用,其相關的研究仍然是非常重要、有價值的。

      該專論得到了國家自然科學基金(基金號 21690071)的資助。

      論文鏈接:http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2018/11/PDF/gfzxb20180155chenchangle.pdf

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