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[材料资讯] 崔冬梅课题组在聚烯烃弹性体的制备中取得进展

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发表于 2021-12-6 08:55:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
近年来,国内高端聚烯烃材料,尤其是聚烯烃弹性体材料的市场需求非常旺盛,并且保持快速增长。因此,开发高聚合活性、高共聚能力的烯烃聚合催化剂来制备聚烯烃弹性体材料,是推动我国高端聚烯烃行业进入新阶段的必由之路。
  最近,基于前期对催化剂结构设计、合成、优化的探索与积累,长春应化所崔冬梅研究员团队设计合成了一类限制几何构型的喹啉-亚甲基-芴基钪双烷基配合物。该催化剂在有机硼盐和烷基铝的活化下,温和条件下即可催化邻/间/对氟苯乙烯(o/m/pFS=SF)与乙烯(E)的共聚合,活性高达1.8×106gmolSc-1h-1,所得共聚物具有一个来自E-SF无规共聚链段的玻璃化转变温度(Tg =-22.2℃- 5.1℃)和一个来自结晶性连续E-E链段的熔点(Tm=42.3℃-130.2℃),在室温下表现出热塑性弹性体(TPE)的性质,拉伸强度最高为39.5MPa,断裂伸长率为774%。将聚合物重复拉伸至300%的应变10次后,残余应变只有75%,表明E-SF共聚物具有优异的弹性恢复性能(如图)。E-SF共聚物优异的力学性能得益于其微相分离的形貌结构,E-E链段作为物理交联点,将柔性的E-SF链段连接成聚合物网络,赋予材料优异的强度和韧性。

聚烯烃弹性体

聚烯烃弹性体
  图:乙烯与氟苯乙烯共聚合制备力学性能优异的热塑性弹性体材料
  DFT理论计算表明配合物喹啉侧臂的电子效应和位阻作用在形成特殊序列结构的E-SF共聚物上起了决定性作用:喹啉侧臂的弱吸电性增加了中心金属的Lewis酸性,提高乙烯聚合的活性,有利于形成连续的结晶性链段,这是动力学控制的;喹啉侧臂的位阻作用在一定程度上阻碍了体积较大的对氟苯乙烯插入,使其只能离散式地插入到聚合物主链上,不能连续插入,这是热力学控制的。
  综上所述,本工作通过调节催化剂的位阻和电子效应,实现了对共聚物序列结构的调控,高活性制备出力学性能优异的功能化聚烯烃热塑性弹性材料。相关研究成果在Angew. Chem. Int. Ed.(DOI: 10.1002/anie.202111184)上发表,论文第一作者为长春应化所博士生王田田,通讯作者为长春应化所崔冬梅研究员和吴春姬副研究员。该项工作得到国家自然科学基金的资助。


         文章来源:长春应化所
         崔冬梅,1963年生,现为中科院长春应化所高分子物理与化学国家重点实验室研究员,博士生导师。目前主要承担国家自然科学面上基金、科技部“973”课题、吉林省科技厅科技发展计划基金、人事部留学回国人员基金、中科院创新基金等项目。已获得科研经费1000余万元。研究领域是稀土配合物的设计与催化性能的研究。旨在解决“合成天然橡胶”工业化过程中的关键科学问题,以及制备高性能可生物降解材料,替代“白色”污染型、石油资源依赖型聚烯烃材料。目前采用开发的新型稀土阳离子体系制备的聚异戊二烯橡胶已达到了天然橡胶的理想结构,并在研究催化剂分子结构-催化性能-高分子材料性能之间的规律方面取得了重要成果,为催化剂设计奠定了理论基础。已在J.Am.Chem.Soc., Angew.Chem.Int.Ed., Macromolecules., Chem.Eur.J., Organometallics等发表论文100多篇(IF>5.0的 43篇,IF>3.0的89篇),被他引约1784次,其中2篇入选Organometallics 2007年度引用次数最高的20篇论文;申请发明专利10项,授权1项;指导研究生33人,21名已获博士学位,1名已获硕士学位。在读博士后1名,已出站博士后2人。曾多次应邀在国际、国内学术会议上做邀请报告。

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