聚烯烴功能化研究進(jìn)展
- 期刊名字:石油化工
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- 論文作者:梁成鋒,孫俊全,陽永榮
- 作者單位:浙江大學(xué)
- 更新時(shí)間:2020-03-23
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油化工PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2001年第30卷第1期進(jìn)展與述評(píng)聚烯烴功能化研究進(jìn)展梁成鋒孫俊全陽永榮(浙江大學(xué)聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所浙江杭州310027)LIANG Cheng- feng ,SUN Jun- quan ,YANG Yong- rong( United Laboratory of Chemical Reaction Engineering Zhejang University ,Hangzhou Zhejang 310027 ,China)[關(guān)鍵詞]聚烯烴功能化共聚接枝[ Keywords ] polyolefins ;functionalization icoply merization igraft[文章編號(hào)] 1000 - 8144( 2001 )01 - 0054- 05[中圖分類號(hào)]0632[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A聚烯烴以其質(zhì)輕價(jià)廉及低吸濕性而廣泛應(yīng)用于烯烴離子共聚12。工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域但由于其非極性、表面能低導(dǎo)Chung等3利用茂鋯/MAO催化體系實(shí)現(xiàn)了乙致了它的染色性、粘接性、親水性、抗靜電性以及與烯/含硼基團(tuán)a-烯烴的共聚產(chǎn)物中的硼基團(tuán)能轉(zhuǎn)其它極性高分子或無機(jī)填料的相容性差,限制了其變成各種極性功能基團(tuán)。另外通過乙烯與10-十應(yīng)用范圍的拓展。聚烯烴功能化就是指通過適當(dāng)?shù)囊幌?1-醇單體的直接共聚,也制備了功能性聚乙方法在聚烯烴分子中引入功能基團(tuán),從而使其具有烯但產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量分布寬表明茂鋯催化劑此良好的粘接性、染色性、光降解性及與其它聚合物或時(shí)呈現(xiàn)多個(gè)反應(yīng)活性中心。Klabunde 等4]開發(fā)了填料的相容性等特殊性能。另外,通過在聚烯烴中以新型Ni絡(luò)合物為催化劑的新共聚方法在溫和的配合功能性無機(jī)填料或其它聚合物,還可以得到具條件下使乙烯與具有CH2=CH(CH2),X( n≥2 ,x有導(dǎo)電性、磁性、阻燃性、降解性的功能性聚烯烴。為極性基團(tuán)如一-C00CH3、- -Si( 0CH3 ),等)結(jié)構(gòu)的本文簡述了聚烯烴功能化的最新研究進(jìn)展。各種單體共聚生成長支鏈的直鏈共聚體。Bayer公司在1941 年利用乙烯與CO在高壓下1功能性聚烯烴的制備 方法及進(jìn)展聚合制得可降解的乙烯- CO共聚物。1951 年1.1 共聚.Reppe 5用K[ Ni( CN ) ]作催化劑,在常壓下實(shí)現(xiàn)聚烯烴與極性單體的共聚合一般在高壓下進(jìn)乙烯與CO共聚。80 年代初,Drent6用鈀 -雙膦配行通??梢怨簿鄣臉O性單體有鹵化烯烴、乙烯基位化合物作催化劑,開發(fā)出高相對(duì)分子質(zhì)量、高結(jié)晶醚、乙烯基酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、順丁烯的乙烯/CO二元線性交替共聚物,使烯烴與CO的二酸酐、CO等。已工業(yè)化的自由基共聚物有乙烯共聚研究工作取得了突破性進(jìn)展。目前,Du Pont、-乙酸乙烯酯( EVA)乙烯-甲基丙烯酸、乙烯-Dow和UCC等公司已有年產(chǎn)數(shù)萬噸的生產(chǎn)能力。丙烯酸甲酯、乙烯-順丁烯二酸酐、乙烯- co、乙烯.三菱油化開發(fā)出乙烯- co-順丁烯二酸新型- CO-乙酸乙烯酯等。另外,乙烯與環(huán)狀聚合物及三元共聚物產(chǎn)品用作生產(chǎn)高吸水性材料的增稠劑、大單體共聚物系的研究正在廣泛開展。絮凝劑和洗滌助劑廢棄后不會(huì)污染環(huán)境。羅河寬高壓自由基聚合需要消耗大量的能源與昂貴的等7利用Pd( II )- DPPP( 1 ,3-雙二苯基膦丙烷)設(shè)備費(fèi)用。因此在高分子工業(yè)中一般采用離子共催化劑得到乙烯- CO-丙烯酸丁酯三元共聚物產(chǎn)聚方法,傳 統(tǒng)的Ziegler- Natta催化劑對(duì)極性基團(tuán)物中cO與乙烯或丙烯酸丁酯呈線性交替排列結(jié)非常敏感容易中毒而失活難以實(shí)現(xiàn)烯烴與極性單體的共聚。第IV族茂金屬催化劑聚合活性中心具有[收稿日期] 1999-11-11。陽離子性質(zhì),郎便在較強(qiáng)的L堿性溶液中也能進(jìn)行[作者簡介]梁成鋒( 1976- ).男河南省臺(tái)前縣人博士生電話0571 - 7951833。第1期梁成鋒等聚烯烴功能化研究進(jìn)展55.構(gòu)。有機(jī)稀土絡(luò)合物對(duì)乙烯及甲基丙烯酸甲酯到AB型的乙烯/δ-戊內(nèi)酯、乙烯/e-己內(nèi)酯嵌段( MMA聚合均有活性。Yasudd8用 LnR( CsMes )共聚物( 1)另外,Yang等9]用[ LnH( CsMes ) h( Ln=Sm、Yb或Lu ;R= H、Me )催化乙烯和M MA(Ln=Sm、Lu )作催化劑得到了乙烯與甲叉環(huán)丙烷共聚得到乙烯- MMA嵌段共聚物并進(jìn)一步擴(kuò)展的嵌段共聚物2)Me(C;Me,)2Sm- +(CHfCH,HR HMMA(C;Me;)2Sm-0- -C=C- +CH2- C- CH)mT +CHCHRR= HMcCOOMe(CH).(CsMc,)2Sm- +CH2CH六R -一0 (C;Me,)Sm-O +CH士C一( CH2方R(1)CH2{SmH(C,Me,)lrCH,=CH2 +-+CH2CHJNfCH.CH.-C亦(2)1991年Kakugf10]用 鈦的苯氧基配合物與-降冰片烯共聚物共聚物中的乙烯基雙鍵可以通MAO作催化劑得到了乙烯-苯乙烯交替共聚物。過硼氫化反應(yīng)或氫化反應(yīng),使其帶有羥基或環(huán)氧基Stevens等11]用鈦或鋯的單茂配合物與MAO催化功能基團(tuán)。三井石化公司在乙烯與環(huán)庚三烯、雙環(huán)體系制得了-種擬無規(guī)”結(jié)構(gòu)的乙烯-苯乙烯共聚戊二烯的有效共聚方面取得了成功。Goodrich 公司物。用η- CsMesTiC CH2Ph)- B( C6Fs》作催化開發(fā)出了乙烯與四環(huán)十二烯的共聚物。Sernetz劑制得了乙烯-苯乙烯交替共聚物[12]。Lee 等13]等18研究了乙烯/1 ,5- 己二烯、乙烯/苯乙烯/1 ,5研究了一系列鈦(IV)的單茂配合物(如CpTiCl、-己二烯共聚反應(yīng)得到帶有環(huán)結(jié)構(gòu)的共聚物( 3 )MesCpTiCl3、IndTiCl、CGC( Constrained Geometry通過共聚在聚丙烯中引入極性單體更加困難。Catalyst等)催化乙烯與苯乙烯的共聚反應(yīng)。研究Himont公司使用Catalloy催化合金技術(shù)成功地制結(jié)果表明,用CGC作催化劑可以得到比較理想的共備出以丙烯為主體,引入己烯、1 -丁烯等兩種以上聚物。單體的共聚物并且可在丙烯中引入極性共聚單體。乙烯與環(huán)烯烴的共聚物具有接近零的吸濕性、在聚合過程中使用Zn( C2Hs》作聚合終止劑制備高玻璃化溫度、高韌性和透明性等優(yōu)越性能,可以用了端基為一C0OH、-NH2、-CN.-0H等極性基作光盤材料。因此研究乙烯與環(huán)烯烴的共聚具有重團(tuán)的功能性聚丙烯。三菱石化用甲基1 A-己二烯要的意義。Kaminskf 14]使用茂鋯催化劑實(shí)現(xiàn)了環(huán)類非共軛二烯烴與聚丙烯共聚,生產(chǎn)出帶有不飽和丁烯、環(huán)戊烯及環(huán)辛烯等環(huán)烯烴與乙烯的不開環(huán)共雙鍵的聚丙烯共聚物。間'下鍵太郎等19]用高活性、聚反應(yīng),研究了不同茂金屬/MAO催化下乙烯/降高等規(guī)度的MgCl2 負(fù)載型鈦催化劑合成了高結(jié)晶冰片烯二環(huán)2 2 ,1 庚-2-烯)共聚體系的聚合規(guī)度的丙烯-乙烯基硅烷無規(guī)共聚物。該共聚物側(cè)鏈律以及產(chǎn)物的物理性質(zhì)發(fā)現(xiàn)C, 對(duì)稱的橋聯(lián)化合物上的Si-H鍵容易與- -0H、-C=C-.-C=0、具有更高的共聚活性,并使產(chǎn)物擁有更高的相對(duì)分一NH一等極性基團(tuán)反應(yīng),也很容易借助γ射線和電子質(zhì)量(大于100 000)子束等進(jìn)行交聯(lián)。以Ph2C( CpFlu )ZrCl2/MAO催化體系制得了Matsumurd 20]等用TiC3 -( C2Hs )Al2SO4作乙烯/4 -乙烯基環(huán)己烯共聚物I5] ,同乙烯均聚物相催化劑得到了丙烯與丙烯酸的共聚物。這種共聚物比共聚物具有較低的相對(duì)分子質(zhì)量、較低的熔點(diǎn)和的撕裂強(qiáng)度比丙烯均聚物高五倍以上,并且具有良玻璃化溫度。Brekner 16]制得了乙烯/降冰片烯共好的染色性。Wu等21用CpT( CH2CsH6 )/MAO聚物這種共聚物是一種無定 型結(jié)構(gòu)具有較高的玻作催化劑制得了丙烯與苯乙烯的共聚物。Chung璃化溫度。有路據(jù)he 17]合成了乙烯/5-乙烯基- 2石七工PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2001年第30卷Yr C個(gè)接枝MAH的反應(yīng)主要發(fā)生在無定型區(qū)或晶區(qū)的微空、缺陷處的PP主鏈上。王益龍等2930]采用反應(yīng)聚(乙烯/1,5-己二烯)擠出法對(duì)PP接枝順丁烯二酸酐及其酯類進(jìn)行了一系列研究。吳智華31]等研究了順丁烯二酸酐和亞.甲基丁二酸在非隔離條件下與PP熔體催化接枝反應(yīng)的特點(diǎn)和規(guī)律提出了三種接枝物的結(jié)構(gòu)模型。甲基丙烯酸縮水甘油酯( GMA )含有在反應(yīng)共聚(乙烯/1,5-己二烯) (高濃度1,5-己二烯)混中活性較強(qiáng)的環(huán)氧基團(tuán),且單體制備較容易毒性較低是一種合適的堿性接枝單體。Gallucci 等32]對(duì)LDPE熔融接枝GMA的影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的研究他們還研究了接枝產(chǎn)物的環(huán)氧基團(tuán)與低相對(duì)聚(乙烯-苯乙烯-1,5-己二烯)分子質(zhì)量的羧酸和胺的反應(yīng)。劉念才等33采用過(3)氧化二苯甲酰( BPO)2 5-二甲基-2 5-二(叔丁等22用Ziegler- Natta催化劑得到了丙烯與甲基基過氧基)- 3-己炔( LPO )和丙烯酰胺混合引發(fā)苯乙烯的共聚物。Nozaki 等23使用新型鈀( II )配劑進(jìn)行GMA與PP的接枝反應(yīng)得到性能優(yōu)良的合物得到了丙烯與CO的交替共聚物并對(duì)反應(yīng)機(jī)高接枝率、低降解或低交聯(lián)的接枝產(chǎn)物。理進(jìn)行了研究,證實(shí)了其活性反應(yīng)的本質(zhì)。PP接枝苯乙烯可作為PP和聚苯乙烯( PS)聚1.2 接枝苯醚PPE)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯( PET )等共混通過自由基接枝反應(yīng)在已聚合的聚烯烴分子時(shí)的相容劑,Sakazume等34]采用懸浮共聚和擠出中引入功能性基團(tuán)既可賦予聚烯烴某些特殊功能,的接枝方法合成了PP-g- PS作為PP/PS 體系的又能很好地保持聚烯烴的優(yōu)異特性。用來接枝的單相容劑使共混物具有較高的沖擊強(qiáng)度、熱變形溫度體主要有順丁烯二酸酐、丙烯酸及其酯類、丙烯酰和可印刷性。李喬均等35詳細(xì)研究了PP懸浮接枝胺、苯乙烯等。反應(yīng)實(shí)施的方法通常有溶液法、熔融苯乙烯的影響因素,在最佳條件下接枝率達(dá)10%法、固相法和輻射法等。以上。Kim 等36最近用新型N( II )-PC II )催化順丁烯二酸酐(MAH)具有可反應(yīng)的雙鍵基團(tuán)劑進(jìn)行乙烯與苯乙烯接枝反應(yīng)得到高支化的聚合和極性較強(qiáng)的羧酸酐基團(tuán)并且在自由基存在下不物。Yasukawf37]等 用溴標(biāo)記法和電子回旋共振會(huì)自聚成為用來接枝的主要單體之一。Gabard24] ( ESR )法研究了PE輻射接枝苯乙烯的動(dòng)力學(xué)行最先用溶液接枝方法得到了PE- g- MAH聚合物。Gaylord25]等 用Brabender 塑化儀對(duì)聚乙烯以丙烯酸或其衍生物(丙烯酸酯或丙烯酰胺)為.( PE )進(jìn)行熔融接枝,得到了PE- g- MAH接枝共單體對(duì)PE、PP進(jìn)行接枝,可以使其粘接性、吸水性、聚物并提出了包含均聚、共聚、降解三個(gè)單元反應(yīng)吸堿性等顯著改善。龍復(fù)等38采用預(yù)輻射法研究在內(nèi)的自由基反應(yīng)歷程。陳連周等26]研究了乙烯丙烯酸對(duì)PE膜的接枝反應(yīng)。結(jié)果表明真空環(huán)境與順丁烯二酸酐的接枝反應(yīng)并對(duì)聚合物的粘接性下加入阻聚劑鐵鹽可使接枝反應(yīng)順利進(jìn)行。用丙烯進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,低密度聚乙烯(LDPE)中酸,丙烯酰胺水溶性混合單體進(jìn)行接枝反應(yīng)出現(xiàn)協(xié)引入MAH基團(tuán)后粘接強(qiáng)度顯著提高,可望作為熱同效應(yīng)。GhosF 39研究了PE接枝丙烯酸或其酯類熔膠的基礎(chǔ)聚合物用以配制性能優(yōu)良的膠粘劑。(丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯)聚合物的熱性能及反應(yīng)Rengarajart 27采用固相接枝方法在自由基引發(fā)動(dòng)力學(xué)。將丙烯酸接枝到PP膜上,可以改善其表劑及少量溶劑界面活性劑)存在下使MAH接枝到面性能使其用作離子交換膜來分離溶劑中的重金聚丙烯( PP)上并討論了溫度、引發(fā)劑濃度、界面劑屬4041。PP纖維接枝丙烯酸后,既保留了原來良用量等因素的影響。童身毅等28采用相似的方法好的加工性表面性能又得到改善染色性、吸水性得到了接枝率為2.5%的順”J烯二酸酐接枝等規(guī)聚顯著提高42]。Wirserf43]用電子預(yù)輻射法將丙烯酰丙烯產(chǎn)物,并用IR、 WAXS(寬角X射線散射)胺接枝到線性低密度聚乙烯( LLDPE )薄膜上,輻射I3C NMR等技來表征了聚合物結(jié)構(gòu)提出PP固相環(huán)境對(duì)接枝反應(yīng)動(dòng)力學(xué)有影響。Kang 等44用紫外第1期梁成鋒等聚烯烴功能化研究進(jìn)展57.輻射方法制得了LDPE-g- N ,N-二甲基丙烯酰在實(shí)際應(yīng)用中,-般采用聚烯烴-彈性體-填料三胺接枝共聚物。元共混復(fù)合的辦法6364],來平衡抗沖擊性能與剛甲基丙烯酸β -羥乙酯( HEMA )分子中既含有性提高材料的綜合性能/成本比。雙鍵,又含有羥基和酯基官能團(tuán)是一種很好的接枝玻璃纖維增強(qiáng)后的PP具有較高的強(qiáng)度和模.單體。采用等離子技術(shù)、輻射接枝、固相接枝和熔融量且低溫下的沖擊性能也較一般PP高。目前在接枝等方法使其接枝到PP主鏈上,可賦予PP新的汽車工業(yè)已有很多應(yīng)用部分代替了原來的尼龍塑.性能如尿和尿酸的透過性、與其它樹脂的相容性、料。PP與木粉或稻殼粉復(fù)合制成的合成木材用作粘接性等45-47。采用雙組份熔融接枝極性單體技音箱盒具有質(zhì)量輕、尺寸穩(wěn)定、耐熱性高、外形美觀術(shù),可以有效地控制并降低PP的降解同時(shí)可以提等特點(diǎn)并且音響效果優(yōu)良甚至勝過ABS(丙烯腈高接枝效果,得到高極性的PP材料48 49]。-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)材料。在聚烯烴中1.3 共混添加淀粉,可以使其具有降解性,減輕其對(duì)環(huán)境的共混改性具有耗資少、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)。通污染651。過與其它聚合物發(fā)生協(xié)調(diào)作用,可改進(jìn)其抗沖擊性.2結(jié)語能、加工性能、阻燃性能等。常用的PP共混體系有HDPE(高密度聚乙烯)PP、LDPE/PP、PP/尼龍、由于功能化聚烯烴具有眾多優(yōu)異的性能拓寬PP/EPDM(三元乙丙橡膠) PP/SBS(苯乙烯-丁二了聚烯烴的應(yīng)用范圍具有更高的附加值,從而使聚烯_苯乙烯嵌段共聚物) PP/BR(聚丁二烯)烯烴功能化的研究和開發(fā)越來越受到科學(xué)工作者的等5051]。由于大部分聚合物共混體系相容性較差,關(guān)注。目前,已有很多功能化聚烯烴實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化僅靠通常的手段難以形成有價(jià)值的結(jié)構(gòu)。選擇適宜生產(chǎn)但需求的日益多樣化對(duì)功能性聚烯烴材料提的相容劑,可改善共混體系的相容性5253]。EPDM出了更高的要求。通過不同的功能化手段不斷開發(fā)與PP在結(jié)構(gòu)上比較相似溶解度相近,與PP共混出新的功能性聚烯烴材料,以及對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝可以使其沖擊強(qiáng)度大幅度提高54],但流動(dòng)性變差。和方法進(jìn)一步完善提高性能,降低成本,制備出更在PP/彈性體共混物內(nèi)摻入第三組份(HDPE、PS多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新材料是今后研究和努力的方向。等)可以顯著提高其沖擊強(qiáng)度55.561。HDPE 與PP .[參考文獻(xiàn)]共混體系中,兩種組份結(jié)晶時(shí)互相干擾進(jìn)-步增加HDPE含量時(shí),PP球晶會(huì)受到HDPE的分割,被破[1] YangX M ,Stem C L ,Marks T J.[J]J Am Chem Soc ,1991,113( 9)3623 - 3625.壞成碎片,從而起到了改善共混物沖擊韌性的作[2] ChienJC W Tsai W M ,Rausch M D.[J]J Am Chem Soc ,用57]。通過熔融共混向PP中適當(dāng)引入親水性樹1991 ,113( 22 )8570- 8571.脂能有效降低PP的表面電阻率并使其著色性得[3] Chung T C ,Ramakrishnan s ,Kim M W.[ J ] Macromolecules ,1991 24( 10)2675 - 2681.到顯著改善。近年來動(dòng)態(tài)硫化制備共混型熱塑性彈[4] Klabunde U Jttels D.[J]. J Mol Catal ,1987 ,41( 1 ):123 -性體增韌PP的技術(shù)得到迅速發(fā)展58]。這類熱塑性134.彈性體韌性優(yōu)良加工方便為PP增韌提供了更為[5] Reppe W ,Maugin A. Production of Ketonic Bodies[ P] US .2577208 ,1950 -02 - 09.理想的原料。[6] Drent E. Polyketone[ P ]. EP 181014 ,1985 - 05-01.1.4 填充[7]羅河寬李達(dá)剛[ J]高分子材料科學(xué)與工程,1999 15( 1):125使用無機(jī)填料對(duì)聚烯烴進(jìn)行填充改性,不僅可- 128.以大大降低成本,還可以改善聚烯烴的剛性、耐熱[8] Yasuda H ,Furo M ,Yamamoto H ,et al.[ J ] Macromolecules,1992 25( 19)5115-5116.性、尺寸穩(wěn)定性、光降解性等。目前用于聚烯烴的填[9] Yang X M ,Seyam A M ,Fu P F ,et al.[ J] Macromolecules ,料主要有:碳酸鈣、玻璃纖維、云母、滑石粉、二氧化1994 27( 16) 4625 - 4626.硅、石墨、炭黑木粉、淀粉等。聚烯烴中引入無機(jī)剛[10] Kakugo M ,Miyatake T ,Mizunuma K.[J] Stud Surf SeiCatal. 1990 56 517- 526.性粒子通常在提高材料剛性的同時(shí)降低了材料的[11 ] Stevens J C Timmers F J ,Wilson D R et al. 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