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中科大陳昶樂課題組 CCS Chem.綜述：具有工業化潛力的烯烴-極性單體配位共聚催化體系

2023-10-30 來源：高分子科技

聚烯烴是國民經濟中最重要的合成高分子材料之一，全球年產量超2億噸，市場規模數萬億元。多數商業聚烯烴材料是非極性的，與極性物質的相容性差，因此在許多領域的應用受到限制。向聚烯烴結構中引入極性官能團，可以拓寬其應用范圍，得到高附加值產品。基于乙烯-極性單體自由基共聚法，工業界已經生產了大量LDPE型極性聚烯烴材料。然而，更多的商業聚烯烴材料僅能通過烯烴配位聚合法得到，包括HDPE、LLDPE、iPP、EPR、EPDM、POE、COC等。這些聚烯烴的極性官能團化，無法依靠自由基共聚工藝，而是主要靠聚合后修飾法。這一方法有反應條件苛刻、能耗大、試劑腐蝕性強、副反應多、產物微觀結構難以控制等缺點。

過渡金屬催化的烯烴-極性單體配位共聚路線能夠從根本上解決多種極性官能團化聚烯烴的合成難題，因此受到了廣泛的關注。經過幾十年的研究，科學界和工業界已經發展了多種高性能的烯烴-極性單體配位共聚催化體系，使得這一領域已越來越接近實現工業化。近日，中國科學技術大學陳昶樂教授課題組在中國化學會旗艦期刊《CCS Chemistry》發表題為“Potentially Practical Catalytic Systems for Olefin-Polar Monomer Coordination Copolymerization”的綜述文章，總結了具有工業化潛力的烯烴-極性單體配位共聚催化體系。安徽大學青年教師譚忱博士、陳敏教授為該論文的第一作者，中國科學技術大學鄒陳博士后、陳昶樂教授為通訊作者。

雖然在過去幾十年中，學術界已經發展了許多催化體系用于烯烴-極性單體配位共聚，并且實現了高的共聚活性、高的共聚物分子量和可調節的極性單體插入比，但其中多數研究未考慮到工業化連續生產對催化體系的更多要求。為了防止聚合物粘釜導致的一系列工程問題，工業上目前主要采用高溫均相聚合法、非均相聚合法。前者要求催化劑在高溫下保持良好的催化性能，而后者要求使用非均相催化劑。這在烯烴-極性單體配位共聚領域中長期被忽視，但在最近，一些研究工作報道了在這兩種工藝下進行的烯烴-極性單體配位共聚，從而使得烯烴-極性單體配位共聚這一路線越來越接近工業化。

這篇綜述分為兩個部分。在第一部分中，作者總結了在高于100℃的聚合溫度下保持良好催化性能（共聚活性超過 100 kg·mol^-1·h^-1，共聚物分子量超過2萬）的烯烴-極性單體均相共聚催化劑。在第二部分中，作者總結了近年來報道的高性能非均相烯烴-極性單體共聚催化體系（共聚活性超過 100 kg·mol^-1·h^-1，共聚物分子量超過2萬）。

最后，作者對這一領域進行了總結與展望。作者認為，盡管目前報道的具有工業應用潛力的烯烴-極性單體配位共聚體系很少，但是催化體系的進一步優化將增加這一路線在聚烯烴工業中的競爭力。例如，前過渡金屬催化劑在烯烴-極性單體高溫溶液共聚中的應用還沒有被充分探索。高熱穩定性茂金屬和非茂金屬催化劑的研究將帶來許多突破。在非均相催化體系方面，考慮到許多高性能過渡金屬配合物催化劑尚未被研究用于非均相共聚，未來必將有新的突破。最后，除了催化劑和工藝技術，對所得極性官能化聚烯烴材料的性能及應用的系統研究也是至關重要的。

論文鏈接：https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.023.202303322

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（責任編輯：xu）

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