聚烯烃作为目前最大的一类通用型高分子材料,在不断扩大生产规模和品种的基础上,也在向着高性能化、精细化和功能化发展,提高产品的附加值,满足不同的需求和拓展新的应用领域。发展的趋势之一是通过开发新型催化剂制备结构新颖可控的聚烯烃,使聚烯烃的性能得到优化和多样化,超支化聚烯烃就是其中的一类新型聚烯烃。
1995年Brookhart等首先报道了镍/钯的二亚胺基化合物可以催化乙烯和α-烯烃聚合,通过所谓的“链行走机理”,生成具有独特微观结构的超支化聚乙烯或聚烯烃。目前国内研究也多在超支化聚乙烯(HBPE)。
超支化经过20年的发展,α-二亚胺镍钯催化乙烯链行走聚合已经能够实现超支化聚乙烯(HBPE)的可控制备。超支化聚合物引起独特的物理及化学性质使其在很多领域都有广泛的应用。
通过链行走聚合可以催化乙烯均聚直接制备聚烯烃弹性体,优势是HBPE弹性体则无需共聚单体且生产工艺简单。由浙江传化化学集团有限公司与杭州星传新材料科技有限公司联合开发的超支化聚烯烃弹性体中试装置在浙江上虞完成中试,并于2024年8月顺利通过专家鉴定!中试装置设计产能达到1000吨/年,采用先进的溶液法乙烯均聚工艺。目前,该公司已完成万吨级装置的工艺包编制工作。
可以直接催化乙烯低聚制备聚烯烃润滑油。因为聚α-烯烃合成润滑油的初始原料就是乙烯,由乙烯直接制备润滑油,省去了两步选择性合成工艺,不仅大大简化了生产工艺,而且显著提高了收率,具有合成润滑油应用的前景,目前已经能够通过催化剂的结构设计实现低分子量HBPE油的结构调控。但是相关应用性能,特别是黏温性能和低温流动性与微观结构关系的研究鲜有报道,暂无实际的工业化应用。
HBPE不仅能用做新型弹性体和润滑油,还能作为高效分散剂用于石墨烯、碳纳米管(CNT)等碳纳米材料的制备。与传统的化学气相沉积法和外延生长法相比,HBPE辅助的液相剥离具有能耗低,工艺简单的优点,并且HBPE辅助的液相剥离还能实现高品质石墨烯的宏量制备。此外,与传统的纯溶剂和表面活性辅助的液相剥离相比,HBPE辅助的液相剥离具有以下优点。①无需使用高沸点的溶剂,有利于后处理;②HBPE与石墨烯或CNT间强烈的界面相互作用有利于石墨的剥离,得到高浓度的分散液;③石墨烯或CNT表面吸附的HBPE之间的空间排斥作用,可以提高分散液的长久稳定性;④得到的分散液可以直接用于溶液法制备聚合物纳米复合材料。
超支化聚乙烯(HBPE)由于具有类似树枝状聚合物结构而性能出色,且其合成相对简单,易得到大批量产物,在新型聚烯烃材料的构造、塑料加工、润滑油、催化剂、药物释放和纳米材料等领域显示出其广阔的应用前景。
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