茂金属催化剂都有哪些特点

聚烯烃人 2023-07-25

现代金属有机化学最大的挑战之一就是其在新技术和新材料等领域的应用。出于这个目的，许多类型的配合物被人们合成、修饰，然后应用于新的催化过程中，而茂金属配合物无非是这方面最热门领域之一。

催化烯烃聚合领域是在二十世纪五十年代由Ziegler–Natta和Phillips催化剂建立起来的，茂金属催化剂的出现在过去二三十年间引发了催化烯烃聚合领域的复兴。

茂金属催化剂之所以受到广大科学家们的青睐是由于其在烯烃聚合方面的独特性能，今天我们就来看看茂金属催化剂都有哪些特性。

催化活性较高

茂金属催化剂为均相（homogeneous）催化剂，其活性中心的每一个分子都溶解在溶剂中，所以其活性较高。其活性能达到传统Ziegler–Natta和 Phillips催化剂活性的成百乃至上千倍。例如在70℃下，含1克锆的双芴基锆配合物(C13H8-C2H4-C13H8)ZrCl2在助催化剂的活化下能生产3×10^5kg聚乙烯，如此高的催化活性可使工业生产中所用催化剂的量大大减少，如此少的催化剂的灰分是允许残留在聚烯烃产品之中的。

单一活性中心

茂金属催化剂属于均相（homogeneous）催化剂，又叫单点（single site）催化剂，具有单一的催化活性中心。作为烯烃催化剂，由于其催化活性中心处于受限制的配位环境中，只允许单体配位到催化剂的活性位点上，因此能精密控制聚合物的分子量、分子量分布、共聚单体的含量及其聚合物片段的序列在主聚合物链上的分布等等。

由茂金属催化剂催化生产的聚合物的分子量分布（Mw/Mn≈2）比多中心催化剂制得的聚合物分子量分布（ Mw/Mn=3～8）窄。而且共聚单体在聚合物主链中的分布也比较均匀，长支链和短支链在主聚合物链中呈规则分布，这些参数决定了新的聚合物材料具有新的应用（如mLLDPE），进而拓展市场前景。

可有效调控聚合物的微观结构

通过对含环戊二烯基（Cp）配体的电子效应和空间结构进行修饰，可以设计合成出很多不同结构类型的茂金属配合物。这种修饰作用可以大大改变催化剂的催化活性，同时还可以影响生成的聚合物的一些性能参数，如：分子量，共单体含量。不仅如此，具有一些对称因素的茂金属催化剂还可以实现其对烯烃聚合反应的立体选择性控制，对潜手性烯烃聚合生成具有一定立体选择性的聚烯烃材料，如：全同立构聚丙烯，间同立构聚丙烯，无规立构聚丙烯，半等规聚丙烯，立构嵌段聚丙烯，间规聚苯乙烯等。制得的特定立体规整度的聚烯烃可表现出独特的性能，从而可以适应各种用途。所以，通过控制聚合条件和修饰催化剂的分子结构，可以很容易地获得具有适合各种市场需求的聚合物。

优异的共聚性能

茂金属催化剂可以催化乙烯与许多共聚单体发生共聚，至今已经被报道的共单体多达50种以上。另有研究发现，可以发生共聚的单体除了常见的α-烯烃、降冰片烯、苯乙烯之外，还可以是共轭双烯烃以及极性单体。所以茂金属催化剂能够生产多种新型聚烯烃产品，这样种类繁多的品种并且拥有优良的性能，就可以广泛应用于生产生活的各个领域。

文章内容来源聚烯烃人，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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