乙烯原位聚合复合催化剂的设计与双峰聚乙烯分子结构的调控

采用乙烯原位聚合路线，制备带隔离膜的双亚胺基吡啶铁系催化剂/高分子量共聚催化剂负载型复合烯烃催化剂颗粒，通过乙烯原位聚合调控聚乙烯分子结构，从活性中心本质出发，解决复合催化剂氢调性能和共聚性能的匹配以及复合催化剂的化学和动力学相容性的问题。目标在于提供一条从复合催化剂出发设计高性能双峰聚乙烯的新思路，在保持催化剂高活性的前提下，研究原位聚合过程中反应组分扩散与反应的耦合作用，建立催化剂结构与产品分子结构之间的定量关系，指导高性能聚合物的发明和创制，实现双峰聚乙烯技术的低投资和高性能化。聚合时，由乙烯作为唯一单体，双亚胺基吡啶铁系催化剂原位生产低分子量、高线性的聚乙烯和α-烯烃，生成的α-烯烃又可在共聚催化剂上原位聚合形成高分子量高支化聚乙烯，从而原位合成低分子量线性、高分子量高支化的双峰聚乙烯，摆脱依靠反应条件调控产品结构的局限性，从活性中心出发解决复合催化剂设计中存在的问题。

制备具有低分子量、低支化度和高分子量、高支化度分子结构的双峰聚乙烯是高性能聚乙烯产品的重要发展方向和科学研究难点。本项目采用复合催化剂路线，针对该路线中存在的几个关键问题，开展了核壳结构颗粒的制备和微化学反应器的构建、微化学环境下有机小分子在聚合物中的传递特性、化学环境对铁系催化剂活性中心组成的调变机制、复合催化剂的设计和高性能双峰聚乙烯的制备、聚合物的微观结构表征和构效关系模型等研究。取得的成果主要包括：掌握了微化学反应器条件下小分子的传递特性、铁系齐聚催化剂的活性中心调变机制，形成了基于聚合物膜的扩散和阻隔特性的“微区组合”复合催化剂设计技术、原位聚合制备具有支链反向分布的高性能双峰聚乙烯的技术，初步揭示了聚合物产品微观结构和性能的构效关系。. 开发的微区组合“钒-铁”双功能负载催化剂利用单一乙烯制备得到具有反向分布支链结构的高性能双峰聚乙烯，分子量分布高达120，并且分子量及其分布可以通过聚合温度和聚合时间实现调控。得到的双峰聚乙烯呈现出未缠结的凝聚态结构，为在合成聚乙烯中首次发现。. 本项目的研究结果摆脱了依靠反应条件调控产品结构的局限性，有效解决了复合催化剂设计中存在的问题，可用于指导高性能聚合物的发明和创制，有望实现双峰聚乙烯技术的低投资和高性能化。