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本文分别采用共球磨以及共沉淀的方法制备了MgF<,2>/MgCl<,2>和AlCl<,3>/MgCl<,2>两个系列的掺杂载体,然后应用此载体制备了相应系列的TiCl<,4>负载催化剂,并研究了:(1)各催化剂分别催化乙烯、丙烯均聚以及乙烯/1-己烯共聚反应的规律;(2)催化剂催化烯烃聚合反应中,活性中心的变化规律;(3)不同催化剂所得乙己共聚物序列结构的变化规律等。
通过对MgF<,2>/MgCl<,2>/TiCl<,4>掺杂负载催化剂的XRD分析可知,催化剂中有MgF<,2>衍射峰出现,并随掺杂量增加而增强,表明MgF<,2>是以微晶的形式存在于MgCl<,2>晶体之中。在XRD曲线中还出现了一些不属于MgF<,2>和MgCl<,2>的新衍射峰,表明掺杂MgF<,2>在一定程度上能够改变MgCl<,2>的晶体结构。
采用MgF<,2>掺杂MgCl<,2>负载催化剂催化乙烯聚合反应时,掺杂MgF<,2>的催化剂与未掺杂催化剂相比,催化活性有明显的提高,而且以TEA为助催化剂体系催化乙烯聚合反应的活性要高于TBA体系。但是用纯的MgF<,2>作为载体的催化剂仅能负载上很少量的钛,而且对乙烯聚合没有活性,说明MgF<,2>是一种惰性载体,不能单独作为TiCl<,4>的载体。掺杂MgF<,2>对聚乙烯的分子量分布的影响较小,对聚乙烯的GPC曲线进行Flory最可几分布函数的分峰拟合结果表明,掺杂MgF<,2>对催化剂活性中心种类数没有影响。
将MgF<,2>掺杂MgCl<,2>负载催化剂用于催化丙烯聚合反应时发现,掺杂催化剂也能够较大幅度提高丙烯聚合的活性,而且以纯MgF<,2>为载体的负载催化剂对丙烯聚合也没有活性。当无内给电子体时,MgF<,2>掺杂量较大时(≥17.0wt.%),能够增加催化剂的活性中心种类数,而且增加的主要是无规活性中心。但是在有内给电子体时,掺杂MgF<,2>对催化剂活性中心种类数没有影响。采用共沉淀的方法制备了MgCl<,2>/AlCl<,3>-EtOH醇合物载体,然后以此载体制备了TiCl<,4>负载催化剂。通过对催化剂的XRD分析发现,催化剂中并未出现AlCl<,3>的衍射峰,表明催化剂中不含有AlCl<,3>微晶,而且AlCl<,3>在MgCl<,2>晶体中达到分子水平的分散,有可能形成了AlCl<,3>/MgCl<,2>固溶体。
在AlCl<,3>掺杂催化剂催化乙烯聚合反应中,掺杂AlCl<,3>对乙烯聚合反应活性的提高并不是很显著,但是以纯AlCl<,3>为载体的催化剂对乙烯聚合反应表现出了相当高的反应活性,可以达到1320 gPE/(gTi·h),表明对于TiCl<,4>来说,AlCl<,3>也可能是一种比较有效的载体。掺杂AlCl<,3>对聚乙烯分子量分布的影响很大,随催化剂中AlCl<,3>掺杂量的提高,所得聚乙烯的分子量分布显著增宽。因此通过改变催化剂中AlCl<,3>的含量,可以在相当大的范围内调节聚乙烯的分子量分布。导致PE分子量分布变宽的主要原因是:掺杂AlCl<,3>能够增加催化剂活性中心的种类数。
在AlCl<,3>掺杂催化剂催化丙烯聚合反应中,掺杂AlCl<,3>在一定程度上也能够提高丙烯聚合活性,但是以纯AlCl<,3>为载体的催化剂对丙烯聚合反应却没有活性。另外,随AlCl<,3>掺杂量的提高,所得聚丙烯的等规度呈比较明显的下降趋势。但是掺杂AlCl<,3>对聚丙烯分子量分布的影响非常小,随AlCl<,3>掺杂量的改变,PP的分子量分布基本保持不变。
分别采用MgCl<,2>/TiCl<,4>和MgCl<,2>/AlCl<,3>/TiCl<,4>两种催化剂催化乙烯和1-己烯共聚反应时发现:两种催化剂都具有比较显著的共单体效应,共聚时掺杂催化剂的活性明显较高;掺杂AlCl<,3>、以TBA为助催化剂以及不使用外给电子体时,都有利于提高共聚物中共单体的含量;TBA体系更倾向于无规共聚,而TEA体系则更倾向于嵌段共聚,TBA体系所得共聚物中乙烯链段的序列长度小于TEA体系;掺杂AlCl<,3>同样使共聚物中乙烯链段的序列长度下降。
本论文的主要创新点:
1、采用共球磨或共沉淀的方法制备了两个系列的掺杂MgCl<,2>负载催化剂(TiCl<,4>/MgCl<,2>/MgF<,2>和TiCl<,4>/MgCl<,2>/AlCl<,3>),用XRD等方法研究了掺杂催化剂的结构,发现在MgF<,2>掺杂催化剂中,MgF<,2>以微晶的形式存在,而且能够改变MgCl<,2>的晶体结构,并能较大幅度提高乙烯和丙烯聚合的反应活性;在AlCl<,3>掺杂催化剂中,AlCl<,3>能够以分子水平分散在MgCl<,2>晶体中,并可能形成了AlCl<,3>/MgCl<,2>固溶体。
2、MgF<,2>掺杂的TiCl<,4>/MgCl<,2>催化剂具有很高的催化乙烯和丙烯聚合的活性,但对催化剂活性中心的分布影响较小。
3、制备了不同掺杂量的MgCl<,2>/AlCl<,3>/TiCl<,4>催化剂,发现掺入AlCl<,3>对乙烯、丙烯聚合活性的影响较小,但使活性中心分布增宽(高低分子量部分均相对增加)。而且掺杂催化剂可制备等规度低于30%的低等规PP。发现纯的AlCl<,3>也可负载TiCl<,4>,所得催化剂表现出一定的活性,所得聚乙烯的MWD呈多峰形态,分布极宽。用多个Flory分布可很好拟合这种特殊的多峰型MWD,说明分峰拟合的方法合理。
4、MgCl<,2>/AlCl<,3>/TiCl<,4>催化剂催化乙烯和1-己烯共聚合时,表现出较强的共聚能力,且共聚物的序列分布比较无规,但组成分布改变不明显。