(Translated by https://www.hiragana.jp/)
齐格勒-纳塔催化剂 - 维基百科,自由的百科全书 とべ转到内容ないよう

齐格勒-纳塔催化剂

维基百科ひゃっか自由じゆうてき百科ひゃっかぜん

齐格勒-纳塔催化剂いちゆうつくえ金属きんぞく催化剂よう合成ごうせいささえこう立体りったい规整せいてき烯烃またたたえ齐格勒-纳塔引发剂ぞくはい聚合引发剂典型てんけいてき齐格勒-纳塔催化剂是そう组分体系たいけいゆかり元素げんそ周期しゅうきひょうちゅうIV~VIIIぞく过渡金属きんぞく化合かごうぶつあずかI~IIIおもぞく金属きんぞく烷基化合かごうぶつ组成,常常つねづね具有ぐゆう引发αあるふぁ-烯烃进行はい聚合てき活性かっせい典型てんけいてきさん氯化钛-さんおつもと[TiCl3-Al(C2H5)3]。1950年代ねんだいとくこく化学かがく卡尔·齐格勒合成ごうせいりょう这一催化剂,并将其用于聚乙烯まとせい产,とくいたりょうささえ链很しょうてき高密度こうみつど聚乙烯大利おおとし化学かがくきょさとおく·纳塔はた这一催化剂用于聚丙烯なま产,发现いたりょうだか聚合こう规整てき聚丙烯。两位科学かがくいん此项贡献于1963ねん获得诺贝尔化がく目前もくぜん。齐格勒-纳塔引发剂是はい阴离聚合ちゅう数量すうりょう最多さいたてきいち类引发剂,可用かようαあるふぁ-烯烃、烯烃环烯烃てきていこう聚合

历史[编辑]

1953ねんとくこく化学かがく卡尔·齐格勒だい一个发现钛基催化剂,以四氯化钛-さんおつもと铝[TiCl4-Al(C2H5)3]さく为引发剂,ざい温度おんど(60-90℃)压力(0.2-1.5MPa)温和おんわてき条件下じょうけんか使つかいおつ烯聚合成ごうせい高密度こうみつど聚乙烯HDPE(0.94-0.9g/㎝),其特てんしょうささえ链(1-3个支链/1000碳原子げんし)、こう结晶(约90%)だか熔点(125-130℃)。1954ねん大利おおとしじんしゅとしおく纳塔いち以TiCl3-Al(C2H5)3さく引发剂,使つかい聚丙烯合成ごうせいとう规聚へい烯(熔点175℃)。ざい1963卡尔齐格勒和しゅとしおく纳塔获得りょう诺贝尔化がく奖。[1]

齐格勒纳とう催化剂自1956以来いらいよう于各种聚烯烃进行こう业生产。2010ねんゆかり烯烃せい产出大量たいりょうてき塑料、弹性たいとち胶(とく别是Phillips)所用しょようてき催化剂在ぜんたまちょう过100000000吨。这些聚合ぶつたい最大さいだいてき商品しょうひん塑料以及たい最大さいだいてきだい众化こう产品てき世界せかい

はやざい20せい纪50年代ねんだいてきこうじんざい菲利ひろし斯石发现てき铬催剂用于乙烯低温ていおん聚合是非ぜひつね有效ゆうこうてき,它推りょう一个主要的工业技术。几年きさき发现,四氯化钛和铝的组合(C2H52Clざいなま产聚おつ烯时ゆうどう样的催化作用さよう。纳塔よう水晶すいしょうてきαあるふぁ三氯化钛结合Al(C2H53产生りょうだい一个全同立构聚丙烯。一般的齐格勒催化剂是指齐格勒 - 纳塔(Ziegler-Natta)催化剂Tiけいけい统的转换,どう样也ゆびおつ烯和へい烯的转换けい统。ざい20せい纪70年代ねんだい,发现Tiけい催化剂的活性かっせいだいだいひさげだか。这些催化剂非常ひじょうかつ跃,剩余じょうよてきTiさい从产ぶつちゅう除去じょきょ。线性てい密度みつど聚乙烯(LLDPE)树脂开始しょう业化,并允许开发非结晶せいども聚物。

ざい20せい纪60年代ねんだいともえ斯夫公司こうし开发てき气相聚合过程ちゅう,运用つくえ械搅拌聚へい烯。ざい这一过程ちゅうざいはん应器ちゅうてき颗粒ゆかあるもの不流ふりゅうある不完全ふかんぜんりゅう。 1968ねんだい一气相流化床聚合工艺,そく以UNIPOLこう艺,ゆかりUnion Carbide商品しょうひん化生かせい产聚おつ烯。ざい20せい纪80年代ねんだい中期ちゅうき,以UNIPOLこう艺,进一步扩大生产聚丙烯。

りゅうゆかこう艺的とくてん包括ほうかつ它的简单せい产品てき质量证,使つかい世界せかい各地かくち广为接受せつじゅちょくいたりこんてん,这两种流ゆかこう艺仍しかもちい于生产聚へい烯。

聚-1 - 烯烃てき立体りったい化学かがく[编辑]

きょさとおく·纳塔使用しようもと于钛てき氯化ぶつさく为丙烯与其它1 - 烯烃聚合てきだい一聚合反应的催化剂。发现,这些聚合ぶつ结晶せい材料ざいりょう具有ぐゆう结晶せいしょう为立构规せい聚合ぶつ结构てき特殊とくしゅせい

ざい聚合ぶつ中立ちゅうりつ构规せいせいてき概念がいねんやめ经标ちゅうざい上面うわつらてき图片ちゅうゆう规立构的聚(1-链烯烃)可分かぶん为全どうたて构和间同りつ构,它们てき高分子こうぶんし链由じゅう复单もと- [CH 2-CHR] -あい位置いち而定,类似てきもと团有亲油もと团(CH3)。ざいぜんどうたて构系てき聚合ぶつちゅう,CHRてき所有しょゆうてき手性てしょう中心ちゅうしん构型しょうどうざい间同りつ构聚ごうぶつちゅう交替こうたい手性てしょう中心ちゅうしんてきしょう对的位置いち。聚合物的ぶってきだいもとざい平面へいめん两侧ある手性てしょう中心ちゅうしんてき构型てい无规则排列はいれつしょう为无规立构。ぜんどうたて构和间同りつ构聚へい烯都结晶てき可用かよう齐格勒-纳塔催化剂制备具有ぐゆう结晶せいてき聚丙烯,いん此可よう齐格勒-纳塔催化剂制备立构规せい聚合ぶつ

主要しゅよう组分[编辑]

典型てんけいてき齐格勒-纳塔引发剂是いちげん体系たいけい,过渡金属きんぞく化合かごうぶつぬし引发剂,金属きんぞく烷基化合かごうぶつじょ引发剂。其中,しゅ引发剂可能かのう为Ti、V、Mo、Zr、Crてき卤化ぶつ、氧氯化物ばけものおつ酰丙酮物、环戊二烯基金属氯化物等,主要しゅようようαあるふぁ-烯烃てきはい聚合;MoCl5かずWCl6则专门用于环烯烃てき开环聚合;Co、Ni、Ru、Rhてき卤化ぶつある羧酸盐则主要用ようよう烯烃てき聚合。为了ひさげだか催化剂的活性かっせいあるもの增加ぞうか产物てき立体りったい规整せい常常つねづね加入かにゅうだいさん组分,通常つうじょう具有ぐゆう给电せいてきN、O、S、Pとう元素げんそてき化合かごうぶつ

しげる金属きんぞく引发剂则另一类齐格勒-纳塔引发剂,ゆかり环戊烯类、だいよんふくぞく(IV Bぞく)过渡金属きんぞくしげるはいたいさん部分ぶぶん组成,通常つうじょう还要加入かにゅうきのえはじめ铝氧烷さく为助引发剂。ひとししょうしげ金属きんぞく引发剂通常つうじょう具有ぐゆう活性かっせいだか活性かっせい中心ちゅうしん形成けいせいりつだか)、活性かっせい中心ちゅうしん单一、たて构规せいこのみ、适用几乎所有しょゆうおつ烯基单体とうとくてん

溶解ようかい性能せいのう[编辑]

齐格勒-纳塔体系たいけい以分为非ひとししょうかずひとししょう两类,ひとししょう体系たいけい溶于烃类ひとししょう体系たいけい溶于烃类。溶解ようかいよし过渡金属きんぞく组成はん条件じょうけん决定。

  • ひとししょう引发体系たいけいあずか立体りったい规整聚合物的ぶってき合成ごうせいゆう关,以Tiけい代表だいひょう,如TiCl4-AlR3ざい-78°Cそく溶于かのえあるきのえ,对乙烯聚あいゆう活性かっせい,对丙烯聚あいてき活性かっせい很低。ますだか温度おんど则转变为ひとししょう活性かっせいひさげだかてい价氯钛(ある钒),如TiCl3、TiCl2、VCl4ひとし本身ほんみ就不溶于烃类,あずかAlR3あるAlR2Clはん应后,仍为(ほろひとししょう,对丙烯聚あいゆう较高てき活性かっせい,并有ていこう作用さよう。这类催化剂在产业ちゅううらないぬし导地
  • ひとししょう引发体系たいけい钒系代表だいひょう,如VOCl3/AlEt2ClあるV(acac)3/AlEt2Cl可用かよう合成ごうせいおつへいとち。卤化钛中てき卤素部分ぶぶんある全部ぜんぶRO、acacあるCpしょだいさいあずかAlR3络合,如Cp2TiCl>2-AlEt3,也成为可溶性ようせい引发剂,对乙烯聚あいなおゆう活性かっせいただし对丙烯聚あいてき活性かっせいかずじょうこう能力のうりょく就很りょう

凡能使へい烯聚あいてき引发剂一般都能使乙烯聚合,ただし使おつ烯聚あいてき未必みひつのう使へい烯聚あい

はん应机せい[编辑]

齐格勒-纳塔催化剂以固体こたいかたち态引发烯烃类聚合はん应,生成せいせいていこう聚合ぶつ。如为溶液ようえきかたち态,则不能ふのういた立体りったい规整聚合ぶつ。齐格勒-纳塔催化剂引发的聚合はん应属于阴离子はい聚,目前もくぜん提出ていしゅつ两种つくえそくそう金属きんぞく活性かっせい中心ちゅうしんつくえ金属きんぞく活性かっせい中心ちゅうしんつくえそう金属きんぞく活性かっせい中心ちゅうしんつくえ指出さしで,单体ざい聚合时插入そうにゅういた过渡金属きんぞく原子げんし活性かっせい中心ちゅうしんかず烃基しょう连的位置いち生成せいせいπぱいはい化合かごうぶつ,该化合かごうぶつまた经配はん生成せいせいいち个新てき活性かっせい中心ちゅうしん交替こうたい进行。单金属きんぞく中心ちゅうしん论则以过わたり金属きんぞく原子げんし为活せい中心ちゅうしん,单体ざい活性かっせい中心ちゅうしんてき空位くういじょうはい插入そうにゅういた金属きんぞく原子げんし-碳键ちゅう

以TiCl4-Al(C2H5)3(あるAlR3)为代表だいひょう,剖析两组ぶんてきはん应情况。 TiCl4阳离引发剂,Al(C2H5)3阴离引发剂。两者单独使用しよう时,难使おつ烯或へい烯聚あいただし相互そうご作用さようきさき,却易使おつ烯聚あい;TiCl3-AlEt3体系たいけい还能使へい烯定こう聚合。 配置はいち引发剂时需要じゅよう一定いっていてき陈化时间,证两组分适当はん应。はん应比较复杂,しゅさき两组ぶんもと团交换或烷基形成けいせい钛-碳键。烷基氯化钛不稳定,进行还原态分解ぶんかいざいてい价钛じょう形成けいせい空位くういきょう单体はい需,还原产生活性かっせい不可缺ふかけつてきはん应。相反あいはんこう价态てきはいてん全部ぜんぶあずかはいたい结合,就很难产生活せいかつせい分解ぶんかい产生てき自由じゆうもとそうもと终止,形成けいせいC2H5Cl、n-C4H10、C2H6、H2ひとし

烷基

    TiCl4+AlR3→RTiCl3+AlR2Cl
    TiCl4+AlR2Cl→RTiCl3+AlRCl2
    RTiCl3+AlR3→R2TiCl2+AlR2Cl

烷基钛的ひとしきれ还原

    RTiCl3→TiCl3+R•
    R2TiCl2→RTiCl2+R•
    TiCl4+R•→TiCl3+RCl

自由じゆうもと终止

    2R•→偶合ある歧化终止

以TiCl3さくぬし引发剂时,也发せい类似はん应。两组ぶん比例ひれい不同ふどう,烷基还原てき深度しんど也有やゆう异。上述じょうじゅつただ部分ぶぶんはん应式,ひとししょう体系たいけい可能かのう存在そんざいさら复杂てきはん应。 研究けんきゅうCp2TiCl2-AlEt3可溶性かようせい引发剂时,发现しょ形成けいせいてき蓝色结晶ゆう一定いってい熔点(126-130℃)一定いってい分子ぶんしりょう,经X线衍分析ぶんせき,确定结构为Ti---Cl---Al桥形络合ぶつ。估计氯化钛和烷基铝两组分はん应,也可能かのう形成けいせい类似てきそう金属きんぞく桥型络合ぶつ(TiCl3-AlEt3そう金属きんぞく络合ぶつある金属きんぞく络合ぶつ(TiCl3金属きんぞく络合ぶつ),なり为烯烃配聚合てき活性かっせい种,ただしじょう况会さら复杂。

发展あずか[编辑]

最初さいしょ,烯烃聚合さいようてき自由じゆうもと聚合さいよう这一机理需要高压反应条件,并且はん应中存在そんざい链转うつりはん,导致支产物てき产生。对于聚丙烯,问题ゆう为严じゅう,无法合成ごうせいだか聚合てき聚丙烯。

从生产角らい讲,齐格勒-纳塔催化剂的现使とく很多塑料まとせい产不さい需要じゅようだか压,减少りょうなま产成ほん,并且使とくせい产者以对产物结构与せい质进ぎょうひかえせい。从科学かがく研究けんきゅう角度かくどじょう,齐格勒纳とう催化剂带动了对聚あいはん应机てき研究けんきゅうずいつくえ研究けんきゅうてき深入ふかいり,一些对产物控制性更好的有机金属催化剂系统不断出现,如しげる金属きんぞく催化剂凯明斯基催化剂ひとし

引发剂是αあるふぁ-烯烃はい聚合てき核心かくしん问题,研究けんきゅう重点じゅうてんざいひさげだか聚合活性かっせいひさげだかたて构规せい使つかい聚合分布ぶんぷ组成分布ぶんぷひとし一等いっとう标上。关键措施有二ゆうじ添加てんか电子たい负载。

(1)给电たい(Lewis碱)——だい三组分的影响 αあるふぁ-TiCl3はいようAlEt2Cl引发はい聚合时,ていこう能力のうりょくはいようAlEt3时高,聚合活性かっせい则稍ゆうくだてい。如配ようAlEtCl2,则活せいかずじょうこう能力のうりょく接近せっきん于零,ただし加入かにゅう含有がんゆうO、N、P、Sとうてき给电たいB:(Lewis碱)きさき活性かっせいIIPひとし有明ありあけ显提だか分子ぶんしりょう增大ぞうだい早期そうき从化がくはん角度かくど进行局部きょくぶかい释,れい如AlEtCl2化成かせいAlEt2ClAlCl3きさき,Lewis碱可あずかAlCl3络合,使つかいAlEt2Clゆう出来でき,恢复部分ぶぶん活性かっせいかずじょうこう能力のうりょく

    2AlEtCl2+:B→AlEt2Cl+AlCl3:B

给电からだ对铝化合かごうぶつてき络合能力のうりょくずい其中氯含量的りょうてきぞう而加きょう,其顺じょ

    B:AlCl3>B:AlRCl2>B:AlR2Cl>B:AlR3

20せい纪50-60年代ねんだいだいいちだいαあるふぁ-TiCl3-AlEt3两组分引ぶびき发剂对丙烯的聚合活性かっせい5×103}gPP/gTi,聚丙烯IIP约为90%。60年代ねんだい,曾添加てんか六甲基磷酸胺(HMPTA),使つかいへい烯聚あい活性かっせいひさげだかいた5×104gPP/gTi,增加ぞうかりょう10ばい。70-80年代ねんだい添加てんかりょう酯类给电からだ并负载,活性かっせいひさげだかいた2.4×106gPP/gTi,IPP>98%。活性かっせいひさげだかきさき,引发剂用りょう减少,残留ざんりゅう引发剂不ようだつじょきさき处理简化。

(2)负载てきかげざい早期そうき齐格勒纳とう引发剂中,はだかざいあきらからだ表面ひょうめん、边缘ある缺陷けっかん处而なり为活せい中心ちゅうしんてきTi原子げんしただうらない约1%,这是活性かっせい较低てき重要じゅうよう原因げんいん。如果はた氯化钛充ぶんぶん散在さんざい载体じょうだい部分ぶぶん(如90%)Ti原子げんしはだか而成为活せい中心ちゅうしん,则可大幅おおはばひさげだか活性かっせい。 载体种很,如MgCl2、Mg(OH)Cl、Mg(OR2)2、SiO2ひとし。对于へい烯聚あい,以MgCl2さいけい常用じょうようてき无水氯化镁多为αあるふぁ-あきらがた,结构规整,钛负载量しょう活性かっせい也低。负载时,如经给电からだかつ,则可大幅おおはばひさげだか活性かっせいかつ方法ほうほうゆう研磨けんまほう化学かがくはん应法两种。 研磨けんまほう はたTiCl4-AlEt3引发剂、MgCl2あるMg(OH)Cl载体、给电たい(如苯かぶとさんおつ酯EB)さんしゃ共同きょうどう研磨けんま使つかい引发剂分散ぶんさん并活,则可显著ひさげだか活性かっせい。这种引发剂制备过ほどちゅうしょ加入かにゅう给电たい俗称ぞくしょうない给电たい(如内酯)。活性かっせいひさげだかてき原因げんいん可能かのう形成けいせいりょうMgCl2•EBあるMgCl2•EB•TiCl4络合ぶつ,构成りょう负载がた引发剂主体しゅたいうち酯的はい能力のうりょくいよいよつよ,则产ぶつとう规度いよいよこう。酯的はい能力のうりょくあずか电子うん密度みつど邻近もと团的そら间障碍有关,一般いっぱんそう酯(如邻苯かぶとさんちょう酯)对等规度てき贡献单酯(如苯かぶとさんおつ酯)だい。 负载がた引发剂经ない酯后,聚合时还应再另一がい酯(如二苯基二甲氧基硅烷)参与さんよ活性かっせい中心ちゅうしんてき形成けいせい,一边改变钛中心的微环境,增加ぞうか立体りったいこう应,有利ゆうり于等规度てきひさげだか。酯类也可用作ようさくないそと给电からだ配合はいごうとくとう,引发剂的聚合活性かっせい以高达106gPP/gTi。 化学かがくはん应法 研磨けんまほう主要しゅよう物理ぶつり分散ぶんさん,而化がくはん应法则是ざい溶液ようえきちゅうはん应而きさき沉淀出来でき使つかい引发剂组ぶん-载体分散ぶんさんどくさら细,かたち态更このみ一般いっぱんさきはたMgCl2あずかあつし、酯、醚、Lewis碱(LB)とうせいなり溶于烷烃てき复合ぶつ

   MgCl2(s)+ROH→MgCl2•ROH
   MgCl2•ROH+LB→MgCl2•ROH•LB  

さいあずかTiCl4进行一系列化学反应,じゅうしん析出せきしゅつMgCl2どう时使部分ぶぶん化合かごうぶつ负载ざいMgCl2表面ひょうめんゆうLewis碱,析出せきしゅつてきMgCl2あきらからだ带有螺旋らせん(rd)缺陷けっかんてきあきらたいMgCl2•LB(s),这是だか活性かっせい引发剂的さいこう载体。而无Lewis碱时,析出せきしゅつてき则是立方りっぽう六方紧密堆砌的MgCl2あきらからだ活性かっせい较差。

   MgCl2(s)+TiCl4→MgCl2(s)•TiCl4 
   MgCl2(s)+Cl3TiOR→MgCl2(s)•Cl3TiOR

すえ成型せいけい加工かこうてき需要じゅよう,还可以将负载引发剂制なり球形きゅうけい,以便烯烃ざい此骨じょう聚合发育成いくせい长,さい形成けいせい球形きゅうけい树脂。现已发展ゆう种高こう、颗粒规整、结构ひかえてき新型しんがた引发剂体けい

齐格勒-纳塔催化剂制备商业聚ごうぶつ[编辑]

相關そうかん條目じょうもく[编辑]

参考さんこう资料[编辑]

  1. ^ 卢江, りょう晖. 高分子こうぶんし化学かがく. 化学かがくこう出版しゅっぱんしゃ, 2009. pp 159. 6.1 Ziegler-Natta引发剂与はい聚合. ISBN 978-9-5025-6770-5

参考さんこう书目[编辑]

  • はんじん.高分子こうぶんし化学かがく.化学かがくこう出版しゅっぱんしゃ,2010ねん1がつだい4はん2012ねん5がつだい5はん.
  • 顾雪蓉,陆云.高分子こうぶんし科学かがくもと础.化学かがくこう出版しゅっぱんしゃ,2003ねん9がつだい1はん.
  • なにあさひさとしただしえんあかり.高分子こうぶんし化学かがくがく习指导.科学かがく出版しゅっぱんしゃ,2007ねん10がつだい1はん.