CN114835905A - 催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂及其制备方法,属于化工催化剂制备技术领域,步骤如下:氮气保护下,将聚膦酰胺配体加入甲苯中,室温下、磁力搅拌后,加入金属氯化物,搅拌反应5‑8h,得到催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂;首先制备出F‑C链封端具有超支化结构的聚膦酰胺配体,并利用该配体进一步与过渡金属氯化物配合,制备出聚膦酰胺金属配合物,该配合物能高效催化双环戊二烯聚合生成聚双环戊二烯,相对于小分子配体,该大分子聚膦酰胺配体,含多个(NP)n配位单元,具有较高的支化度,生成的金属配合物催化剂稳定性好,并且对氧气、水敏感度低。
Description
技术领域
本发明属于化工催化剂制备技术领域,具体地,涉及催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂及其制备方法。
背景技术
聚双环戊二烯(PDCPD)是一种以双环戊二烯(DCPD)为原料,经有机金属化合物催化聚合形成的一种具有轻度交联结构的热固性工程树脂,其最显著特点是力学性能平衡,兼具刚性和韧性,具有较高的弯曲强度以及抗冲击强度,以其他工程塑料相比,具有优良的综合性能,被广泛应用于通讯设备、电气设备、交通设施、体育设施中,在PDCPD制备过程中,催化剂是工艺的关键和技术源头,一方面催化剂的活性、稳定性直接决定聚合过程中树脂材料的力学性能,另一方面催化剂性能更优、耐受性更好,使得PDCPD的功能化应用更好,目前使用的催化剂分为双组份催化剂和单组份金属卡宾类催化剂,单组份金属卡宾类催化剂价格昂贵且耐热性差因此使用量较少,实际生产中多用双组份催化剂,但是双组份催化剂对空气、水及其敏感,微量湿气即可影响聚双环戊二烯制备过程中模具边缘部分催化剂的活性,造成边缘部分聚合度较低,因此,提供一种稳定性高用催化聚合双环戊二烯的聚膦酰胺金属配合物催化剂是目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题,本发明提供催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,包括以下步骤:
氮气保护下,将聚膦酰胺配体加入甲苯中,室温下、磁力搅拌20-30min后,缓慢加入金属氯化物,搅拌反应5-8h,得到催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂,甲苯用量为聚膦酰胺配体质量的8-11倍,金属氯化物用量为聚膦酰胺配体质量的30-40%。
进一步地,金属氯化物选自四氯化钨、五氯化钨、六氯化钨、五氯化钼和四氯化钼中的一种或多种按照任意比例混合。
进一步地,聚膦酰胺配体由以下步骤制成:
步骤A1、将4,4'-二氨基二苯甲烷、三乙胺和乙腈混合,通入氮气并控制温度0-5℃,滴加三氯氧磷的乙腈溶液,滴加结束后搅拌反应1h,然后升温至回流反应24h,反应结束后,抽滤,滤饼用去离子水洗涤3-5次后,干燥,得到超支化聚膦酰胺;
其中,4,4'-二氨基二苯甲烷、三乙胺、乙腈和三氯氧磷的乙腈溶液的用量比为0.016-0.02mol:0.033mol:200-220mL:40mL,三氯氧磷的乙腈溶液浓度为0.275mol/L,以4,4'-二氨基二苯甲烷为A2型单体,三氯氧磷为B3型单体,反应之后得到超支化聚膦酰胺;
步骤A2、将超支化聚膦酰胺、甲苯和氟碳封端剂混合,40℃下磁力搅拌反应4-6h,反应结束后,减压蒸馏去除甲苯,得到聚膦酰胺配体,其中,超支化聚膦酰胺、甲苯和氟碳封端剂的用量比为10g:100mL:0.1-0.2g;利用超支化聚膦酰胺中的(-NH2、-NH)与氟碳封端剂中的-NCO反应,使超支化聚膦酰胺分子内接枝F-C链。
进一步地,氟碳封端剂由以下步骤制成:
步骤B1、将对氨基苯甲酸、乙酸乙酯和六氟异丙醇加入四口烧瓶中,再加入对甲苯磺酸和甲苯,开启搅拌,升温至110-115℃反应4-6h,反应结束后冷却至室温,加入浓度0.1mol/L的碳酸氢钠溶液洗涤后分液,有机层用无水氯化钙进行干燥后,减压蒸馏去除甲苯,得到中间体1;
其中,4-氨基苯甲酸、乙酸乙酯、六氟异丙醇和甲苯的用量比为0.05mol:20-30ml:0.05mol:160-170mL,对甲苯磺酸用量为4-氨基苯甲酸和六氟异丙醇质量和的2%,在对甲苯磺酸的催化作用下,使对氨基苯甲酸的-COOH与六氟异丙醇的-OH反应形成酯基,得到含有端氨基、F-C链的中间体1;
步骤B2、将氯苯加入反应釜中,通入三光气,搅拌20-30min后加入中间体1,升温至回流反应2-4h,继续通入三光气,至三光气与中间体1的摩尔比达到6:1,反应结束,在温度为80-85℃的条件下,通入氮气去除三光气和氯化氢气体,冷却至室温后,减压蒸馏去除氯苯,得到氟碳封端剂,氯苯和中间体1的用量比为130-150mL:0.05mol,以三光气和中间体1为原料,使中间体1的氨基转化为异氰酸酯基,得到氟碳封端剂。
一种催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂,由上述制备方法得到。
本发明的有益效果:
基于现有聚双环戊二烯制备用双组份催化剂对水、氧气敏感等稳定,本发明通过改变配体结构以及亲疏性来提高其稳定性,首先制备出F-C链封端具有超支化结构的聚膦酰胺配体,并利用该配体进一步与过渡金属氯化物配合,制备出聚膦酰胺金属配合物,该配合物能高效催化双环戊二烯聚合生成聚双环戊二烯,相对于小分子配体,该大分子聚膦酰胺配体,含多个(NP)n配位单元,具有较高的支化度,分子内存在空腔结构,金属粒子容易进入空腔内部,使金属离子分散更加均匀,生成的金属配合物催化剂稳定性好,且在催化双环戊二烯聚合后能更好地与聚双环戊二烯基体相容,不易析出,更为突出的是,经过F-C链封端后聚膦酰胺配体在过渡金属氯化物表面形成憎水亲酯相,将金属离子完全屏蔽,使水分子、氧气不能有效接近金属离子,降低催化剂对水、氧的敏感性,且双环戊二烯可以穿过憎水相与金属离子配位,顺利进行聚合反应,因此,本发明制备的聚膦酰胺金属配合物催化剂稳定性更高,更适用于聚双环戊二烯的生产与制备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种氟碳封端剂,由以下步骤制成:
步骤B1、将0.05mol对氨基苯甲酸、20ml乙酸乙酯和0.05mol六氟异丙醇加入四口烧瓶中,再加入对甲苯磺酸和160mL甲苯,开启搅拌,升温至110℃反应4h,冷却至室温,加入浓度0.1mol/L的碳酸氢钠溶液洗涤后分液,有机层用无水氯化钙进行干燥后,减压蒸馏去除甲苯,得到中间体1,对甲苯磺酸用量为4-氨基苯甲酸和六氟异丙醇质量和的2%;
步骤B2、将氯苯加入反应釜中,通入三光气,搅拌20min后加入中间体1,升温至回流反应2h后,继续通入三光气,至三光气与中间体1的摩尔比达到6:1,反应结束,在温度为80℃的条件下,通入氮气去除三光气和氯化氢气体,冷却至室温后,减压蒸馏去除氯苯,得到氟碳封端剂,氯苯和中间体1的用量比为130mL:0.05mol。
实施例2
本实施例提供一种氟碳封端剂,由以下步骤制成:
步骤B1、将0.05mol对氨基苯甲酸、30ml乙酸乙酯和0.05mol六氟异丙醇加入四口烧瓶中,再加入对甲苯磺酸和170mL甲苯,开启搅拌,升温至115℃反应6h,反应结束后冷却至室温,加入浓度0.1mol/L的碳酸氢钠溶液洗涤后分液,有机层用无水氯化钙进行干燥后,减压蒸馏去除甲苯,得到中间体1,对甲苯磺酸用量为4-氨基苯甲酸和六氟异丙醇质量和的2%;
步骤B2、将氯苯加入反应釜中,通入三光气,搅拌30min后加入中间体1,升温至回流反应4h后,继续通入三光气,至三光气与中间体1的摩尔比达到6:1,反应结束,在温度为85℃的条件下,通入氮气去除三光气和氯化氢气体,冷却至室温后,减压蒸馏去除氯苯,得到氟碳封端剂,氯苯和中间体1的用量比为150mL:0.05mol。
实施例3
本实施例提供一种聚膦酰胺配体,由以下步骤制成:
步骤A1、将0.016mol 4,4'-二氨基二苯甲烷、0.033mol三乙胺和200mL乙腈混合,通入氮气并控制温度0℃,滴加40mL三氯氧磷的乙腈溶液,滴加结束后搅拌反应1h,然后升温至回流反应24h,反应结束后,抽滤,滤饼用去离子水洗涤3次后,干燥,得到超支化聚膦酰胺,三氯氧磷的乙腈溶液浓度为0.275mol/L;
步骤A2、将10g超支化聚膦酰胺、100mL甲苯和0.1g实施例1的氟碳封端剂混合,40℃下磁力搅拌反应4h,反应结束后,减压蒸馏去除甲苯,得到聚膦酰胺配体。
实施例4
本实施例提供一种聚膦酰胺配体,由以下步骤制成:
步骤A1、将0.02mol 4,4'-二氨基二苯甲烷、0.033mol三乙胺和220mL乙腈混合,通入氮气并控制温度5℃,滴加40mL三氯氧磷的乙腈溶液,滴加结束后搅拌反应1h,然后升温至回流反应24h,反应结束后,抽滤,滤饼用去离子水洗涤5次后,干燥,得到超支化聚膦酰胺,三氯氧磷的乙腈溶液浓度为0.275mol/L;
步骤A2、将10g超支化聚膦酰胺、100mL甲苯和0.2g实施例2的氟碳封端剂混合,40℃下磁力搅拌反应6h,反应结束后,减压蒸馏去除甲苯,得到聚膦酰胺配体。
对比例1
本对比例提供一种聚膦酰胺配体,由以下步骤制成:
将0.02mol 4,4'-二氨基二苯甲烷、0.033mol三乙胺和220mL四氢呋喃混合,通入氮气并控制温度5℃,滴加40mL苯基磷酰二氯的四氢呋喃溶液,滴加结束后搅拌反应1h,然后升温至回流反应24h,反应结束后,抽滤,滤饼用去离子水洗涤5次后,干燥,得到聚膦酰胺配体,苯基磷酰二氯的四氢呋喃溶液浓度为0.275mol/L。
对比例2
本对比例提供一种聚膦酰胺配体,由以下步骤制成:
步骤A1、将0.02mol 4,4'-二氨基二苯甲烷、0.033mol三乙胺和220mL乙腈混合,通入氮气并控制温度5℃,滴加40mL三氯氧磷的乙腈溶液,滴加结束后搅拌反应1h,然后升温至回流反应24h,反应结束后,抽滤,滤饼用去离子水洗涤5次后,干燥,得到聚膦酰胺配体,三氯氧磷的乙腈溶液浓度为0.275mol/L。
实施例5
一种催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,步骤如下:
氮气保护下,将实施例3聚膦酰胺配体加入甲苯中,室温下、磁力搅拌20min后,缓慢加入四氯化钨,搅拌反应5h,得到催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂,甲苯用量为聚膦酰胺配体质量的8倍,四氯化钨用量为聚膦酰胺配体质量的30%。
实施例6
一种催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,步骤如下:氮气保护下,将实施例4聚膦酰胺配体加入甲苯中,室温下、磁力搅拌25min后,缓慢加入四氯化钼,搅拌反应7h,得到催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂,甲苯用量为聚膦酰胺配体质量的10倍,四氯化钼用量为聚膦酰胺配体质量的35%。
实施例7
一种催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,步骤如下:
氮气保护下,将实施例3聚膦酰胺配体加入甲苯中,室温下、磁力搅拌30min后,缓慢加入金属氯化物,搅拌反应8h,得到催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂,甲苯用量为聚膦酰胺配体质量的11倍,金属氯化物用量为聚膦酰胺配体质量的40%。
所述金属氯化物选自四氯化钨和五氯化钼按照质量比1:1混合。
对比例3
将实施例5中的聚膦酰胺配体替换成对比例1中物质,其余原料及制备过程同实施例5。
对比例4
将实施例5中的聚膦酰胺配体替换成对比例2中物质,其余原料及制备过程同实施例6。
(一)将实施例5-7和对比例3-4所制备的催化剂进行测试,具体过程如下:
第一步、氮气保护下,分别将各组催化剂、DCPD按照体积比1:5混合,得到组分A;
第二步、氮气保护下,将DCPD、三乙基铝、乙二醇二丁基醚按照体积比100:15:2混合均匀,得到组分B;
第三步、将组分A和组分B按照质量比1:2混合,搅拌均匀后注入模具(模具温度70℃)中,25min后打开模具,得到聚双环戊二烯材料。
(二)将实施例5-7和对比例3-4所制备的催化剂置于空气(相对湿度30%、氧气含量21%)中静置6h,燃烧参照(一)中第一步、第二步、第三步制备聚双环戊二烯。
将各组催化剂催化所得聚双环戊二烯材料参照GB/T 1040-2006和GB/T 1843-2008剪裁成测试养料,测试拉伸强度和冲击强度,测试结果如表1所示:
表1
由表1可以看出,实施例5-7所得到催化剂制备的聚双环戊二烯不仅具有更高的拉伸强度和冲击强度,并且相比于对比例1-2,在空气中静置6h后,催化效率稳定,制备的聚双环戊二烯力学性能更优,因此,本发明制备的催化剂不仅具有较高的催化效率,还对水和氧气的敏感性低。
在说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
氮气保护下,将聚膦酰胺配体加入甲苯中,室温下磁力搅拌后,加入金属氯化物,搅拌反应5-8h,得到催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂;
所述聚膦酰胺配体由以下步骤制成:
步骤A1、将4,4'-二氨基二苯甲烷、三乙胺和乙腈混合,通入氮气并控制温度0-5℃,滴加三氯氧磷的乙腈溶液,滴加结束后搅拌反应1h,回流反应24h,抽滤,滤饼洗涤、干燥,得到超支化聚膦酰胺;
步骤A2、将超支化聚膦酰胺、甲苯和氟碳封端剂混合,40℃下磁力搅拌反应4-6h,减压蒸馏,得到聚膦酰胺配体。
2.根据权利要求1所述的催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于,甲苯用量为聚膦酰胺配体质量的8-11倍,金属氯化物用量为聚膦酰胺配体质量的30-40%。
3.根据权利要求1所述的催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于,金属氯化物选自四氯化钨、五氯化钨、六氯化钨、五氯化钼和四氯化钼中的一种或多种按照任意比例混合。
4.根据权利要求1所述的催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于,步骤A1中4,4'-二氨基二苯甲烷、三乙胺、乙腈和三氯氧磷的乙腈溶液的用量比为0.016-0.02mol:0.033mol:200-220mL:40mL,三氯氧磷的乙腈溶液浓度为0.275mol/L。
5.根据权利要求1所述的催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于,步骤A2中超支化聚膦酰胺、甲苯和氟碳封端剂的用量比为10g:100mL:0.1-0.2g。
6.根据权利要求1所述的催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于,氟碳封端剂由以下步骤制成:
步骤B1、将对氨基苯甲酸、乙酸乙酯和六氟异丙醇混合,加入对甲苯磺酸和甲苯,搅拌下升温至110-115℃,反应4-6h,得到中间体1;
步骤B2、将氯苯加入反应釜中,通入三光气,搅拌后加入中间体1,升温至回流反应2-4h,继续通入三光气,至三光气与中间体1的摩尔比达到6:1,反应结束,在温度为80-85℃的条件下,通入氮气去除三光气和氯化氢气体,冷却至室温后,减压蒸馏去除氯苯,得到氟碳封端剂。
7.根据权利要求6所述的催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于,步骤B1中对甲苯磺酸用量为4-氨基苯甲酸和六氟异丙醇质量和的2%。
8.催化聚合的聚膦酰胺金属配合物催化剂,其特征在于,由权利要求1-7任一项所述制备方法制成。
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