市販の不均一Ziegler-natta触媒を使用した極性化された同種ポリプロピレンの合成

高分子量と高立体性性を持つ極機能化ポリプロピレンの効率的な合成は、挑戦的なタスクを表しています。この課題は、産業的に好まれた不均一なプロセスを追求するとき、さらに困難になります。この研究は、プロピレンとイオンクラスター極性モノマーの共重合における市販の不均一なジーグラーナッタ触媒を使用することにより、これらの目標の実現を実証しました。結果は、高脂質変性活性（〜1.1×107 g mol-1 H-1）、中程度の極モノマー取り込み比（〜4.9 mol％）、高コポリマー分子量（MW> 105 g mol-1）、高立体性（[[MMMM] 〜96％）、および融解温度範囲（150-162°C）。イオンクラスター極モノマーの利用により、熱安定性と触媒の立体選択性が改善されました。さらに、Ziegler-Natta触媒は、高い活性（> 104 g mol-1 H-1）を持つイオンクラスター極モノマーをホモポリメイにすることができます。得られた極機能化された同位体ポリプロピレン（IPP）は、非極性IPPと比較して優れた引張強度、衝撃強度、クリープ抵抗、透明性、および結晶性を示しました。この強化は、イオンクラスター極モノマーユニットの二重の役割に起因し、透明な核形成剤と動的な架橋機能の両方として機能します。さらに、極性機能化IPPは、極材料との互換性の向上を示し、複合材料の用途、混合プラスチック廃棄物のリサイクル、3D印刷、およびその他のフィールドの利点を提供しました。この研究は、共重合を介して極機能化IPPの将来の工業生産のための包括的なソリューションを提供し、合成化学の観点から効率的かつ実用的な共重合プロセスとアプリケーションの観点から材料特性を強化する間のギャップを埋めることができました。

The efficient synthesis of polar-functionalized polypropylenes with high molecular weight and high stereoregularity represents a challenging task. This challenge becomes even more daunting when pursuing an industrially preferred heterogeneous process. This study demonstrated the realization of these goals through the use of commercial heterogeneous Ziegler-Natta catalysts in the copolymerization of propylene with ionic cluster polar monomers. The results revealed high copolymerization activity (∼1.1 × 107 g mol-1 h-1), moderate polar monomer incorporation ratios (∼4.9 mol %), high copolymer molecular weight (Mw > 105 g mol-1), high stereoregularity ([mmmm] ∼ 96%), and high melting temperature range (150-162 °C). The utilization of ionic cluster polar monomers improved the thermal stability as well as stereoselectivity of the catalyst. Moreover, the Ziegler-Natta catalyst can homopolymerize ionic cluster polar monomers with high activities (>104 g mol-1 h-1). The resulting polar-functionalized isotactic polypropylenes (iPP) exhibited superior tensile strength, impact strength, creep resistance, transparency, and crystallinity compared with nonpolar iPP. This enhancement was attributable to the dual roles of the ionic cluster polar monomer unit, serving as both a transparent nucleating agent and a dynamic cross-linking functionality. Furthermore, the polar-functionalized iPP exhibited improved compatibility with polar materials, offering benefits for applications in composites, recycling of mixed plastic wastes, 3D printing, and other fields. This study offered a comprehensive solution for the future industrial production of polar-functionalized iPP via copolymerization, bridging the gap between an efficient and practical copolymerization process from a synthetic chemistry perspective and enhanced material properties from an application perspective.