通过锌增强茂金属催化制备的高性能聚乙烯蜡：对分子量调控机制的深入理解

《Macromolecular Reaction Engineering》：Advanced Polyethylene Wax via Zinc-Enhanced Metallocene Catalysis: Insights Into Molecular Weight Regulation Mechanisms

高端聚乙烯蜡（PE-WAX）通过乙烯聚合制备，其分子量和微观结构调控是研究重点。本文系统评估8种结构不同的茂金属催化剂，筛选出M3、M4、M8三种高效体系。结合实验与密度泛函理论（DFT）研究，揭示ZnEt2链转移机制：M8因电子-立体协同效应（HOMO-Catalyst-LUMO-ZnEt2间隙ΔE=0.094 eV，Zr-C键长2.30 ?，Zn-C距离4.84 ?）实现最佳链转移效率，调控Zn/Zr比率、催化剂负载量、温度和压力可优化分子量（7.8×103–2.26×10? g/mol）和支化密度（1.3–9.1/1000C）。DFT计算表明协同电子效应和空间可及性降低动力学屏障，确立M8为可调PE-WAX生产的最佳催化剂。

　　

摘要

通过乙烯聚合合成的高端聚乙烯蜡（PE-WAX）因其优异的物理化学性能而需求日益增加。利用茂金属催化剂精确调控分子量和微观结构仍是研究的重点。本文系统评估了八种结构不同的茂金属催化剂，并根据结构-活性关系选出了三种最佳体系（M3、M4、M8）。通过综合实验和密度泛函理论（DFT）研究，探讨了锌介导的链转移机制及工艺优化因素（Zn/Zr比例、催化剂负载量、温度、压力）。ZnEt₂的加入能有效将分子量控制在PE-WAX范围内（1000–10,000 g/mol），同时揭示了催化剂对反应的敏感性：M8表现出卓越的锌响应性，这归因于其最佳的电子-空间协同效应（HOMO(Catalyst)–LUMO(ZnEt₂)能隙ΔE = 0.094 eV，Zr-C键最长为2.30 ?，Zn-C距离最短为4.84 ?），从而实现了高效的链转移。压力对分子量（M8：7.8 × 10³–2.26 × 10⁴ g/mol）和支化密度（1.3–9.1/1000C）有显著影响。DFT计算表明，降低的动力学障碍源于电子效应和空间可及性的协同作用，这使得M8成为生产可调聚乙烯蜡的首选催化剂。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。