中国科大陈昶乐教授系统评述：官能团化聚烯烃：新催化剂、新聚合调控手段、新材料
近50年来，烯烃聚合的研究在学术界以及工业界都取得了巨大的成功。聚烯烃年产量巨大、用途广泛，但是其最大的缺点之一是其非极性的特点。在聚烯烃中引入少量的极性官能团可以极大地改善其性质、拓宽其使用范围、提高其商业价值。通过过渡金属催化剂来实现烯烃与极性单体的共聚反应是合成官能团化聚烯烃材料最直接的途径。然而，目前已知的高性能的烯烃聚合催化剂数不胜数，但是其中能够实现烯烃与极性单体共聚反应的催化剂体系非常有限。而能够在温和条件且不添加助催化剂的情况下解决这一极性单体问题的体系更是屈指可数。并且，这些已知催化剂体系的性能远远达不到工业应用的需要。 因此，发展新型、高性能的催化剂就成为一个亟待解决的问题，这也是“极性单体问题”能否实现工业化的一个核心难点。
2013年，陈昶乐教授回到中国科学技术大学从事独立的科研工作，主要针对“极性单体问题”这一具有挑战性的课题。五年内，他们发展了全新的催化剂体系，同时，也有目的、有针对性地发展了新型的调控手段，用于调节烯烃与极性单体的共聚反应过程。在发展新催化剂、新调控手段的基础上，他们同样成功地实现了乙烯与一系列不同极性单体的共聚反应，制备了一系列结构可控、性能优良的新型聚烯烃材料，并且详细研究了这些材料的性质。
上述成果已经发表在《高分子学报》2018年第11期（doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18155），题为“官能团化聚烯烃：新催化剂、新聚合调控手段、新材料”。此专论主要围绕以下这4个方面论述了陈昶乐教授课题组近几年来的工作进展：(1) 通过理性分析催化体系存在的问题来进行催化剂的设计，改进了已知的一系列催化剂体系；(2) 提出了新的催化剂设计理念并且发展了全新的催化体系；(3) 通过配体-金属次级配位调控，配体-底物效应调控和氧化还原调控的引入为烯烃聚合领域注入了新的思路；(4) 在上述研究的基础上，还合成了一系列具有独特微结构以及性能优异的聚烯烃和官能团化聚烯烃材料，这些材料具有很好的力学性能、表面性能和加工性能等。
围绕这几个方面，这一领域仍然存在着很多关键的、尚未解决的问题，同时挑战与机遇并存。(1) 目前已知的催化剂体系在催化烯烃与极性单体共聚过程中的性质(活性、共聚物分子量、共聚单体插入比)仍然无法满足工业生产的需要；(2) 目前针对“极性单体”这一科学问题所设计的调控手段还非常有限，并且其调控效果还有待提高；(3) 催化剂、调控手段的研究必须转化为聚烯烃材料的高效制备以及性质的研究。对官能团化聚烯烃宏观性质上的研究有助于学术界尤其是工业界了解这一类新材料的独特性质，为它们可能的工业化研究奠定了基础。
最后，专论进行了详细的总结与展望。聚烯烃领域的发展离不开新型催化剂的发展，催化剂依然是这一领域的灵魂。该课题组仍然会围绕“极性单体”这一极具挑战性的核心科学问题，致力于新型催化剂的创制、新型聚合调控手段的设计以及官能团化聚烯烃材料的制备等方面的研究。在这个过程中，他们希望能绕开盲目的“试错法”，有针对性地提出问题，解决问题，并提出、研究一些具有普适性的新型调控手段。除了基础研究，他们也特别希望特种的聚烯烃材料，如热塑性弹性体以及官能团化聚烯烃材料，能在工业上得到关注，并且进一步研究其工业应用的可行性。距齐格勒和纳塔获得诺贝尔奖已经50多年，所以烯烃聚合是一个相对比较古老的研究领域。但是由于聚烯烃巨大的年产量以及非常广泛的应用，其相关的研究仍然是非常重要、有价值的。
该专论得到了国家自然科学基金(基金号 21690071)的资助。
论文链接：
http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2018/11/PDF/gfzxb20180155chenchangle.pdf
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