烯烃聚合中金属化合物间的链转移反应

烯烃聚合过程中, 金属化合物之间快速可逆的链转移反应是一个重要和有用的反应, 它不仅影响催化剂的活性和实现对聚合物分子量的控制, 还可以得到长链烷基金属化合物, 进而通过后续转化得到特种聚烯烃材料, 如官能团化聚烯烃和多嵌段聚烯烃共聚物. 综述了这一方面的主要发展情况.     

给体/受体双揽型共轭聚合物的“协同结晶”

<正>高分子科学中传统聚合物(聚乙烯、聚苯乙烯等)的结晶行为研究历经数十年的积累,聚合物的链拓扑结构及规整性、结晶热力学、相态、结晶成核动力学、晶体生长动力学等物理过程已经形成系统的知识体系。无规共聚物、嵌段共聚物等特殊体系的组装形貌、受限结晶过程也有明确的描述。     

长碳链聚酰胺及其共聚物的拉伸诱导结晶

长碳链聚酰胺(LCPA)作为聚酰胺的特殊品种,较长的亚甲基链和极性酰胺基团使其兼具聚烯烃和聚酰胺的双重特性.在加工或使用过程中,拉伸诱导结晶现象对长碳链聚酰胺及其共聚物的强度和弹性行为具有重要影响,深入认识其在外场下的微观结构响应对该材料的设计及制备具有重要意义.围绕拉伸诱导结晶作用,该专论主要基于本团队2010年以来在长碳链聚酰胺及其共聚物的拉伸诱导结晶工作,并综述了国内外的相关研究,涉及拉伸诱导结晶现象、拉伸诱导结晶的影响因素、拉伸诱导结晶与力学性能的构效关系及拉伸诱导结晶的表征方法等方面.     

基于聚烯烃和聚苯乙烯的梳形(共)聚合物的研究进展

无论从生物大分子还是合成高分子,均表明大分子链拓扑结构对于材料性能具有重要的作用。探索聚合物分子链拓扑结构与材料性能的关系一直是高分子材料科学研究的重要课题。活性/可控聚合技术为特定拓扑结构的分子链(如:梳形聚合物)设计合成提供了有效途径,进而可以方便地调控聚合物的分子结构及其性能。针对梳形聚合物的合成,目前主要采用三种合成策略,分别是"Graft onto"策略、"Graft through"策略和"Graft from"策略。结合作者课题组的工作,本文综述了以聚烯烃和聚苯乙烯为基础的梳形(共)聚合物的可控合成以及结构与性能关系的研究进展,重点阐述了长链支化结构参数(支链长度、支链密度和化学组成)对于聚合物熔体行为、发泡行为和结晶行为的影响规律。     

步进扫描差示扫描量热法研究不同链结构的聚乙烯类聚烯烃热力学特性

采用步进扫描差示扫描量热法研究了几种具有不同链结构的聚乙烯类聚烯烃的热力学性质.结果表明,不同链结构的聚烯烃在热力学平衡熔融态下,其绝对比热容的温度依赖性在实验误差范围内几乎相同;而无论链结构的变化如何,在极低温度下稳定结晶态的热容也非常接近.但在熔融温度范围内,比热容对不同聚烯烃的链结构非常敏感,这是由于在远低于聚烯烃主熔化峰温度范围内,聚乙烯晶体结构中的不同支链的影响.在时间-热流的步进扫描曲线中,具有长支链结构的聚烯烃表现出独特的熔融-再结晶行为,这可能是由于交联点之间较长的受约束链段的运动在熔融过程中得到释放并重排所致.     

带有端烷烃链的超支化聚酯的受限结晶及动态黏弹行为

以三羟甲基丙烷(TMP)为核,二羟甲基丙酸(DMPA)为支化单体,通过熔融缩聚法合成了第3代端羟基脂肪族超支化聚酯,并用十八酸对其进行端基改性,采用广角X射线衍射(WAXD)、示差扫描量热分析(DSC)及红外光谱(FTIR)研究了不同端基改性程度的超支化聚酯的结晶熔融行为及端烷烃链的构象和堆积结构随温度的变化,采用旋转流变仪研究了端烷烃链对脂肪族超支化聚酯熔体动态黏弹行为的影响.结果表明,这类改性超支化聚酯的结晶归因于长链端烷烃的有序排列,改性程度越高,衍射峰强度越大.受限结晶的端烷烃链在升温后并不能完全转变为无序的结构状态,改性超支化聚酯在"熔点"以上仍有部分有序结构存在.超支化聚酯的线性黏弹区随着端基改性程度的增大而逐渐变短,超支化聚酯的弹性逐渐增大,剪切变稀越明显.动态流变测试中所出现的现象与改性超支化聚酯中端烷烃链的受限密切相关.     

聚合物限域和预有序熔体的结晶行为及结构调控

高分子物理领域的挑战性难题之一是调控高分子的结晶行为.高分子结构具有多尺度的特点,且易受到各种本征因素以及加工过程中引入的外场与受限作用的影响.高分子的结晶过程复杂多变,为避免最终产品性能的良莠不齐,促进高分子材料的实际生产和应用,需要建立高分子结构与性能的直接关系并实现对高分子结晶结构的精细化调控.本文以几种典型高分子为例,重点阐述了我们课题组在有关薄膜和纳米孔道构筑的限域空间与分子链预有序熔体对高分子结晶行为的影响、相关结晶结构调控机制以及结构-性能关系等方面的研究工作,阐明了聚合物多层次结构调控领域存在的科学问题,并展望了其未来发展方向.     

聚合物受限结晶的研究进展

随着纳米材料研究的迅速发展,聚合物由于其分子固有的纳米尺度结构,无论作为纳米器件或在模板应用方面都受到广泛瞩目.在微纳领域的应用中,特定受限环境下,结晶聚合物的结晶行为也因此受到广泛关注.本文从均聚物(及无规共聚物)和半晶型嵌段聚合物两方面总结了近年来聚合物受限结晶领域的研究进展.对于均聚物和无规共聚物,人们主要关注其在薄膜、超薄膜条件下的受限结晶性能,关注点为随着膜厚减小而引入的空间效应和界面效应对聚合物结晶性能的影响.而对于半晶型嵌段共聚物受限结晶的研究则多从本体出发,来研究纳米相分离与结晶的竞争过程、纳米相分离区域对于可结晶嵌段结晶生长的几何限制(空间效应)以及嵌段连接点(结晶嵌段的末端)对于结晶嵌段结晶行为的影响.     

结构明确聚烯烃接枝共聚物:合成、结构与性能

实现聚烯烃功能化是制备高性能聚烯烃材料、拓展聚烯烃应用的重要手段,几十年来得到了学术界及工业界的广泛关注。聚烯烃接枝共聚物作为一类重要的功能化聚烯烃,包含聚烯烃链段（PE、PP等）及功能化聚合物链段（PS、PMMA、PEG等）,因而在提高功能单元含量的同时能保持聚烯烃单元优异的结晶、加工性能。结构明确的聚烯烃接枝共聚物,具有结构参数可控、综合性能可调的特点,对于认识聚合物材料结构-性能关系、拓展聚烯烃应用范围具有重要的学术和实际意义。聚烯烃接枝共聚物的合成方法可以分为三种类型：“共聚接枝（graft-through）”、“引出接枝（graft-from）”、“偶联接枝（graft-onto）”。前两种合成方法往往涉及烯烃配位聚合与其他聚合方式的机理转化过程;其中,反应性聚合物中间体作为大分子引发剂、大分子RAFT试剂、大分子单体参与接枝反应,实现接枝共聚物的可控制备。第三种方法思路简单明确,即利用聚烯烃侧基反应性基团与其他聚合物反应性端基之间的高效偶联反应实现接枝共聚物制备。本文从合成、结构及性能三方面较为全面地综述了结构明确聚烯烃接枝共聚物的研究进展,着重讨论了新兴合成方法及相应接枝共聚物的潜在应用。     

聚(丙烯酸-co-甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯)梳状高分子的侧链结晶行为

以不同分子量的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(mPEG1000MA或mPEG2000MA)为大单体,与丙烯酸(AA)、甲基烯丙基磺酸钠(SMAS)等单体通过自由基聚合反应合成了一系列具有不同分子量、不同侧链长度、不同侧链密度的聚(丙烯酸-co-甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯)梳状高分子.用乌氏黏度计测定梳状高分子的特性黏数以表征其分子量大小.采用示差扫描量热法(DSC)测量梳状高分子中甲氧基聚乙二醇(mPEG)侧链的结晶温度和熔点.分析认为,当mPEG1000MA与AA共聚后,处于玻璃态的PAA主链对mPEG侧链的物理限制作用很大程度上影响了mPEG侧链的结晶行为.这种在受限环境中mPEG的结晶温度和结晶熔点均发生明显漂移,低于PEG在本体中的结晶.结晶温度和熔点的偏移受到主链长度、侧链疏密、侧链长度、磺酸侧基含量等诸多分子结构和组成因素的影响.研究结果表明:共聚物中侧链越稀疏,侧链结晶受限作用越明显;mPEG侧链分子量越大,其结晶受到主链的限制作用越弱;在梳状高分子主链上引入磺酸侧基官能团后,侧链的结晶的受限程度增加,并且由于非晶侧链的增多,表现出明显的侧链玻璃化转变.     

苯乙烯-氧乙烯-苯乙烯三嵌段聚合物的受限结晶行为的反气相分析

 采用反气相法研究了苯乙烯 氧乙烯 苯乙烯三嵌段结晶聚合物 (PS PEO PS)的结晶熔融相变 ,测定了PS PEO PS的结晶度、熔点以及熔程 ,探讨了正构烷烃探针分子的碳链长度对测定结果的影响。研究结果表明 :PS PEO PS的微相分离对PEO链段的结晶行为有较大的影响 ,其晶体结构中存在由多种不完善PEO结晶和PS非结晶构成的中间层 ;正构烷烃探针分子的碳链长度对测定PS PEO PS的熔点和熔程无影响 ,但对结晶度测定和PEO结晶熔融相变的检测影响较大 ,所测得PS PEO PS的结晶度随正构烷烃探针分子碳链的增长而降低。     

聚环氧氯丙烷结晶熔化热力学参数测定

<正> 环氧氯丙烷的开环聚合,按照所使用催化体系的特性,聚合物的结晶度可以在很大范围内变动。Vandenberg提出的烷基铝-水催化体系,可制得结晶性的高分子量聚合物。关于聚环氧氯丙烷结晶化过程和结晶的结构已有很多研究。本文采用Flory提出的聚合物结晶在稀释剂存在下熔点降低的理论方程,使用差示扫描量热法,以α-氯萘、甲苯和硝基苯为稀释剂,测定了聚环氧氯丙烷结晶的熔化热力学参数,并与其它聚环氧烷烃的     

基于吸附色谱的分级技术在聚烯烃表征中的应用

聚烯烃树脂具有复杂的化学组成和链结构,液相分级技术是有效识别其精细结构的常用表征手段。相对使用较为广泛的结晶分级技术,高温-温度梯度相互作用色谱技术(HT-TGIC),作为一种最新的分级方法,具有可分析无定形聚烯烃样品的优势,大大拓宽了分级技术在聚烯烃树脂中的应用范围。本文列举了温度梯度相互作用色谱(TGIC)在聚烯烃表征中的典型案列,特别是针对结晶分级技术局限的低结晶度/无定形聚烯烃树脂。基于TGIC与凝胶渗透色谱(GPC)技术的联用分析,揭示了聚烯烃材料链结构的二维信息,为性能优异的新型聚烯烃材料研发与设计提供支撑和指导。     

苯并菲盘状侧链液晶聚合物的大分子工程

盘状液晶聚合物兼具盘状液晶的光电性能和聚合物的柔韧性以及优异的成膜加工性能,有望发展成为新一代先进有机聚合物柔性光电功能材料.本文介绍苯并菲盘状侧链液晶聚合物的研究进展,主要结合我们研究组的工作,重点评述采用受控/活性自由基聚合方法可控合成这类侧链液晶聚合物以及对分子量效应和间隔基长度影响等基本问题的阐明.我们采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合第一次成功实现了分子量窄分布的苯并菲聚丙烯酸酯侧链盘状液晶聚合物的可控制备.首先提出盘单元局部簇集的分立短柱堆积(DCS)模型,合理解释了聚合度20左右出现的显著分子量效应,尤其揭示并提出了盘状侧链液晶聚合物的正耦合效应(PCE)理论,即短间隔基的较强耦合作用更有利于其有序柱状相的形成,与棒状侧链液晶聚合物经典的柔性长间隔基去耦合理论形成鲜明对照,补充了缺失的理论短板.基于这些原则,我们设计合成的丁氧基苯并菲聚丙烯酸酯侧链盘状液晶聚合物,经飞行时间谱(TOF)测试,表现出比文献报道值高1~2个数量级的载流子迁移率.进一步在手性客体分子掺杂诱导组装形成单手性螺旋结构聚合物复合物,以及拓扑受限环状聚合物和嵌段共聚物的受控制备等方面开展了比较系统的大分子工程实践.盘状侧链液晶聚合物的可控制备及其显著不同于棒状液晶聚合物体系的一些基本特征的阐明,为这类重要有机聚合物半导体材料的理性设计与可控合成提供理论指导,也为加速推进其光电器件化应用奠定基础.     

活性正离子聚合及原位制备聚醋酸乙烯酯-g-聚四氢呋喃共聚物/纳米银复合材料

通过将烯丙基溴/高氯酸银引发体系引发四氢呋喃活性正离子开环聚合与"grafting onto"合成方法相结合,原位制备了不同接枝密度和接枝链长度的新型聚醋酸乙烯酯-g-聚四氢呋喃接枝共聚物(PVAc-g-PTHF)及其与纳米银(Ag)的复合材料.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(1H-NMR)和多角度激光光散射-黏度-凝胶渗透色谱仪(MALLS-VIS-GPC)分别表征了该接枝共聚物的化学结构、共聚组成、分子量、分子量分布、接枝支链数目及支化度,采用原子力显微镜(AFM)、示差扫描量热分析(DSC)、偏光显微镜(POM)研究了接枝共聚物中接枝支链数目及支链长度对其微观形态、单端受限链段结晶行为的影响,并探讨了该纳米复合材料的抗菌性能.结果表明:所制备的不同支链数目和支链长度的PVAc-g-PTHF/Ag纳米复合材料,均表现出良好的抗菌性能;接枝共聚物PVAc-g-PTHF的重均分子量可达4.52×10~5,分子分子量较窄(M_w/M_n~1.8),支化因子可达0.19.接枝共聚物PVAc-g-PTHF可形成明显的相分离结构,其微观形态与接枝支链数目有关;相比相同分子量的双端不受限的PTHF链,PVAc-g-PTHF接枝共聚物中单端受限PTHF支链的结晶速率明显降低;在确定接枝支链数目的情况下,随着支链中PTHF链段长度增加,其结晶逐渐增强,结晶熔融温度及熔融焓均稍有增加.     

自增强高性能聚合物的成型工艺同力学性能间相关性研究——1.超高分子量聚乙烯的应力诱导结晶理论和其自增强作用

本文发展了一种高分子量聚合物熔融体的应力诱导结晶结构形态模型,它是由微晶聚集体(以下简称微区)-高分子链组网和缠结网的网络结构组成。基于上述模型,把二种网中的单个链组作为独立的统计单元和形变单元,计算了二种网中单个链组的末端距分布函数,进一步计算了二种网和总网的形变自由能。在此基础上,讨论了诱导结晶结晶机理和自增强聚合物网络自由能的依赖性,并着重地研究了超拉伸高聚物的起始熔点拉伸比间的关系。用超高分子量聚乙烯膜和超取向高密度聚乙烯纤维的起始熔点和拉伸比的实验数据进行处理,得到理论予期的近似直线关系,初步验证了聚合物网应力诱导结晶理论。     

受限状态聚合物熔体的分子动力学模拟

用粗粒化的分子动力学(MD)模拟方法从分子层次研究了受限于粗糙壁内的聚合物熔体的动力学性质. 结果表明, 对于链长较短的受限聚合物熔体体系, 随着膜厚的增加, 体系内部高分子链的松弛时间逐渐减少; 然而对于链长较长的受限体系, 聚合物链的松弛时间随着膜厚的增加先减少后增加. 推测这种由于链长的变化所引起的动力学性质的差异源自受限熔体内聚合物链聚集状态的改变, 并且通过考察交叠参数对这种改变进行了分析. 结果表明, 在膜厚增加的过程中, 决定受限状态高分子长链松弛机理的因素逐渐从受限效应转变成为链间的缠结效应.     

全对位聚芳醚砜醚酮酮的结晶行为研究

以AlCl3/DCE/DMF为溶剂体系,采用低温溶液缩聚合成全对位聚醚砜醚酮酮(p-PESEKK)树脂,研究了端基、分子量及溶剂体系对树脂的溶剂诱导结晶行为的影响.结果表明,在AlCl3/DCE/DMF的良溶剂中制得的p-PESEKK为低结晶度聚合物,由于分子链中四面体结构砜基的影响,树脂熔融后很难再结晶;随脂肪链端基碳原子数的增加,溶剂诱导结晶速度逐渐下降,结晶度降低,与主链结构相同的端基更有利于结晶的形成;高分子量的p-PESEKK端基的比例相对较小,有利于溶剂诱导结晶.     

PVCH-PE-PVCH三嵌段共聚物在超临界CO2中的熔融再结晶行为

本研究组在前期研究中发现, 改变溶剂的挥发速率可以调节体系中PE结晶和PVCH玻璃化之间的竞争, 进而调节PE结晶的受限程度. 超临界二氧化碳(scCO2)是一种非极性溶剂, 其对无定形聚合物(如PS)有很强的溶胀作用, 可显著降低聚合物的玻璃化转变温度, 提高原来被冻结的高分子链的活动能力. PVCH的分子结构与PS相似, 研究结果表明, scCO2对PVCH组分也有很强的溶胀能力, 导致PVCH的玻璃化转变温度降低, 从而可以改变PE嵌段的受限状态. 本文研究了PVCH-PE-PVCH在scCO2中的熔融再结晶行为.     

聚合物/富勒烯共混体系双分子穿插对有机体相异质结太阳能电池性能的影响

有机体相异质结太阳能电池有源层形貌直接影响器件能量转换效率.在聚合物/小分子共混体系中,当小分子尺寸小于聚合物侧链间距时,且与聚合物相互作用能形成基态-电荷转移态复合物时能够形成双分子穿插结构.双分子穿插结构改变了共混体系的薄膜形貌,不利于器件的光电转换过程.本文从双分子穿插结构形成过程入手,论述了双分子穿插行为对共混体系结晶行为及相分离行为的影响,以及对器件光电转换过程中激子扩散与分离及载流子传输等物理过程的影响;详细阐述了现阶段抑制双分子穿插行为的化学、物理方面的主要方法及相关原理.同时,我们进一步提出了该领域尚待解决的问题并对其发展前景进行了展望.