反应性梳形聚合物的分子设计及其在反应性共混中的应用

Reactive compatibilization of two immiscible polymer blend components at the nanometer scale is an efficient route to produce high performance materials, which have a synergistic combination of properties that surpasses those of the individual polymer components. Although several types of compatibilizers like block and graft copolymers have been applied in reactive blending, the relationships between the structural parameters of the copolymers and their compatibilization efficiency has been hardly investigated. In this research protocol, we would like to design and synthesize a reactive comb-like polymers by copolymerization of methyl methacrylate (MMA), glycidyl methacrylate (GMA) with poly(methylmethacrylate) macromonomer (MMA-PMMA). The latter was prepared by polymerization of methyl methacrylate in the presence of thioglycolic acid as a transfer agent, followed by reaction with glycidyl methacrylate. We decided to do a systematic research to reveal the influence of structural parameters, such as length of side chains and backbone, side chain density and distribution and fraction of glycidyl unit on the compatibilization efficiency of immiscible polymer blend systems. This protocol will guide us to design and synthesize more effective compatibilizers and to produce new structural and functional materials by reactive blending.

通过反应性增容提高不相容高分子共混材料的相容性是制备高性能聚合物共混 材料的有效途径，但人们对于反应性相容剂分子结构设计的研究还很不充分。本项目首先使 用大分子单体技术，合成甲基丙烯酸甲酯型大分子单体（MMA-PMMA），再将合成的大分子单 体与甲基丙烯酸甲酯（MMA），甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）共聚，从而制备出分子结构可 控（包括支链长度、支链间距、环氧基团含量等）的含反应基团的梳形聚合物。然后用具有 不同分子结构的反应性梳形聚合物作为增容剂，研究其对于不相容高分子聚合物的增容效 果，从而定量的揭示增容剂支链长度、反应性基团密度等分子结构参数对其在反应性共混中 的增容效果。这一研究不但能合成新型高效增容剂，制备高性能高分子共混材料，而且将从 理论上指导反应性增容剂的合成，促进高分子材料反应性共混改性的研究与应用，具有重要 的学术意义和工业应用价值。

相容剂分子的界面稳定性是高分子合金制备中的一个重要基础研究课题。本研究首先合成了一类甲基丙烯酸甲酯型的反应性梳形聚合物，然后考察各种参数，如分子结构，加工条件等对相容剂界面稳定性的影响，同时制备了一系列性能优异的高分子合金材料。主要研究成果如下：（1）比较了反应性梳形和反应性线形分子增容效率的差异，发现梳形聚合物中侧链的存在对提高界面稳定性具有重要的作用；（2）发现通过增加高分子合金材料的界面强度，有利于不对称热收缩产生的内应力在界面附近区域的传导，从而增大两相的自由体积，利于合金材料宏观力学性能的提高；（3）发现梳形聚合物中，侧链长度在5000 g mol-1以上时，可以极大的提高PVDF/PLLA合金材料的韧性，从而实现室温下4倍以上的拉伸比，使PVDF完全转变为压电的β晶型结构；（4）在甲基丙烯酸甲酯型相容剂增容PLLA/ABS体系中，发现临界相容温度（LCST）对相容剂分子的界面稳定性有重要影响，190oC的加工温度下，PMMA型相容剂与ABS发生分相，离开界面进入PLLA相中形成胶束，从而无法起到增容效果；（5）当反应性梳形聚合物的主链变成苯乙烯时，其在PVDF/PLLA体系中，与PLLA分子反应后，形成了一种Janus结构的胶束，也能对该不相容体系起到优异的增容效果。