新型聚丙烯釜内合金相结构及结晶行为的研究

釜内合金技术是目前国际上最先进的聚丙烯增韧改性技术，它巧妙地利用聚丙烯粒子本身作为微反应器，在其内部进行多种烯烃单体的共聚反应，直接得到聚合物合金。聚丙烯釜内合金首次实现了聚丙烯与弹性体的亚微观均匀混合,是一个非常复杂的多相、多组分体系。本项目工作对以新型"单粒子多催化剂釜内合金技术"制备的聚丙烯/(乙烯-α-烯烃共聚物)合金粒子的内部组成和相结构进行深入的研究，致力于理解釜内合金的聚合过程和粒子生长机理。进一步对聚丙烯釜内合金在热处理过程中的相分离行为和结晶行为以及这两种行为的相互作用进行系统的研究，认识釜内合金材料分相和结晶的特点，掌握结晶相与橡胶相在热处理过程中的形态和分布演变规律，探索分相对结晶成核生长的影响。研究釜内合金在相界面处的结构形貌特征，了解各相之间的联系。最终理解聚丙烯釜内合金具有高强高韧性能的机理，实现对聚丙烯釜内合金材料的结构和性能进行调控。

本项目从催化剂制备和聚合工艺出发，结合了Ziegler-Natta和茂金属催化剂各自的优点，通过新型Ziegler-Natta/茂金属球形复合催化剂开创性地在单一聚合釜内一步法合成了不同弹性体含量的聚丙烯釜内合金。我们借助正空间和倒空间的多种研究手段，围绕材料的结构与性能的关系展开系列研究。主要内容包括聚丙烯/丙烯-1-辛烯共聚物釜内合金粒子的形貌结构、生成机理、力学性能、相分离行为、结晶动力学以及分相与结晶的相互关系。与纯聚丙烯相比，釜内合金的性能得到了显著的提高。我们认识了对合金性能产生影响的多种因素，特别是通过对合金材料中相分离与结晶两种相变的的相互作用进行的特色研究，发现它们之间的竞争可以在很大程度上影响合金的结构、形貌的演化和发展。通过调节相分离与结晶动力学参数，即可控制材料的宏观性能。通过研究，我们初步建立了釜内合金的结构与性能的关系，为设计和加工新型聚丙烯釜内合金材料提供了有力的理论支持和实验依据。另外，我们在研究中发现釜内合金中除了聚丙烯和弹性体外，存在大量的过渡组分，即多嵌段共聚物。这些过渡组分的分子链中“硬”“软”段交替排列，且长短不等，分布很宽，在弹性体与聚丙烯之间形成特殊的相界面，可带来不同组分间的性能互补与协同增强效应，可能是导致聚合物釜内合金具有优异性能的关键。新型烯烃嵌段共聚物，其分子结构与釜内合金中的过渡组分极其类似。通过研究烯烃嵌段共聚物的相行为及其与聚丙烯的相互作用帮助深入理解聚丙烯釜内合金中多嵌段共聚物的行为及其对材料结构和性能的影响，希望揭示聚丙烯釜内合金具有高强高韧优异性能的原因，同时也为开发新型高抗冲聚丙烯材料提供重要技术指导。最后，我们进一步验证了“密度涨落诱导结晶成核”理论的适用性和有效性，发展和完善了这一新型高分子结晶成核理论。