等规聚丁烯-1中CO2的扩散与诱导晶型转变的耦合作用

等规聚丁烯-1（iPB-1）具有优良的使用性能，但是极慢的晶型转变速率制约了它的实际应用，现有的方法也均不能有效地提高晶型转变速率。申请者所在教科组前期的工作表明CO2能够有效地提高iPB-1晶型转变的速率，但是CO2在iPB-1中的传质影响到晶型转变的过程。本项目针对CO2诱导iPb-1晶型II向I转变为研究对象，采用磁悬浮平衡装置实验研究CO2在iPB-1中的溶解和扩散，建立相应的溶解扩散热力学模型，获得CO2在iPb-1的浓度分布及其与时间的关系；采用高压原位傅立叶变换红外光谱动态实时跟踪不同膜厚iPB-1在CO2环境中的晶型转变过程，获得晶型转变的本征动力学和表观动力学实验数据，并采用修正的Avrami方程建立相应的动力学模型。在传质模型和本征动力学模型的基础上，通过与较厚iPB-1膜片晶型转变表观动力学的比较，建立溶解扩散-晶型转变的动力学模型。

等规聚丁烯-1（iPB-1）是一种性能优异的多晶态结晶聚合物，复杂的晶型转变行为限制了它的应用和发展。本研究应用CO2调控iPB-1晶型结构，提供了一种解决iPB-1复杂晶型转变的新方法，首次对CO2诱导iPB-1晶型转变和结晶进行了系统研究。.采用高压红外光谱仪研究了高压CO2条件下诱导iPB-1膜片晶型II向I转变的本征动力学，观测到转变过程存在三个阶段，并采用Avrami方法进行了拟合。采用高压磁悬浮天平和红外光谱测定了CO2在iPB-1中的溶解扩散行为。构造了一个iPB-1中CO2扩散与其诱导晶型转变耦合的模拟算法，选取不同厚度iPB-1片材和不同CO2压力条件，进行计算，比较了常温常压老化与CO2诱导晶型转变两个不同过程的iPB-1材料拉伸性能的变化，验证了模型算法的可靠性（Polymer 2012, 53, 6102-6111）。.采用高压原位红外光谱定量研究了退火条件下CO2促进iPB-1晶型III向晶型I´转变的动力学，发现晶型III向晶型I´转变可能包括转变初期的瞬间成核和后期的二次随机成核两个过程，绝大多数晶型III通过第一个过程转变为晶型I´（Polymer 2011, 52, 3488-3495）；采用高压差示扫描量热仪和红外光谱研究了升温条件下CO2中iPB-1晶型III转变为II的重结晶行为，首次发现晶型III熔融过程中向晶型II的转变由两个过程组成：“固态-固态”和“熔融-重结晶”转变过程，CO2在iPB-1中的溶解抑制了“固态-固态”转变过程，使通过“熔融-重结晶”过程形成晶型II的相对含量升高（Macromolecules 2011, 44, 4836–4844）。.采用高压差示扫描量热仪和高压原位红外光谱研究了熔融态iPB-1在CO2中的非等温结晶行为，发现iPB-1在0.5-8 MPa CO2中结晶为晶型II，而在10 MPa CO2以上结晶为晶型I´（Polymer 2011, 52 , 5659-5668）。.研究了CO2发泡iPB-1过程中晶型结构的变化，发现发泡过程抑制了熔融态向晶型I´结晶，而是结晶为晶型I。表明利用iPB-1发泡过程中聚合物形变使分子链取向能改变结晶过程，直接从熔融态制得低密度多孔iPB-1晶型I材料（Macromol. Rapid Commun. 2011, 32, 1834−1838）。