原位构筑超分子微纳结构调控长支链聚丙烯发泡机理研究

The preparation of long chain branching polypropylene (LCBPP) with high melt strength, high melt flow rate and high bubble nucleation efficiency and its supercritical carbon dioxide foaming behavior has become a research focus in the field of polypropylene (PP) foam. In this project, the preparation of LCBPP by combining reactive extrusion and in situ self-assembly supramolecular micro-nano structure is proposed to synergistic regulate the foamability of PP. On one hand, a few LCB structure will be introduced onto PP backbones by reactive extrusion to greatly improve the melt strength, without significantly effect on the melt flow processing performance. On the other hand, the supramolecular micro-nano structure formed by in situ self-assembly in PP melts is used to aid the improvement of the melt strength of LCBPP and increase cell nucleation efficiency of LCBPP. This project aims to build up structure-function relationship between the construction mode of the supramolecular micro-nano structures and supercritical carbon dioxide formability of LCBPP, and elucidate the mechanism of supramolecular micro-nano structure affecting the melt strength of LCBPP and the cell nucleation efficiency of LCBPP in supercritical carbon dioxide foaming process. The completed of the project will provide a new way for design and preparation of high performance PP foam materials.

兼顾熔体强度和熔体流动速率，且具有高泡孔成核效率的长支链聚丙烯(LCBPP)的设计制备及其超临界二氧化碳发泡行为是当前聚丙烯(PP)发泡领域的研究重点和热点。本项目拟结合反应挤出及原位构筑超分子微纳结构，一方面通过反应挤出引入少量长支链结构，兼顾LCBPP的熔体强度和熔体加工流动性能；另一方面，从分子自组装的角度出发，通过有机小分子在LCBPP熔体中原位构筑超分子微纳结构，辅助提高LCBPP的熔体强度并促进泡孔成核，二者协同调控LCBPP泡沫材料的宏观性能。本项目旨在建立超分子微纳结构的构筑方式和LCBPP超临界二氧化碳发泡性能之间的构-效关系，阐明超分子微纳结构辅助调控LCBPP熔体强度及诱导LCBPP超临界二氧化碳发泡过程中的泡孔成核机理，期望为高性能PP泡沫材料的设计制备提供新思路。

本项目旨在设计制备兼顾熔体强度和熔体流动速率，且具有高泡孔成核效率的长支链聚丙烯，并探索其超临界二氧化碳发泡行为机理。首先以过氧化物为引发剂，苯乙烯为接枝单体，同时引入不同结构的山梨醇缩醛有机小分子，经反应挤出制备了兼顾熔体强度和熔体流动速率，且具有高泡孔成核效率的原位构筑超分子微纳结构的长支链聚丙烯。其次，考察了山梨醇缩醛有机小分子在聚丙烯熔体中的构筑方式，及其与聚丙烯大分子之间相互作用关系，实现了基于超分子自组装的聚丙烯熔体强度的有效调控。结果表明山梨醇缩醛分子上苄叉基团和羟基数目对其在聚丙烯中的溶解性影响较大，随着苄叉基团的增加，羟基数目的减少，山梨醇缩醛在聚丙烯中的溶解性增加。山梨醇缩醛在聚丙烯结晶前在聚丙烯熔体中自组装成微纳纤维状结构。通过二维红外研究了聚丙烯结晶诱导期内基团振动的变化规律，揭示了聚丙烯大分子上的甲基和山梨醇缩醛的苯亚甲基基团之间存在分子间作用。最后，在此基础上，研究了原位构筑超分子微纳结构的长支链聚丙烯的超临界二氧化碳发泡性能，掌握了长支链结构和超分子微纳结构共同调控聚丙烯发泡性能的技术手段，并提出了超分子微纳结构诱导长支链聚丙烯超临界发泡过程中泡孔成核的机制。以上研究成果不仅丰富了聚丙烯发泡的理论体系，同时对于高性能高熔体强度聚丙烯的制备以及发泡设备和工艺设计提供了理论指导。在本项目研究期间，发表相关SCI收录论文7篇；授权发明专利1项；在国际会议上做报告1次。基本完成预期目标。