原位聚合制备聚乙烯多相材料的微结构调控

聚合物多相材料的制备作为丰富材料品种，扩展材料用途的重要手段受到了广泛地关注和深入地研究。传统的熔融共混法制备聚合物多相材料时，一般需要加入增容剂来改善各相之间的相容性，从而使多相材料的性能达到预期的目标。但是由于增容剂本身也存在分散状态的问题，所以它的加入对多相材料的性能的影响比较复杂。因此，本论文致力于用原位共聚接枝的方法和粒子破碎的方法解决多相材料的界面结合和相分散问题。首先，采用对分散相进行共聚功能化改性的方法，使分散相与乙烯共聚，聚合过程中原位生成聚乙烯接枝物，这种聚乙烯接枝物能起到增容两相的作用，提高两相界面的粘结性，将这种方法应用到有机聚苯乙烯粒子和无机磁性钴粒子体系中，并分别进行了详细的研究；其次，通过聚苯乙烯载体的结构设计，使聚苯乙烯载体催化剂具有较高并且可控的活性，在较高的活性下，聚苯乙烯载体可以破碎，破碎后的聚苯乙烯均匀地分散到乙烯聚合产物中，并且碎片达到纳米级，用这种方法可以改善多相材料的相分散。 本论文的主要工作和研究结果总结如下： 1、采用悬浮聚合制备了交联聚苯乙烯粒子（c-PS），并且在聚苯乙烯粒子的表面引入了双键；c-PS粒子在乙烯填充聚合时，可以与乙烯共聚，从而制备了表面接枝聚乙烯的聚苯乙烯微球（PS-g-PE）；PS-g-PE微球上的聚乙烯的结晶温度与纯聚乙烯的结晶温度相比提高了6℃，说明聚乙烯与聚苯乙烯间的化学连接促进了PE的结晶；PS-g-PE与PE共混后，聚苯乙烯粒子与聚乙烯基体间的界面粘结增强。 2、采用乳液聚合制备了共聚型和不可共聚型交联聚苯乙烯乳胶粒子；将两种聚苯乙烯粒子用于乙烯填充聚合制备了聚苯乙烯/聚乙烯纳米共混材料，结果发现，共聚型聚苯乙烯/聚乙烯的断面上，两相间的界面模糊，并且拉伸断面上也没有不可共聚聚苯乙烯体系中由于拉应力作用而产生的空穴，超薄切片的透射电镜结果同样说明了可共聚型聚苯乙烯体系中界面粘结性的提高；当共聚型聚苯乙烯乳胶粒子的填充量较大（20 wt%）时，聚乙烯共混材料的凝胶含量比较高，说明有更多的共聚型聚苯乙烯在聚乙烯中充当交联点。总之，共聚型聚苯乙烯的填充量在非常少时（0.1 wt%）就能达到很好的改性效果。 3、采用阴离子共聚制备了两亲性的聚苯乙烯-b-聚-2-乙烯基吡啶嵌段共聚物（PS-b-P2VP）和聚4-（3-丁烯基）苯乙烯-聚苯乙烯-聚2乙烯基吡啶的三嵌段共聚物（PBSt-b-PS-b-P2VP）；两个嵌段共聚物在甲苯中均能自组装形成以PVP为核、PS为壳的胶束；Co2(CO)8在PS-b-PVP和PBSt-b-PS-b-P2VP甲苯胶束中热分解得到了由胶束稳定分散的Co磁流体；无水无氧的钴磁流体与乙烯填充聚合后得到了磁性聚乙烯纳米复合材料；钴纳米粒子在聚乙烯中稳定分散，不会发生聚集；PBSt-b-PS-b-P2VP与乙烯共聚后，纳米粒子与聚乙烯基体的相容性进一步提高，从而解决了金属纳米粒子在聚合物中的分散以及界面增强的问题。 4、采用悬浮聚合制备了三种溶胀能力不同的聚苯乙烯交联粒子，研究了溶胀时间对聚苯乙烯载体溶胀程度的影响，以及溶胀程度对乙烯聚合和产物聚乙烯形态的影响；实验结果发现溶胀程度较大、溶胀能力较强的聚苯乙烯载体的负载量和活性都较高；通过提高载体的溶胀程度可以增加催化剂对乙烯聚合的催化活性，最终使载体充分破碎分散到乙烯聚合产物中，原位形成纳米级聚乙烯共混物；乙烯聚合的动力学研究表明载体的破碎是一个由外向内逐步发生的过程；适当的活性可以控制载体破碎的速度，从而得到颗粒形态较好的聚乙烯产物。