研究工作总结

中国科学院工程塑料重点实验室2009年工作总结研究工作总结一、主要研究工作进展1.烯烃聚合催化剂的制备及其在高性能聚烯烃树脂开发中的应用成功实现了用于聚丙烯釜内合金的Ziegler-Natta/茂金属复合催化剂的500克级制备，实现了催化剂的中试聚合研究，获得了性能优良的聚丙烯釜内合金树脂，并与汽车厂合作，试制了保险杠部件，初步评价性能合格，目前正用于装车试验。研究了大量的复合外给电子体对聚丙烯催化剂性能的影响，发现合适的复合外给电子体种类和比例能够以高活性制备出高等规度、高融指的聚丙烯，并将基础研究成果用于燕山石化的30万吨/年聚丙烯装置，成功制备出了高融指、高抗冲聚丙烯，替代了原有牌号，提高了产品性能。围绕过渡金属配合物催化剂设计合成与催化性能评价开展了大量的研究工作，在催化剂基础研究和催化剂实用性开发两个方面皆有较好进展。所建立的氮杂原子有机化合物合成新方法更加完善，其配位化合物合成的多样性更加容易实现修饰和延伸；在催化剂应用上获得突破，燕山石化经过实验室验证，初步确定了我们催化剂体系的优势和潜在商业价值；铁配合物催化剂的开发达到国际先进水平，许多催化剂模型正在逐渐得到国际同行的普遍认可。2.聚合物结构/性能关系研究聚合物动力学与分子流变学相关领域研究取得进展。在对相容性1中国科学院工程塑料重点实验室2009年工作总结共混体系中的组份动力学研究中，发现将少量PVE探测链分散在分子量非常高的PI基体中，可以通过流变测量得到测试链在异相缠结环境中的端区松弛时间；在不相容共混体系受限条件下链动力学研究中，通过流变测量获得测试链在受限体系中的端区松弛时间和链段松弛时间，发现在缠结网络这类弱限制条件下，分散相中的测试链的端区松弛时间和链段松弛时间变长，表现出受限效应。在聚烯烃共混物体系的相分离和结晶动力学相互作用方面，采用流变学方法对其进行研究，获得了不同相分离机制下界面张力的变化规律，发现同时发生的spinodaldecomposition（SD）对结晶成核具有明显的促进作用，提出了“性耗比”的概念，通过计算获得了更为量化的性能提高的数据，可为加工过程中结构性能调控提供指导。通过流变学方法研究了不同聚烯烃材料之间在熔融状态下的界面扩散行为，获得了不同温度下界面扩散系数的变化规律，突出了相分离对扩散运动的明显制约，导致扩散系数在相分离边界温度的非线性变化。系统研究了作为潜在的多功能助剂的离子液体对聚丙烯发泡性能的影响，发现离子液体在不影响聚丙烯的结晶特性、保持其良好力学性能的同时，可大大拓宽聚丙烯的发泡温度范围。针对聚丙烯釜内合金的复杂组成和相态结构，开展了系统研究，阐明了Z－N催化剂催化聚合制备的聚丙烯釜内合金初生粒子具有四级结构，初级结构单元为纳米级的橡胶相包围着纳米级的聚丙烯初级粒子构成。聚丙烯釜内合金的力学性能强烈依赖于合金体系的形态结构：均聚聚乙烯形成连续相，均聚聚丙烯形成分散相，乙丁共聚物形成界2中国科学院工程塑料重点实验室2009年工作总结面相，这种结构可提高聚丙烯和聚乙烯的相容性。借助于超临界流体可提高聚合物溶解度的特性，制备了结晶度高且形态好的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)球形超细颗粒，具有粒径分布窄、形态可控等特点。在严格控制UHMWPE溶解温度和超临界流体降温速率等条件下，可以控制单个球晶生长成为单个超细颗粒，提出了超临界流体中聚合物球晶三维生长的机理。3.聚合物基纳米复合和杂化材料将溶胶-凝胶法与电纺丝技术相结合，制备了PET/TiO2纳米复合纤维、PVDF/TiO2纳米复合纤维、PVA/TiO2纳米复合纤维，实现了在纳米复合纤维中原位生长纳米TiO2粒子。纳米复合纤维具有良好的光催化活性，在循环使用中保持高的光催化活性，具有重要的应用前景。在前期对抗氧剂接枝二氧化硅后对聚丙烯和聚乙烯的抗热氧老化研究工作的基础上，对铁离子掺杂纳米金红石的水热合成进行了研究。初步结果表明，通过掺杂和控制反应参数，可以有效实现纳米金红石的形貌和粒径，得到立方状和棒状的纳米金红石。上述纳米金红石与聚丙烯复合后，可以有效提高聚丙烯的光氧老化稳定性。纳米粒子在原油油输运方面的研究，与中石油管道科技中心合作，在小试上取得进展。研发的纳米粒子对高含量石蜡原油具有非常好的降粘效果和长时稳定效果。该技术具有工业化应用前景，项目产业化后，将为我国高含蜡、高粘原油特别是大庆原油的管道输送工艺带来新的革命，可极大地降低原油输送能耗及运行成本，提高管道输送的安全性。3中国科学院工程塑料重点实验室2009年工作总结4.天然和可降解高分子材料的加工与合成新方法在纤维素离子液体相关的基础研究方面，通过NMR实验研究，提出了纤维素在离子液体中的溶解机理；采用高分辨透射电镜技术研究了纤维素在离子液体中的溶液形态，直接观察到新鲜制备的纤维素溶液中大分子链的聚集结构；发展了一种新型高效的催化手段，合成了全生物降解、可熔融加工的纤维素接枝聚乳酸共聚物。在产业化研究方面，与天鹅化纤集团公司合作进行离子液体纤维素纺丝产业化研究，在纤维素溶液的连续溶解和纺丝方面取得重要进展，显著缩短了工艺时间，而且得到了强力高于现有粘胶纤维的再生纤维素纤维。以非石油资源原料1，2-丙二醇为原料合成了系列高分子量新型可生物降解脂肪族多嵌段共聚酯及脂肪族/芳香族多嵌段共聚酯，该嵌段共聚酯综合性能优异，并且力学性能和降解性能可以在较宽范围内调整，从而满足不同使用要求。通过选择、制备高活性聚合催化剂和合适的聚合工艺，利用廉价的非石油原料碳酸二甲酯和不同结构脂肪族二元醇，采用两步法制备出系列高分子量、低成本可生物降解脂肪族聚碳酸酯，改善了聚乳酸的吹膜性能，所吹塑聚乳酸/聚碳酸酯薄膜的透明性好，拉伸强度较高，极大扩展了生物降解材料在薄膜领域的应用。5.生物医用高分子材料的合成及性质调控围绕生物相容和生物降解高分子材料的功能化以及生物功能评估展开研究，并取得以下进展：（1）在控制药物释放研究方面，利用侧链功能化的新型水溶性高分子以及壳层功能化胶束作为药物释放载4中国科学院工程塑料重点实验室2009年工作总结体，通过核素标记方法观察到不同分子量的高分子在动物体内的生物分布；通过侧链功能化基团及组装行为可以控制载药体系在酸性条件下的快速释放，从而在抗肿瘤药物方面具有重要的应用前景；通过胶束壳层的功能化可以提高载药量并控制释放。（2）在细胞培养研究方面，原位跟踪了高分子材料在培养液中的降解过程对细胞生长的影响，指出了降解导致的高分子材料表面形态和化学结构的变化有利于细胞的生长；观察到高分子材料的表面性质对生物矿化的影响、以及该矿化过程对细胞生长的促进作用。（3）在可控聚合和物性研究方面，采用RAFT聚合方法合成了一系列侧链功能化的水溶性共聚物以及亲水链段功能化的生物降解两亲性共聚物，开展了通过设计功能化的高分子添加剂来改善生物降解高分子材料加工性能的研究工作，通过序列结构及功能化基团的设计可以改善材料的力学性能、结晶形貌以及降解速率。二、发表论著、申请专利本年度共发表学术论文101篇，其中SCI刊物论文91篇，影响因子3.0以上32篇。授权中国发明专利11项，申请中国发明专利27项。三、人才引进和培养情况本年度毕业博士生19人，在读博士生55名、硕士生18名，出站博士后1人。5中国科学院工程塑料重点实验室2009年工作总结四、重大科研进展及获奖何嘉松研究员等完成的项目“聚合物基微米纳米混杂复合材料设计、结构-性能关联与应用研究”获得2008年度北京市科学技术奖二等奖。2人获化学所青年科学奖特别奖，12人获化学所青年科学奖优秀奖；1人获中科纳米奖学金三等奖，5人获宁波大成奖学金三等奖。五、国际、国内合作与交流本年度主办了第4届工程塑料国际学术研讨会（8月23日~26日，大连）。接待了世界各国来访学者17人次。国际、国内会议特邀报告12人次。6