高长径比无机纳米粒子/有机成核剂对聚烯烃加工制品的协同成核效应及性能调控

拟将高长径比的无机纳米粒子和有机成核剂复配在一起，作为复合成核剂来改善聚烯烃的结晶性能。主要内容包括：(1) 高长径比纳米粒子和有机成核剂的协同成核效应的可行性评价；(2) 复合成核剂对聚烯烃加工制品微观形态结构与宏观性能的调控；(3) 无机纳米粒子和有机成核剂协同改性聚烯烃结晶行为的作用机理；(4) 受限条件下聚烯烃的异相诱导结晶过程的相分离、相转变行为。主要目标是通过无机纳米粒子与有机成核剂协同改性聚烯烃的结晶性能、调控聚烯烃制品形态结构与最终性能，使得聚烯烃制品具有优异的综合性能及一些独特新性能，拓展成核改性聚烯烃料的应用范围, 同时还可提高现有成核剂产品的利用效率，为缓解我国现阶段自主生产的成核剂产量不足的矛盾提供一条切实可行的解决方案。在理论研究方面，对三元复杂体系的结晶行为作系统、深入研究，将拓展和加深人们对聚合物异相结晶行为的认识，完善和发展聚合物结晶理论。

本项目针对多个结晶聚合物/成核剂/无机填料体系，研究两种具有成核作用的组分（两种性质差别较大的成核剂或无机填料）添加入结晶性聚合物后对结晶速率、结晶度、结晶结构/形貌、结晶过程的相态转变，监测复杂的多步结晶过程，理解协同成核作用机理，认识对结构与性能关系的影响，并最终实现结晶性聚合物的性能优化。. 对比发现复合成核剂体系比单组分成核剂更易于提高聚合物结晶性能,发生了所谓的协同成核效应，使得结晶结构、形貌更利于调控。而将有机小分子与尺度相对较大的无机粒子发生一定相互作用，负载到其表面，协同成核效果比不负载的情况要更加明显。系统研究了无机填料尺寸、形状、复合成核体系组分比等因素对协同成核效应的影响。除了协同成核效应，当无机填料与有机成核剂分别诱导生成不同的晶型，对晶体组分而言就具有竞争作用。特别是无机填料为纳米级尺度，如碳纳米管，此时聚丙烯/MWCNT/WBG复合体系中alpha结晶与beta结晶间的竞争就表现得尤为明显。对复合成核体系促进结晶行为的机理研究发现，片状的纳米粘土与具有类固态结构的有机DBS能共同组成受限作用很强的复合网络结构，除了表面诱导异相成核以外，受限作用能够使得分子链更易于进行有序排列是发生协同成核现象的另一个重要原因；而对于PET/EG/PEG体系，EG作为异相成核剂，而PEG能提高PET分子链活动性，两种作用的共同结果是使得数量众多的旁氏构象链容易转变为反式构象链，从而促进了PET结晶。将对基本规律和本质机理的认识应用到调控加工制品的结晶结构-性能，为最终实现高性能化打下基础。总之，通过开展本项目，从认识/总结现象规律，到探索本质机理，再到指导进行结构-性能调控，对结晶聚合物/无机粒子/有机成核剂构建了相对完整的研究体系，较好完成了原计划书中的既定研究目标。