聚合物反应共混中的界面反应动力学与形态结构演变研究

多尺度空间结构的耦合以及多时间尺度动力学过程的竞争是聚合物反应共混中的核心问题，是打破反应共混"黑箱"过程的关键问题。本项目将针对此问题展开以下研究：1.通过在线/离线的实验方法，研究流场中物质输运、界面相形态演变动力学之间的关系，及其对界面反应动力学的影响；2.建立表征共聚物在反应共混成为中定量分布的方法；3.建立多组分相场模型，通过数值模拟研究流场中界面反应对相形态演变的影响。通过这些研究，建立非平衡态下高分子界面反应动力学模型，扩展流变化学理论，为反应共混中控制材料多尺度结构奠定理论基础。

反应共混是一种常用的增容聚合物的方法，被广泛应用于制备各种聚合物合金材料。在反应共混中，界面反应动力学、界面反应机理、相形态演变机理以及流场的作用是长期以来未充分理解的基本科学问题。针对这些关键科学问题，本项目在静态界面反应动力学、剪切流场对界面反应动力学的影响、流场对界面反应机理与相形态的影响、增容机理与相形态演变机理等方面进行了深入研究。主要成果如下：（1）通过相场模拟研究，明确了静态界面反应速率与聚合物分子量、界面厚度的反比例关系，发现了在流场中界面反应速率不仅依赖于界面面积，而且与界面面积在流场方向的投影有关；（2）建立了相容聚合物共混体系界面形态演变模型与流变本构模型，能够准确预测相容剂对分散相在流场中的形变的影响；（3）提出了流场对界面多重反应影响的分子机理，解释了共混物组成、催化剂、流场强度、混合时间等因素对界面反应转化率、共聚物分子结构以及相形态的影响，并以此为基础指导设计了三组分反应共混体系的界面反应与相形态，制备了高性能的聚乳酸/聚碳酸酯合金；（4）提出了保持反应共混产物相形态稳定的共聚物胶束稳定机理。这些研究成果不仅从理论上阐明了反应共混中的黑箱问题，而且可以用于指导反应共混中界面反应设计与相形态的控制。