烯烴嵌段共聚物(OBC)作為新型高端聚烯烴材料的杰出代表，憑借其獨特的微觀鏈結(jié)構(gòu)，能夠充分發(fā)揮各嵌段的性能優(yōu)勢。除了遠(yuǎn)超傳統(tǒng)無規(guī)共聚物的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能外，OBC還被視為高效的非反應(yīng)性增容劑，在恢復(fù)混合回收塑料的性能與價值方面展現(xiàn)出巨大的潛力。等規(guī)聚丙烯(iPP)因其高的熔點和高力學(xué)強度而受到青睞，將其作為OBC的硬嵌段與丙烯/1-辛烯共聚柔性軟嵌段相結(jié)合，可獲得出兼具高熔點、高強度和高韌性的新型iPP基多嵌段OBC。這類材料不僅展現(xiàn)出卓越的彈性體性能，還在提高廢舊乙丙混合塑料性能方面展現(xiàn)出高效的增容能力。
盡管OBC卓越的性能吸引了學(xué)術(shù)和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和投入，但是結(jié)構(gòu)明確、靈活可調(diào)的多嵌段OBC的可控合成仍然面臨挑戰(zhàn)。鏈穿梭聚合雖然能高效合成統(tǒng)計多嵌段OBC，但是其復(fù)雜的雙催化體系抬高了生產(chǎn)成本并增加了工藝難度。而傳統(tǒng)的活性聚合方法則存在生產(chǎn)效率低下，反應(yīng)條件苛刻的問題，且大部分OBC產(chǎn)品僅停留在二嵌段階段。因此，探索并開發(fā)多嵌段OBC的高效、精準(zhǔn)合成路徑，以推動OBC從實驗室走向大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，無疑成為了當(dāng)前聚烯烴領(lǐng)域的重要研究方向與熱點挑戰(zhàn)。
天津大學(xué)潘莉教授團(tuán)隊經(jīng)過近十年的探索和積累，開發(fā)了利用單一催化劑的配位鏈轉(zhuǎn)移聚合(CCTP)原理實現(xiàn)系列聚烯烴OBC可控合成的高效方法，不僅克服了傳統(tǒng)活性聚合低催化效率以及反應(yīng)條件要求苛刻的局限，又突破了鏈穿梭聚合中對雙催化劑體系的嚴(yán)格匹配要求，還可實現(xiàn)類似于活性聚合體系對聚合物結(jié)構(gòu)組成與性能高效可控調(diào)性，為高性能OBC提供了一種最優(yōu)的合成方案。
在本研究中，通過精準(zhǔn)調(diào)整OBC的總嵌段數(shù)、各嵌段長度、1-辛烯插入率，在保持高熔點的同時，獲得了力學(xué)性能可調(diào)的聚丙烯基彈性體。如圖2所示，所得五嵌段OBC在強度(可達(dá)24 MPa)與韌性(伸長率可達(dá)1300%)相較二嵌段OBC顯著提升的同時，彈性回復(fù)率仍可達(dá)到74%。這種兼具高熔點、高強度、高彈性回復(fù)的聚丙烯基彈性體，綜合性能優(yōu)于目前市售的OBC商品，引領(lǐng)聚烯烴材料向高性能、高值化發(fā)展的趨勢，在汽車、電子、日用品、家電、鞋材、電纜及聚烯烴改性等領(lǐng)域顯示出極具潛力的應(yīng)用前景。
除作為高性能彈性體外，本研究制備的多嵌段OBC還被作為增容劑，以探究其在乙丙塑料混合回收中的應(yīng)用。如圖3所示，向回收后的廢舊聚乙烯/聚丙烯混合物中添加少量多嵌段OBC，能夠顯著提升熔融共混物的力學(xué)性能，將原本呈脆性(斷裂伸長率小于30%)的乙丙共混物轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性材料(斷裂伸長率大于600%)。此外，本研究還通過擠出吹塑工藝分別以不添加和添加多嵌段OBC的回收乙丙共混物為原料制備了相同尺寸的樣品瓶，以探究多嵌段OBC在實際廢舊聚烯烴循環(huán)應(yīng)用場景中對于不相容混合塑料力學(xué)性能的提升作用。如圖可見，相對于未添加OBC作為改性劑的廢舊混合材料，混合時添加10% OBC的廢舊料制備的樣品瓶表現(xiàn)大幅提升的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能。
圖3 典型丙烯基多嵌段OBC的增容效果
相關(guān)論文發(fā)表在Chemical Engineering Journal上，天津大學(xué)博士研究生康宇澤為文章的第一作者，潘莉教授為本文通訊作者。該研究工作獲得中石油上海新材料研究院的大力支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155003
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