超高分子量聚乙烯及其纳米复合材料的链缠绕结构调控

摘要

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是指分子量超过100万 g/mol的高密度聚乙烯。由于其制品具有其它材料无可比拟的耐冲性、耐磨性、自润滑性和耐化学腐蚀等特性，目前已经被广泛的应用于民用、军用等各个领域。　　目前加工UHMWPE的常用方法主要有挤出成型法、模压成型法和注塑成型法等方法。但是，由于商用的UHMWPE的分子量大、链缠结高，使得加工过程耗能巨大，且污染严重。于是，从根本上减少UHMWPE基体粉料的缠结度，从而降低加工难度，以期达到绿色加工的目的，是生产UHMWPE的重要研究方向。　　本论文基于“通过加入不同种类的多面齐聚倍半硅氧烷（Polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS）纳米粒子，改变催化剂的聚合环境，从而构建与活性中心特性相宜的链段生长环境”的研究思想，围绕制备无缠结UHMWPE纳米复合材料，进行了如下四个方面的工作：　　（1）极性POSS粒子对UHMWPE链缠绕的调控；　　(2）非极性POSS粒子对UHMWPE链缠绕的调控；　　（3）极性POSS粒子对UHMWPE链段结晶行为的影响；（4）小分子聚合物对 UHMWPE链缠绕的影响。具体的工作及主要研究成果如下：　　（1）通过化学负载将FI催化剂铆钉在POSS上，从而改变的催化剂的聚合环境，并通过控制聚合时间得到了不同缠结状态的UHMWPE纳米复合材料。研究表明：FI催化剂通过化学负载的方式结合在 POSS表面，且通过乙烯的原位聚合，POSS粒子能够被均匀的分散在UHMWPE基体中。同时，我们得到了无缠结的UHMWPE纳米复合材料。最后，POSS粒子能够加强UHMWPE基体的热稳定性和吸水性。　　（2）通过物理负载，使不同种类的非极性烷基POSS调节FI催化剂的聚合环境，来达到调节UHMWPE缠结度的目的。研究表明：能够在甲苯中完全分散的甲基-POSS在UHMWPE中获得了最好的分散程度。通过结晶动力学和流变学的研究，我们可以知道环己基-POSS相对于甲基-POSS和苯基-POSS最能使 UHMWPE基体趋于无缠结。　　（3）为了探明极性POSS影响UHMWPE链段缠结的机理，我们对具有相似分子量基体的UHMWPE的结晶行为进行了研究。从等温和非等温结晶动力学研究中，我们看到：POSS在UHMWPE结晶过程中更多的扮演了成核剂的角色，由于POSS的加入可以增加 UHMWPE链段结晶的速率，从而得到了无缠结的UHMWPE纳米复合材料。　　（4）基于制备能够合成双峰聚乙烯的复合型催化剂，使得在聚合过程中使小分子聚合物原位的调节大分子量的UHMWPE的缠结程度。研究表明：我们制得了无缠结的UHWMPE复合材料，且当聚合介质为甲苯时，样品最倾向于无缠结状态。

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引言

1文献综述

1.1 聚乙烯行业背景

1.2 聚乙烯产品

1.3 制备超高分子量聚乙烯的催化剂进展

1.4 无缠结超高分子量聚乙烯的研究进展

1.5 催化剂载体

1.6 本章小结

2试验及分析方法

2.1 试剂及原料

2.2 实验装置

2.3 溶剂精制

2.4 催化剂及产物的测试与表征

3极性POSS粒子对超高分子量聚乙烯链缠绕的调控

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4小分子非极性POSS粒子对UHMWPE链缠绕的调控

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 极性POSS粒子对UHMWPE链段结晶行为的影响

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6无缠结双峰聚乙烯链缠绕的影响

6.1 前言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

7总结与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录A 重要实验设备图

在学研究成果

致谢