大学生创新创业孵化项目-线性-超支化嵌段聚合物的合成与增容研究

1、附件3项目编号：大学生科技创新项目申 报 书 创新项目名称：线性-超支化嵌段聚合物的合成与增容研究 创新项目负责人： 沈童 学校名称： 宁波大学 申报日期： 2015.01.04 项目类别：个人项目 团队项目浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划实施办公室 制填写说明一、申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。二、格式要求：申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为小四号仿宋体，1.5倍行距；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。三、申报书由所在学校领导审查、签署意见并加盖公章后，一式1份（原件），报送浙江省大学生科

2、技创新活动计划暨新苗人才计划实施办公室。一、项目简介项目概况项目名称线性-超支化嵌段聚合物的合成与增容研究项目性质（）基础研究 （）应用基础研究项目来源（）自主立题 （）教师指导选题起止时间自 2015年3月 至 2016年 3月项目状况1、研发阶段 2、中试阶段 3、批量（规模）生产（选项打）申请人姓名沈童性 别男出生年月1994-12入学年月2013.9所在院系材料科学与工程联系电子信箱708801107项 目 组主要成员姓名年龄性 别专业具体分工章文冲22男材料科学与工程聚合物的合成吴志昂21男材料科学与工程聚合物的合成张梦娜18女材料科学与工程聚合物的表征测试

3、李奥凡19女材料科学与工程聚合物的表征测试项目指导教师姓名穆景山性 别男 出生年月1982 01主要研究方向 聚合物分子设计与可控聚合、金属有机催化近三年获奖成果：国家级_等奖_项，省部级_等奖_项近三年科研经费_45_万元，年均_15_万元项目主要内容简介聚烯烃与极性聚合物之间极差的相容性妨碍了其更广泛的应用。虽然传统的接枝或嵌段结构聚合物增容剂在一定程度上弥补了聚烯烃的不足，但是分子量与面密度两个要素往往互相制约。因此，从分子结构设计出发，合成更加有效的增容剂是扩展聚烯烃应用领域的重要途径之一。受大自然中植物根系的启发，我们曾创新的将超支化结构引入到增容剂中，设计并成功合成出了线性-超支化

4、聚醚接枝或嵌段聚合物增容剂，解决了增容剂分子量增加与面密度降低之间的矛盾。但是由于超支化聚醚与PMMA或PCL结构本身的差异，虽然存在强的氢键作用，共混界面粘合度仍不够强，界面开裂现象仍然存在。随之产生的新问题促使我们设计第二代线性-超支化增容剂。在本项目中，我们不仅将超支化结构引入到线性聚乙烯链末端，而且以此超支化嵌段作为发散的“核”，将PMMA接到超支化羟基的末端，从而设计出与植物根系更加接近的一系列增容剂。二、项目的研究目的及意义1、申请项目的必要性、目的及意义申请项目的必要性;随着科学技术与国民经济的发展，对材料提出了新的要求，其中高性能化、复合化等是今后高分子材料科学发展的趋势。我省

5、高分子工业基础雄厚，拥有多家颇具实力的高分子材料生产企业，因此新材料的研发在本省社会经济的发展中显得尤为重要。尽管我国高分子材料科学基础理论与应用基础的研究水平在个别领域已接近或达到世界领先地位，但与总体差距还较大，而高分子工业水平的差距更大。我省更多的中小企业缺乏自主创新能力，产品结构单一，无法满足市场的需求，企业生存能力较差。目的及意义：聚烯烃与极性聚合物之间的相容性极差，严重制约了聚烯烃材料的应用领域。若能够设计出一种效果突出的新型增容剂，将会弥补聚烯烃的不足。而本项目研发的新型增容剂若成功的应用在材料共混领域，将为企业发展提供良好的契机，具有广阔的市场前景。本项目的目的既要加强基础理论

6、研究，又要为发展新兴技术与高技术提供新材料。高分子材料工业发展必然受到高分子材料科学发展的指导，所以有必要加强复合材料本身的基础理论研究，从而指导高分子工业发展，创造出巨大的社会效益和经济效益。2、项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围项目的背景：聚烯烃具有低极性、疏水性好以及耐化学腐蚀性等优良特性，然而，也正因如此，聚烯烃与极性聚合物之间的相容性极差。提高不相容共混体系常用的方法之一就是加入增容剂。目前，常用的增容剂为嵌段或接枝聚合物，其结构分别与两相共混组成相同或相近，从而聚集在两相界面起到表面活性剂的作用，以求弥补聚烯烃的不足，扩展聚烯烃的应用领域。传统的嵌段或超支化聚合物增容剂也存在

7、着不足。研究表明，聚合物增容剂的增容效果取决于增容剂分子链的长度以及增容剂在共混界面的面密度。然而，这两个要素往往彼此制约，比如，增加增容剂的分子量有利于链缠结的发生，然后分子量增加后导致其粘度增加，从而不利于增容剂向两相界面的聚集。反之，若降低增容剂的分子量，其向两相界面的迁移增多，但是却减少了分子链的缠结，导致增容剂链从本体中拔出。若能够很好的解决增容剂分子量与面密度两个要素之间的矛盾，将大大提高增容剂的增容效果，从而改善聚烯烃材料的性能，具有重大的理论意义和实用价值。近期，我们课题组受到植物发达根系的启发，从分子结构设计出发，将超支化结构引入到增容剂中，设计并成功合成出了线性-超支化聚醚

8、接枝或嵌段聚合物增容剂（如图所示），以期解决上述存在的难题。研究发现，超支化结构的多羟基末端能够与极性本体产生相互作用，从而有效的防止增容剂的拔出。同时超支化结构又具有低粘度的特性，故而同时增加了其在两项界面的面密度。线性-超支化结构的设计解决了增容剂分子量增加与面密度降低之间的矛盾。但是，我们在增容聚乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯共混体系时，仍然发现共混界面粘合度不够强，界面开裂现象仍然存在。分析其原因，虽然超支化聚醚多羟基末端结构与聚甲基丙烯酸甲酯之间存在强的氢键作用，但两者结构本身的差别使其相容性不够好，影响了增容效果。本项目主要内容：在本项目中，我们不仅创新的将超支化结构引入到线性聚乙烯链末端

9、，而且以此超支化嵌段作为发散的“核”，进一步采用ATRP的方法，将PMMA接到超支化羟基的末端，从而设计出与植物根系更加接近的一系列增容剂（如图所示）。技术水平及应用范围：而相比之下，由于合成方法的困难，仅有少量关于聚乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯共混增容剂的报道。例如，二甲基硅桥联茚催化剂在甲基铝氧烷助催化下，通过依次加入聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯两种单体，聚合得到聚乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯两嵌段共聚物。另外，Marc A. Hillmyer等人采用开环异位聚合（ROMP）与ATRP相结合的方法，得到聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯，并研究了其作为PE/PMMA共混体系的增容特性。Marc A. Hillmy

10、er等人还通过结合ROMP与RAFT聚合方法，合成了PMMA-PE-PMMA三嵌段共聚物，并研究了共混体系的硬度、模量、耐摩性以及粘附性。目前文献报道的增容剂的结构仍然是基于普通的接枝或嵌段共聚物，而我们设计合成的增容剂结合了线性结构与超支化结构的特点，不仅将聚乙烯的非极性、结晶性等特性保留，同时引入了超支化结构的低粘度以及大量末端羟基的特性，因此设计理念更具优势。而且作为第二代线性-超支化聚合物增容剂，其技术水平较之第一代结构特色更加鲜明，将在聚烯烃与极性聚合物共混，特别是PE/PMMA共混领域具有重大的理论研究价值和实际应用价值。3、实施该项目所具备的基础、优势和风险区域基础：本项目立足于

11、高分子科学理论和本省高分子材料工业发展，加之本市周边区县工业基础相对雄厚，因此具备应用基础研究的地位位置的基础与优势。技术储备及人员优势：本项目依托指导教师的国家青年基金项目，是在第一代线性-超支化嵌段聚合物增容剂基础上发展而来，技术储备雄厚，合成方法成熟，因此具备了开展研究的各项基础。本项目负责人专业成绩优秀，组织能力突出，有余力在专业课之外投入精力组织该创新项目的实施。项目参与人中章文冲为高年级本科生，已经参与了导师的第一代线性-超支化聚合物增容剂的项目研究，因此积累了一定的合成的经验，具备开展本项目的能力。其他参与项目的低年级学生，也已经参与到了指导老师现有的其他课题中，因此人员结构合理

12、。此外，在项目实施过程中我们还能够向课题组的高年级研究生学习并获取经验，有利于项目顺利的展开和解题。项目风险：科学研究是探知未知事物的过程，失败风险在所难免，但是，基于以上基础和优势，相信能够取得预期效果。4、项目计划目标计划目标：首先，从增容剂分子结构设计出发，在第一代线性-超支化嵌段聚合物增容剂的基础上，合成出第二代线性-超支化嵌段聚合物增容剂。其次，将增容剂作为聚乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯共混增容剂，希望能够进一步提高增容剂的增容效果，提高材料各项性能指标。并申报专利，撰写文章。若能够有效提高材料性能，课题组将谋求与周边企业合作，获得资金支持后实现产品中试。三、预期成果、知识产权形成及经济、

13、社会效益分析1、 项目的预期成果及知识产权归属情况预期成果：预期发表相关学术论文1-2篇。申报发明专利1-2项。知识产权归属：知识产权按照国家及学校有关规定，不存在归属纠纷。2、 项目的市场前景分析市场前景分析：浙江省高分子工业基础雄厚，新材料的生产和加工也在走在国内同行业的前列，但是仍有很多中小企业缺乏自主创新能力，产品结构单一，无法满足市场的需求。聚烯烃与极性聚合物之间的相容性极差，严重制约了聚烯烃材料的应用领域。若能够设计出一种效果突出的新型增容剂，则将会弥补聚烯烃的不足。本项目所研发的增容剂若成功的应用，将为上述企业发展提供良好的契机，具有十分广阔的市场前景。3、 项目的盈利能力分析及

14、财务预算盈利能力分析：高分子材料工业的发展必然受到高分子材料科学发展的指导，所以我们科研的目的既要加强基础理论研究，设计合成新型有效的增容剂，进一步为发展新兴技术与高技术提供新材料，谋求获得相关企业资金支持，共同开发产品，最终创造出经济效益。财务预算：1材料、试剂、耗材费5000元2知识产权事务费，出版费3000元3办公费2000元4总计10000元4、 项目的社会效益分析社会效益分析：随着科学技术与国民经济的发展，对材料科学提出了各种各样新的要求，其中高性能化、高功能化、复合化是今后高分子材料科学发展的趋势。我国高分子材料科学基础理论与应用基础的研究水平尽管在个别领域已接近或达到世界领先地位

15、，但与国际先进水平相比，总体差距还较大，而高分子工业水平的差距可能更大。浙江省高分子工业占有很大的经济比重，宁波周边区县具有雄厚的高分子材料工业基础，因此，新材料的研发在本省社会经济的发展中显得尤为重要。高分子材料工业的发展必然受到高分子材料科学发展的指导，所以我们科研的目的既要加强基础理论研究，又要为发展新兴技术与高技术提供新材料。其中加强复合材料本身的基础理论研究，如界面对性能的影响，界面结构的表征，界面结合的优化条件，利用仿生技术发展新的更高性能的先进复合材料等理论研究，终究会引领高分子工业发展，创造出巨大的社会效益。四、项目实施进度方案12015年2月负责人组织讨论会，细化分工，购买原材料。22015年3月-4月合成不同分子量的末端羟基聚乙烯。32015年5月-6月合成出第一代线性-超支化嵌段聚合物，控制超支化结构的代数。42015年7月-8月合成出第二代线性-超支化嵌段聚合物，表征测试。52015年9月-10月测试新型增容剂增容效果