大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化項目-線性-超支化嵌段聚合物的合成與增容研究

1、附件3項目編號：大學生科技創(chuàng)新項目申 報 書 創(chuàng)新項目名稱：線性-超支化嵌段聚合物的合成與增容研究 創(chuàng)新項目負責人： 沈童 學校名稱： 寧波大學 申報日期： 2015.01.04 項目類別：個人項目 團隊項目浙江省大學生科技創(chuàng)新活動計劃暨新苗人才計劃實施辦公室 制填寫說明一、申報書要按照要求，逐項認真填寫，填寫內容必須實事求是，表達明確嚴謹。二、格式要求：申報書中各項內容以Word文檔格式填寫，表格中的字體為小四號仿宋體，1.5倍行距；表格空間不足的，可以擴展或另附紙張；均用A4紙雙面打印，于左側裝訂成冊。三、申報書由所在學校領導審查、簽署意見并加蓋公章后，一式1份（原件），報送浙江省大學生科

2、技創(chuàng)新活動計劃暨新苗人才計劃實施辦公室。一、項目簡介項目概況項目名稱線性-超支化嵌段聚合物的合成與增容研究項目性質（）基礎研究 （）應用基礎研究項目來源（）自主立題 （）教師指導選題起止時間自 2015年3月 至 2016年 3月項目狀況1、研發(fā)階段 2、中試階段 3、批量（規(guī)模）生產（選項打）申請人姓名沈童性 別男出生年月1994-12入學年月2013.9所在院系材料科學與工程聯系電子信箱708801107項 目 組主要成員姓名年齡性 別專業(yè)具體分工章文沖22男材料科學與工程聚合物的合成吳志昂21男材料科學與工程聚合物的合成張夢娜18女材料科學與工程聚合物的表征測試

3、李奧凡19女材料科學與工程聚合物的表征測試項目指導教師姓名穆景山性 別男 出生年月1982 01主要研究方向 聚合物分子設計與可控聚合、金屬有機催化近三年獲獎成果：國家級_等獎_項，省部級_等獎_項近三年科研經費_45_萬元，年均_15_萬元項目主要內容簡介聚烯烴與極性聚合物之間極差的相容性妨礙了其更廣泛的應用。雖然傳統(tǒng)的接枝或嵌段結構聚合物增容劑在一定程度上彌補了聚烯烴的不足，但是分子量與面密度兩個要素往往互相制約。因此，從分子結構設計出發(fā)，合成更加有效的增容劑是擴展聚烯烴應用領域的重要途徑之一。受大自然中植物根系的啟發(fā)，我們曾創(chuàng)新的將超支化結構引入到增容劑中，設計并成功合成出了線性-超支化

4、聚醚接枝或嵌段聚合物增容劑，解決了增容劑分子量增加與面密度降低之間的矛盾。但是由于超支化聚醚與PMMA或PCL結構本身的差異，雖然存在強的氫鍵作用，共混界面粘合度仍不夠強，界面開裂現象仍然存在。隨之產生的新問題促使我們設計第二代線性-超支化增容劑。在本項目中，我們不僅將超支化結構引入到線性聚乙烯鏈末端，而且以此超支化嵌段作為發(fā)散的“核”，將PMMA接到超支化羥基的末端，從而設計出與植物根系更加接近的一系列增容劑。二、項目的研究目的及意義1、申請項目的必要性、目的及意義申請項目的必要性;隨著科學技術與國民經濟的發(fā)展，對材料提出了新的要求，其中高性能化、復合化等是今后高分子材料科學發(fā)展的趨勢。我省

5、高分子工業(yè)基礎雄厚，擁有多家頗具實力的高分子材料生產企業(yè)，因此新材料的研發(fā)在本省社會經濟的發(fā)展中顯得尤為重要。盡管我國高分子材料科學基礎理論與應用基礎的研究水平在個別領域已接近或達到世界領先地位，但與總體差距還較大，而高分子工業(yè)水平的差距更大。我省更多的中小企業(yè)缺乏自主創(chuàng)新能力，產品結構單一，無法滿足市場的需求，企業(yè)生存能力較差。目的及意義：聚烯烴與極性聚合物之間的相容性極差，嚴重制約了聚烯烴材料的應用領域。若能夠設計出一種效果突出的新型增容劑，將會彌補聚烯烴的不足。而本項目研發(fā)的新型增容劑若成功的應用在材料共混領域，將為企業(yè)發(fā)展提供良好的契機，具有廣闊的市場前景。本項目的目的既要加強基礎理論

6、研究，又要為發(fā)展新興技術與高技術提供新材料。高分子材料工業(yè)發(fā)展必然受到高分子材料科學發(fā)展的指導，所以有必要加強復合材料本身的基礎理論研究，從而指導高分子工業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的社會效益和經濟效益。2、項目的背景、主要內容、技術水平及應用范圍項目的背景：聚烯烴具有低極性、疏水性好以及耐化學腐蝕性等優(yōu)良特性，然而，也正因如此，聚烯烴與極性聚合物之間的相容性極差。提高不相容共混體系常用的方法之一就是加入增容劑。目前，常用的增容劑為嵌段或接枝聚合物，其結構分別與兩相共混組成相同或相近，從而聚集在兩相界面起到表面活性劑的作用，以求彌補聚烯烴的不足，擴展聚烯烴的應用領域。傳統(tǒng)的嵌段或超支化聚合物增容劑也存在

7、著不足。研究表明，聚合物增容劑的增容效果取決于增容劑分子鏈的長度以及增容劑在共混界面的面密度。然而，這兩個要素往往彼此制約，比如，增加增容劑的分子量有利于鏈纏結的發(fā)生，然后分子量增加后導致其粘度增加，從而不利于增容劑向兩相界面的聚集。反之，若降低增容劑的分子量，其向兩相界面的遷移增多，但是卻減少了分子鏈的纏結，導致增容劑鏈從本體中拔出。若能夠很好的解決增容劑分子量與面密度兩個要素之間的矛盾，將大大提高增容劑的增容效果，從而改善聚烯烴材料的性能，具有重大的理論意義和實用價值。近期，我們課題組受到植物發(fā)達根系的啟發(fā)，從分子結構設計出發(fā)，將超支化結構引入到增容劑中，設計并成功合成出了線性-超支化聚醚

8、接枝或嵌段聚合物增容劑（如圖所示），以期解決上述存在的難題。研究發(fā)現，超支化結構的多羥基末端能夠與極性本體產生相互作用，從而有效的防止增容劑的拔出。同時超支化結構又具有低粘度的特性，故而同時增加了其在兩項界面的面密度。線性-超支化結構的設計解決了增容劑分子量增加與面密度降低之間的矛盾。但是，我們在增容聚乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯共混體系時，仍然發(fā)現共混界面粘合度不夠強，界面開裂現象仍然存在。分析其原因，雖然超支化聚醚多羥基末端結構與聚甲基丙烯酸甲酯之間存在強的氫鍵作用，但兩者結構本身的差別使其相容性不夠好，影響了增容效果。本項目主要內容：在本項目中，我們不僅創(chuàng)新的將超支化結構引入到線性聚乙烯鏈末端

9、，而且以此超支化嵌段作為發(fā)散的“核”，進一步采用ATRP的方法，將PMMA接到超支化羥基的末端，從而設計出與植物根系更加接近的一系列增容劑（如圖所示）。技術水平及應用范圍：而相比之下，由于合成方法的困難，僅有少量關于聚乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯共混增容劑的報道。例如，二甲基硅橋聯茚催化劑在甲基鋁氧烷助催化下，通過依次加入聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯兩種單體，聚合得到聚乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯兩嵌段共聚物。另外，Marc A. Hillmyer等人采用開環(huán)異位聚合（ROMP）與ATRP相結合的方法，得到聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯，并研究了其作為PE/PMMA共混體系的增容特性。Marc A. Hillmy

10、er等人還通過結合ROMP與RAFT聚合方法，合成了PMMA-PE-PMMA三嵌段共聚物，并研究了共混體系的硬度、模量、耐摩性以及粘附性。目前文獻報道的增容劑的結構仍然是基于普通的接枝或嵌段共聚物，而我們設計合成的增容劑結合了線性結構與超支化結構的特點，不僅將聚乙烯的非極性、結晶性等特性保留，同時引入了超支化結構的低粘度以及大量末端羥基的特性，因此設計理念更具優(yōu)勢。而且作為第二代線性-超支化聚合物增容劑，其技術水平較之第一代結構特色更加鮮明，將在聚烯烴與極性聚合物共混，特別是PE/PMMA共混領域具有重大的理論研究價值和實際應用價值。3、實施該項目所具備的基礎、優(yōu)勢和風險區(qū)域基礎：本項目立足于

11、高分子科學理論和本省高分子材料工業(yè)發(fā)展，加之本市周邊區(qū)縣工業(yè)基礎相對雄厚，因此具備應用基礎研究的地位位置的基礎與優(yōu)勢。技術儲備及人員優(yōu)勢：本項目依托指導教師的國家青年基金項目，是在第一代線性-超支化嵌段聚合物增容劑基礎上發(fā)展而來，技術儲備雄厚，合成方法成熟，因此具備了開展研究的各項基礎。本項目負責人專業(yè)成績優(yōu)秀，組織能力突出，有余力在專業(yè)課之外投入精力組織該創(chuàng)新項目的實施。項目參與人中章文沖為高年級本科生，已經參與了導師的第一代線性-超支化聚合物增容劑的項目研究，因此積累了一定的合成的經驗，具備開展本項目的能力。其他參與項目的低年級學生，也已經參與到了指導老師現有的其他課題中，因此人員結構合理

12、。此外，在項目實施過程中我們還能夠向課題組的高年級研究生學習并獲取經驗，有利于項目順利的展開和解題。項目風險：科學研究是探知未知事物的過程，失敗風險在所難免，但是，基于以上基礎和優(yōu)勢，相信能夠取得預期效果。4、項目計劃目標計劃目標：首先，從增容劑分子結構設計出發(fā)，在第一代線性-超支化嵌段聚合物增容劑的基礎上，合成出第二代線性-超支化嵌段聚合物增容劑。其次，將增容劑作為聚乙烯與聚甲基丙烯酸甲酯共混增容劑，希望能夠進一步提高增容劑的增容效果，提高材料各項性能指標。并申報專利，撰寫文章。若能夠有效提高材料性能，課題組將謀求與周邊企業(yè)合作，獲得資金支持后實現產品中試。三、預期成果、知識產權形成及經濟、

13、社會效益分析1、 項目的預期成果及知識產權歸屬情況預期成果：預期發(fā)表相關學術論文1-2篇。申報發(fā)明專利1-2項。知識產權歸屬：知識產權按照國家及學校有關規(guī)定，不存在歸屬糾紛。2、 項目的市場前景分析市場前景分析：浙江省高分子工業(yè)基礎雄厚，新材料的生產和加工也在走在國內同行業(yè)的前列，但是仍有很多中小企業(yè)缺乏自主創(chuàng)新能力，產品結構單一，無法滿足市場的需求。聚烯烴與極性聚合物之間的相容性極差，嚴重制約了聚烯烴材料的應用領域。若能夠設計出一種效果突出的新型增容劑，則將會彌補聚烯烴的不足。本項目所研發(fā)的增容劑若成功的應用，將為上述企業(yè)發(fā)展提供良好的契機，具有十分廣闊的市場前景。3、 項目的盈利能力分析及

14、財務預算盈利能力分析：高分子材料工業(yè)的發(fā)展必然受到高分子材料科學發(fā)展的指導，所以我們科研的目的既要加強基礎理論研究，設計合成新型有效的增容劑，進一步為發(fā)展新興技術與高技術提供新材料，謀求獲得相關企業(yè)資金支持，共同開發(fā)產品，最終創(chuàng)造出經濟效益。財務預算：1材料、試劑、耗材費5000元2知識產權事務費，出版費3000元3辦公費2000元4總計10000元4、 項目的社會效益分析社會效益分析：隨著科學技術與國民經濟的發(fā)展，對材料科學提出了各種各樣新的要求，其中高性能化、高功能化、復合化是今后高分子材料科學發(fā)展的趨勢。我國高分子材料科學基礎理論與應用基礎的研究水平盡管在個別領域已接近或達到世界領先地位

15、，但與國際先進水平相比，總體差距還較大，而高分子工業(yè)水平的差距可能更大。浙江省高分子工業(yè)占有很大的經濟比重，寧波周邊區(qū)縣具有雄厚的高分子材料工業(yè)基礎，因此，新材料的研發(fā)在本省社會經濟的發(fā)展中顯得尤為重要。高分子材料工業(yè)的發(fā)展必然受到高分子材料科學發(fā)展的指導，所以我們科研的目的既要加強基礎理論研究，又要為發(fā)展新興技術與高技術提供新材料。其中加強復合材料本身的基礎理論研究，如界面對性能的影響，界面結構的表征，界面結合的優(yōu)化條件，利用仿生技術發(fā)展新的更高性能的先進復合材料等理論研究，終究會引領高分子工業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的社會效益。四、項目實施進度方案12015年2月負責人組織討論會，細化分工，購買原材料。22015年3月-4月合成不同分子量的末端羥基聚乙烯。32015年5月-6月合成出第一代線性-超支化嵌段聚合物，控制超支化結構的代數。42015年7月-8月合成出第二代線性-超支化嵌段聚合物，表征測試。52015年9月-10月測試新型增容劑增容效果