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構，能夠充分發揮各嵌段的性能優勢。除了遠超傳統無規共聚物的熱穩定性和力學性能外，OBC還被視為高效的非反應性增容劑，在恢復混合回收塑料的性能與價值方面展現出巨大的潛力。等規聚丙烯(iPP)因其高的熔點和高力學強度而受到青睞，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出高效的增容能力。
盡管OBC卓越的性能吸引了學術和工業界的廣泛關注和投入，但是結構明確、靈活可調的多嵌段OBC的可控合成仍然面臨挑戰。鏈穿梭聚合雖然能高效合成統計多嵌段OBC，但是其復雜的雙催化體系抬高了生產成本并增加了工藝難度。而傳統的活性聚合方法則存在生產效率低下，反應條件苛刻的問題，且大部分OBC產品僅停留在二嵌段階段。因此，探索并開發多嵌段OBC的高效、精準合成路徑，以推動OBC從實驗室走向大規模工業化應用，無疑成為了當前聚烯烴領域的重要研究方向與熱點挑戰。
天津大學潘莉教授團隊經過近十年的探索和積累，開發了利用單一催化劑的配位鏈轉移聚合(CCTP)原理實現系列聚烯烴OBC可控合成的高效方法，不僅克服了傳統活性聚合低催化效率以及反應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格匹配要求，還可實現類似于活性聚合體系對聚合物結構組成與性能高效可控調性，為高性能OBC提供了一種最優的合成方案。
在本研究中，通過精準調整OBC的總嵌段數、各嵌段長度、1-辛烯插入率，在保持高熔點的同時，獲得了力學性能可調的聚丙烯基彈性體。如圖2所示，所得五嵌段OBC在強度(可達24 MPa)與韌性(伸長率可達1300%)相較二嵌段OBC顯著提升的同時，彈性回復率仍可達到74%。這種兼具高熔點、高強度、高彈性回復的聚丙烯基彈性體，綜合性能優于目前市售的OBC商品，引領聚烯烴材料向高性能、高值化發展的趨勢，在汽車、電子、日用品、家電、鞋材、電纜及聚烯烴改性等領域顯示出極具潛力的應用前景。
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性能，將原本呈脆性(斷裂伸長率小于30%)的乙丙共混物轉變為韌性材料(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應用場景中對于不相容混合塑料力學性能的提升作用。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大幅提升的尺寸穩定性和力學性能。
圖3 典型丙烯基多嵌段OBC的增容效果
相關論文發表在Chemical Engineering Journal上，天津大學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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