研究方向
多相多組份高分子共混物體系中的界面表面效應，及其自組織相形態(tài)的調(diào)控
近年來，我們在高分子多相多組分材料的相結(jié)構形態(tài)調(diào)控方面作了大量的工作。研究中發(fā)現(xiàn)，對適當?shù)母叻肿庸不煳镞M行適當?shù)臒崽幚砗螅稚⑾嗔Ｗ釉诨w中保持微分散不變，而接近表面粒徑逐漸變大，且分散相分子由共混物內(nèi)部向表面遷移，呈粒徑和濃度的梯度形態(tài)。該項研究，提出了一種嶄新的高分子梯度功能材料的制備方法。所謂功能型梯度材料，是八十年代后期以來，在日本及歐洲出現(xiàn)了一個材料設計的新概念，是通過特殊手段將不同的原子或分子進行混雜，使兩種材料的組分、結(jié)構由材料內(nèi)部至表面呈梯度變化，以達到材料性能梯度化的目的。既保持混合后材料的整體力學性能，又最大限度地發(fā)揮二種材料的各自優(yōu)異特性。
高分子共混物的梯度化是一嶄新的課題，如何正確認識和有效地控制梯度形態(tài)的產(chǎn)生和發(fā)展即一組分高聚物在另一高聚物中的定向擴散及表面析出問題，內(nèi)容涉及高分子多相多組分體系，高分子動力學、表面及界面以及成型加工等諸多高分子科學中的前沿領域。
聚合物復雜體系凝聚結(jié)構形成過程中的界面及維數(shù)效應及其理論
包括高分子共混物、嵌段聚合物以及高分子液晶等的聚合物復雜體系結(jié)構與性能的的研究一直是高分子科學研究的重要前沿。而在受限條件下聚合物分子行為的研究，更由于當今世界的納米研究熱及其本身的重要科學意義和潛在應用前景，而蓬勃興起。在過去的短短幾年中，有關聚合物超薄膜的研究獲得了極大的重視和發(fā)展，從近年來的“Macromolecules”雜志上發(fā)表的文章中，有關超薄膜的研究工作論文劇烈增長就可見一斑。
在凝聚態(tài)結(jié)構的形成上，我們往往都將注意力放在物質(zhì)的分子尺度上和分子間的相互作用上，而表（界）面的相互作用往往易被忽視。其實對于復相體系，通過界面誘導或作用而形成的自組織凝聚態(tài)結(jié)構及其它高級分子結(jié)構在自然界及生物體內(nèi)隨處可見。對于低微物質(zhì)（材料）或薄膜材料，自組織化結(jié)構形成過程中的表、界面作用更是突出。
在聚合物薄膜體系中，由于維數(shù)效應和外場的作用, 導致高分子在熱力學、動力學以及分子的組織形式與本體聚合物產(chǎn)生很大的不同。相關的模擬指出，對于聚合物薄膜，由于分子鏈在厚度方向上的幾何受限，其無定形狀態(tài)下的分子形態(tài)與P.J.Flory于1953年提出的并經(jīng)中子散射驗證的模型有很大的差異。對于幾何受限的聚合物膜，其熱力學性質(zhì)有明顯的改變，有研究報道，厚度小于100nm的無定形聚合物膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和熱力學膨脹系數(shù)都有較大的改變。
高分子薄膜近年來在一些科技尖端領域得到或有著重要的潛在應用，例如：把基板表面能的變化轉(zhuǎn)化為聚合物薄膜組成結(jié)構圖案的變化，通過微結(jié)構分子膜沉積印刷技術可以制得表面能變化的各種圖案，從而可以誘導形成特殊相分離結(jié)構的聚合物共混物結(jié)構,在光電信息材料的構筑上有重要的應用前景。表面誘導高分子取向在液晶顯示中是重要過程。隨著高分子薄膜廣泛應用，對其各種特性的要求也隨之提高。因此，深入地理解和揭示薄膜體系中高分子的各種行為顯得越發(fā)得重要和必要。從理論研究和實際應用上講，必將產(chǎn)生深遠的影響。
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超薄、柔性高吸水性樹脂材料的研究
高吸水性樹脂(Superabsorbent)誕生于二十世紀60年代，是近年來發(fā)展迅速的一種功能高分子材料。其最主要的兩大性能——吸水性和保水性十分優(yōu)越，是其它材料無法比擬的，傳統(tǒng)的吸水性材料，如海綿、紙、棉等，只能吸水自身重量幾十倍的水，而高吸水性樹脂吸水能力可達幾百倍 ~ 幾千倍。而且這些吸收的水分不易被機械外力壓出，顯示其優(yōu)良的保水性能。此外它還有增稠，吸氨等作用。因此高吸水性樹脂被廣泛應用于農(nóng)林和園藝的土壤改良劑、衛(wèi)生用品、工業(yè)用脫水劑、食品保鮮劑、防霧劑、醫(yī)用材料、水凝膠材料、建筑材料及智能材料等方面。超薄、柔性高吸水性樹脂，可以自由剪裁，滿足在衛(wèi)生材料領域的需要。
多單體熔融接枝聚烯烴的反應機理及其一步法反應共混研究
聚烯烴的官能化一直是聚烯烴改性及反應共混研究中一個重要的方面，其中熔融接枝是較常用的方法之一。但用通常的熔融接枝方法對聚丙烯實施官能化，由于引發(fā)劑作用下聚丙烯極易降解，不僅喪失了原有的力學性能，接枝物的接枝率和極性也不高。這種接枝物用于共混添加量較多時會使合金的力學性能下降，故只能夠做為相容劑應用于反應共混中，而不能成為反應共混體系中的主要組分。為了克服上述問題，近年來采用多單體熔融接枝方法對聚丙烯進行改性。其他研究工作者和我們的研究均表明，采用添加兩種或兩種以上單體, 即多組分單體熔融接枝聚丙烯的方法，能夠克服原來單組分單體熔融接枝方法所帶來的聚丙烯降解嚴重，力學性能劣化，極性單體接枝率不高的問題，制備出高接枝率、力學性能優(yōu)良的高極性官能化聚丙烯。
近年來，聚合物的微相分離因其納米尺度的有序結(jié)構在生物，光學，微電子領域巨大的潛在應用價值，而受得了廣泛的研究。尤其是隨著可控聚合技術的發(fā)展，使合成各種具有復雜分子結(jié)構的聚合物成為可能。作為微相分離研究對象的共聚物的結(jié)構越來越復雜。出現(xiàn)了對 Y形、星形、H形、π形等復雜的分子 結(jié)構的共聚物微相分離的研究。但是無論這些研究工作中使用的共聚物分子結(jié)構如何復雜，都有一個共同的特點，即它們都是由分子量接近單分散的鏈段組成的,而對于分子量不均一的體系的微相分離研究尚不多見。本研究組在以前的研究工作中，曾在PP-g-(GMA-co-St)/PA6共混物中發(fā)現(xiàn)過微相分離結(jié)構。我們認為，由于采用了多單體接枝的方法，提高了GMA的接枝量，使得生成的PP-g-PA6分子可以帶有多根PA6支鏈，PP主鏈與PA6支鏈間的熱力學不相容，從而形成了球狀微相分離結(jié)構。這種微相分離結(jié)構在分子量多分散的熔融接枝反應共混體系是罕見的。
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高分子共混物反應誘導相分離
對高分子共混物的固化誘導相分離的研究，提出了從熱力學和動力學兩方面同時入手的相結(jié)構調(diào)控新方法，詳細探討了影響相分離和固化速度的因素。做到了非平衡態(tài)下分散相微區(qū)從納米到微米尺寸的任意控制。
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高分子凝膠的研究
凝膠態(tài)是介于液體和固體之間的物質(zhì)形態(tài)，高分子凝膠是指由分子之間組成的三維交聯(lián)網(wǎng)絡，溶劑被固定在分子網(wǎng)絡中。較之對高分子溶液與固體的認識，由于凝膠自身的復雜性，我們對其的認識尚是遠遠不足。但高分子凝膠在工業(yè)上以及日常生活中都有著很多重要的用途。例如，凝膠紡絲可以獲得高強度、高模量的纖維材料。由于水凝膠可以吸收超出自重達幾百倍的水，故又大量地使用在衛(wèi)生材料中。高分子凝膠還被廣泛應用在生物醫(yī)學材料上。另外，由于凝膠所特有的溶脹收縮性、柔軟性、在功能材料制作上用途極廣，例如可用凝膠做人工肌肉、分離膜、機器人的柔軟手等。因此，搞清楚凝膠化的機理和有效地控制其結(jié)構，有著十分重要的意義。
高分子凝膠的交聯(lián)網(wǎng)絡點，可以是化學的、由共價鍵組成，也可以是物理交聯(lián)，如結(jié)晶等。過去學術界長期認為，只有結(jié)晶性高分子才可形成物理交聯(lián)凝膠，交聯(lián)點由微晶組成。八十年代初，美國的一個研究小組發(fā)現(xiàn)非結(jié)晶性聚苯乙烯也可在溶液中形成凝膠，這就提出了一個新的問題：即組成凝膠的交聯(lián)點的到底是什么？結(jié)構如何等。
我們就凝膠生成機理及與結(jié)晶之間的關系進行了詳細的分析，初步回答了這一問題，發(fā)現(xiàn)了側(cè)基(鏈)對凝膠化的作用，提出了非晶性高分子的凝膠化機理。
研究系統(tǒng)地調(diào)查了非晶、結(jié)晶性聚苯乙烯以及帶有側(cè)基的聚α甲基苯乙烯在二硫化碳溶劑中的凝膠化行為與結(jié)構，得出了許多新結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了新的非結(jié)晶性高分子凝膠體系以及凝膠導致的異常各向異性結(jié)構。
研究發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯在二硫化碳中的凝膠化為熱力學的一級相轉(zhuǎn)變，凝膠化初期，交聯(lián)點的結(jié)構有溫度、時間依賴性。此一結(jié)果推翻了前人認為凝膠化與玻璃化轉(zhuǎn)移點相關聯(lián)的結(jié)論。
研究還發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯在溶液中的凝膠化明顯區(qū)別于結(jié)晶過程。側(cè)鏈結(jié)構對凝膠化有極大的影響。隨溫度下降，分了鏈間相互作用增強，而側(cè)鏈的運動性減低，使分子間易交錯堆砌（stacking），形成交聯(lián)點。
對凝膠化動力學研究的結(jié)果表明：高分子濃度與凝膠化溫度之間換算關系成立，由此導出了高分子凝膠的普適換算關系式。