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我国高分子材料反应加工研究获系列创新成果

时间：2007-10-09

由中国科学院长春应用化学研究所和华东理工大学、中科院化学所、天津大学、上海交通大学、浙江大学等6个单位联合承担的国家自然科学基金重大项目“高分子材料反应加工过程的化学与物理问题研究”，经过4年多的联合攻关取得了多项既具有重要理论意义、又具有重大实际应用价值的系列创新性成果。2007年9月16日，该项目通过了国家自然科学基金委组织的项目验收，评定项目实施等级为：特优。

高分子材料反应加工是材料科学发展的前沿领域之一，是集高分子材料合成、制备及工程化为一体的新兴科学与技术。近20年来，欧、美、日等发达国家在该领域的研发异常活跃，每年发表科学论文逾千篇，利用该技术成功开发出的数百种新型高分子材料，已广泛应用于汽车、家电、包装、电子、信息和农业等领域。与此相比，我国在高分子材料反应加工方面还存在一定差距。

为建立和发展具有我国自主知识产权、在国际上有影响力的高分子材料反应加工的新理论、新原理和新方法，解决高分子材料反应加工过程中的核心科学问题，推动我国高性能化、功能化高分子材料的研发和产业化，长春应化所等6单位的科技人员在国家自然科学基金委重大项目的支持下，于2003年5 月开展了高分子材料反应加工过程的基础和应用基础研究。研究内容主要包括：烯类单体本体聚合反应挤出机理与动力学的研究；聚烯烃功能化、合金化的化学反应机理及副反应的控制；加工过程中聚烯烃降解和反应的控制原理及应用；聚合物在反应挤出过程中的结构形态演变及其性能研究；反应挤出中聚合物复杂体系化学流变学与运输过程的研究；聚合物反应加工过程的模拟与仿真；反应挤出中流体混合、分散及其与反应过程耦合的研究等。

在项目研发中，他们聚焦我国高分子材料反应加工过程急需解决的重大基础和应用基础问题，充分发挥多学交叉、联合攻关的优势，选择量大、面广的苯乙烯系列树脂和聚烯烃功能化、高性能化为重点研究对象，着力反应加工新理论、新原理和新方法等核心科学问题的原始创新和具有我国自主知识产权专利技术的开拓，相互交叉、相互配合、相互促进，经过4年多的顽强拼搏和不懈开拓，取得了系列在国内外具有影响力和重要突破的重大创新成果：

实现了苯乙烯及苯乙烯／二烯烃共聚的本体阴离子活性聚合及嵌段聚合，建成了世界上第一条嵌段聚烯烃本体聚合生产线；研发了系列新型功能单体和引发功能单体与聚烯烃反应挤出接枝的新型催化体系，揭示了反应机理、历程及动力学特征，为实施聚烯烃功能化提供了理论基础和专利技术；阐明了降解作用对聚丙烯及其合金材料的分子参数、聚集态结构及性能的影响，发展了制备高性能丙纶纤维的新方法；建立了可视化双螺杆挤出机——光散射在线采集与分析系统和聚烯烃原位合金化的在线分析系统，阐述了多相聚合物相结构的形成与演变规律；发展了聚合物熔体化学流变学实验测量与理论分析方法，揭示了流场对于聚合物熔体耦合、接枝、降解、界面等反应动力学的作用规律，开发了聚合物链形态流变计算分析平台；采用微观、介观、宏观数值模拟方法和计算机仿真，模拟了聚合物反应加工中化学反应动力学、伴随反应的形态生成与演变等过程，为工艺过程和参数的设计提供了帮助和指导；设计合成了大分子示踪剂，结合计算流体动力学、多级旁路反应器模型和解卷积的方法，解决了挤出机中物料局部RTD和大分子物料RTD测定的难题。

该项目研发的用功能化聚乙烯生产的农用棚膜，与国内同类产品相比，流滴期（表征棚膜具有亲水性的持续期）由3－4个月提高到12个月以上，消除了因流滴失效引起的棚温下降、病虫害和瓜果蔬菜霉变腐烂等问题，既为农民增产增收提供了保障，又延长了更换棚膜的周期，节约了种植成本和资源；将研发的新材料用于金属丝/带增强的聚烯烃连续塑料输油/气/水管。与金属管相比，该产品适合含腐蚀介质的油、气、水的输送，便于在不同地形地貌长距离铺设，保温性能好，内壁光滑不易结蜡，输油中发生的原油泄漏现象减少，产品由长春高祥特种管道有限公司生产，在大庆、吉林、胜利、新疆、中原等油田得到广泛应用；用研发的新材料制作的一次性医用输注器械和与市场上用聚氯乙烯制作的同类产品相比，新产品对用于治疗心血管、肿瘤和糖尿病的药物无吸附、保证了用药的准确性，不发生增塑剂迁移污染药液、危害患者健康的问题，无细胞毒性，无皮内刺激反应，无致敏反应，无遗传毒性，无致癌性。该成果在山东威高集团有限公司转化，产品畅销国内外，被国家质量监督检验检疫总局授予“中国名牌产品”。

项目实施期间，共发表研究论文254篇，其中国际刊物188篇、国内核心刊物66篇、SCI收录210篇、EI收录233篇；国际会议特邀报告6篇、分组报告37篇，全国性会议特邀报告13篇；出版专著、译著4部；申请专利46项，其中国际专利3项，中国专利43项、已获权12项；获省部科技进步一等奖1项、中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）一等奖1项；可推广科技成果17项、已推广7项，新增利税1.88亿元、新增利润2.21亿元、新增产值13.19亿元、创外汇559.0万美元。

该项目获得的理论成果发展和丰富了高分子材料科学的内涵，扩大了我国该领域在国际上的影响力，同时研发的系列功能化和高性能化高分子新技术和新材料，也促进了我国高分子材料制备与加工技术的进步和创新，为解决我国当前高分子材料结构性短缺和结构性过剩发挥了重要作用。