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大分子材料功能中心

Macromolecule material center

大分子材料平台组建将分为以下三个部分:合成化学实验室、分离与表征实验室、加工与性能测试实验室。 合成化学实验室主要从事单体、催化剂、聚合物的制备技术,包括功能单体、新型配体、高效催化剂的设计、合成与应用,易位聚合、配位聚合、离子聚合、自由基聚合等的精准聚合及反应工程技术;分离与表征实验室聚焦环状聚合物与长链聚合物的分离技术,包括饱和长链、双键长链、共轭双键链、环状链等四种碳氢聚合物,以实现微结构分析、分子量及分布、结晶、流变、热性能、聚集态形貌与尺度等大分子特征的精确表征;加工与性能实验室则通过自组装和多尺度加工,制备纯样、高分子合金、复合材料、纤维、薄膜、凝胶及精确样条,测试力学及其他物理性能,尤其是柔性材料的断裂力学与寿命预测。重点研究方向包括:(1)烯烃聚合反应;(2)开环聚合反应;(3)新型偶联反应。

大分子功能平台--新材料研究领域

大分子材料与信息、环保、健康、安居、能源、交通、航空、航天、军工等紧密相关。目前全球的所有材料中,大分子材料占总量的一半以上。中国目前30%以上的高分子材料需要进口,包括各类高性能、特种、改性的高端大分子材料产品。针对这一现状,我们将从碳碳结合方式着手,重点研究碳碳单键的饱和长链、碳碳双键的不饱和长链及环状链以及碳碳共轭等三类大分子材料分别聚焦特种聚烯烃材料、高性能弹性体、光电聚合物的研发。大分子材料中心重点研究方向包括:(A)碳碳单键大分子; (B)碳碳双键大分子;(C)共轭大分子。

A、碳碳单键大分子:特种聚烯烃材料

聚烯烃材料性能优异且成本低廉,已逐渐代替金属和某些无机非金属材料,在体积上约为世界钢铁产量的1.3倍。 2015年国内对于聚乙烯和聚丙烯的需求量已达到4500万吨,其中有近30%需要依赖进口。大分子材料平台通过链结构调控等关键精准催化技术的突破,进行碳碳单键大分子的三项重点项目:无缠结超高分子量聚乙烯、功能聚烯烃、聚烯烃嵌段共聚物。

与普通聚乙烯塑料相比,超高分子量聚乙烯具有更加优越的力学强度与耐磨性,广泛应用于防弹头盔、人造纤维、人造关节和高强体育器材、精密机械、航空航天等领域。大分子平台的重点项目之一将获得无缠结超高分子量聚乙烯“纳米蚕茧”关键技术的突破,在进一步提高材料性能的同时,打破了加工技术瓶颈,实现了绿色加工。

功能聚烯烃材料广泛应用于功能薄膜、绿色包装、电绝缘体、热熔粘合剂、柔性电子和绿色印刷等新兴领域。传统制备聚烯烃的方法,无法实现高附加值的产品。团队从催化剂和极性单体设计的角度同步出发,在烯烃聚合过程中引入少量极性基团,从根本上认识催化剂金属活性中心在聚合过程中与极性单体的协同作用规律,提出解决催化过程中催化剂失活和抑制副反应发生的终极方案,实现功能化聚烯烃的大规模制备。

B、碳碳双键大分子:高性能弹性体、C5高分子和环状聚合物

橡胶等弹性体因独特的高弹性广泛应用于各行业,我国也成为世界上最大的橡胶消费国。虽然作为世界第一大轮胎生产国,但是低端产品为主,无法满足各应用领域中的高端需求。石油裂解C5 馏分中的一个重要烯烃,环戊烯可以作为新型弹性体,双环戊二烯可以作为第三单体和与乙烯、丙烯共聚合制备的三元乙丙橡胶,制备高强度的密封材料和高端轮胎材料,大量用于汽车、船舶、航天、医疗、家电等领域。通过仿生原理与分子设计,分子量、单体序列、空间立构、端基等精确可控聚合方法,加工混炼新方法,磨损、开裂、老化机理,解决高性能弹性体、C5高分子的核心技术与关键科学问题。

目前,普通的高分子材料都是线性的,环状聚合物具有独特的拓扑结构。环状聚合物不易缠结,加工性能更优异,具有较高的结晶度、机械强度和热稳定性。本项目基于Grubbs新型催化剂,合成具有环状结构的高分子,在解决基本前沿科学问题同时,开发新应用领域的核心技术。

C、碳碳共轭大分子:光电聚合物

光电聚合物是一类具有特殊的光学、电学性质的高分子材料,其中研究最为广泛的就是共轭聚合物。共轭聚合物具有π电子共轭离域的高分子长链,这种特殊的化学结构使得聚合物主链上的电子受到光激发时更易发生能量迁移,荧光信号得到大大增强,同时共轭聚合物因其结构中离域π电子的存在而具有较低的能隙,并具有半导体的特性,是当前材料科学的前沿研究课题,具有重要的科学意义和商业应用价值,备受学术和工业界关注和研究。

我们将通过开展新型偶联反应和易位聚合研究,从新型功能分子的设计、合成与组装,探索具备产业化应用前景的高性能材料。