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

1、附件3項(xiàng)目編號(hào)：大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目申 報(bào) 書 創(chuàng)新項(xiàng)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 沈童 學(xué)校名稱： 寧波大學(xué) 申報(bào)日期： 2015.01.04 項(xiàng)目類別：個(gè)人項(xiàng)目 團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃實(shí)施辦公室 制填寫說(shuō)明一、申報(bào)書要按照要求，逐項(xiàng)認(rèn)真填寫，填寫內(nèi)容必須實(shí)事求是，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)。二、格式要求：申報(bào)書中各項(xiàng)內(nèi)容以Word文檔格式填寫，表格中的字體為小四號(hào)仿宋體，1.5倍行距；表格空間不足的，可以擴(kuò)展或另附紙張；均用A4紙雙面打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。三、申報(bào)書由所在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)審查、簽署意見并加蓋公章后，一式1份（原件），報(bào)送浙江省大學(xué)生科

2、技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃實(shí)施辦公室。一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱線性-超支化嵌段聚合物的合成與增容研究項(xiàng)目性質(zhì)（）基礎(chǔ)研究 （）應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目來(lái)源（）自主立題 （）教師指導(dǎo)選題起止時(shí)間自 2015年3月 至 2016年 3月項(xiàng)目狀況1、研發(fā)階段 2、中試階段 3、批量（規(guī)模）生產(chǎn)（選項(xiàng)打）申請(qǐng)人姓名沈童性 別男出生年月1994-12入學(xué)年月2013.9所在院系材料科學(xué)與工程聯(lián)系電子信箱708801107項(xiàng) 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(xué)與工程聚合物的合成吳志昂21男材料科學(xué)與工程聚合物的合成張夢(mèng)娜18女材料科學(xué)與工程聚合物的表征測(cè)試

3、李?yuàn)W凡19女材料科學(xué)與工程聚合物的表征測(cè)試項(xiàng)目指導(dǎo)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(shè)計(jì)與可控聚合、金屬有機(jī)催化近三年獲獎(jiǎng)成果：國(guó)家級(jí)_等獎(jiǎng)_項(xiàng)，省部級(jí)_等獎(jiǎng)_項(xiàng)近三年科研經(jīng)費(fèi)_45_萬(wàn)元，年均_15_萬(wàn)元項(xiàng)目主要內(nèi)容簡(jiǎn)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(yīng)用。雖然傳統(tǒng)的接枝或嵌段結(jié)構(gòu)聚合物增容劑在一定程度上彌補(bǔ)了聚烯烴的不足，但是分子量與面密度兩個(gè)要素往往互相制約。因此，從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，合成更加有效的增容劑是擴(kuò)展聚烯烴應(yīng)用領(lǐng)域的重要途徑之一。受大自然中植物根系的啟發(fā)，我們?cè)鴦?chuàng)新的將超支化結(jié)構(gòu)引入到增容劑中，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)本身的差異，雖然存在強(qiáng)的氫鍵作用，共混界面粘合度仍不夠強(qiáng)，界面開裂現(xiàn)象仍然存在。隨之產(chǎn)生的新問(wèn)題促使我們?cè)O(shè)計(jì)第二代線性-超支化增容劑。在本項(xiàng)目中，我們不僅將超支化結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)出與植物根系更加接近的一系列增容劑。二、項(xiàng)目的研究目的及意義1、申請(qǐng)項(xiàng)目的必要性、目的及意義申請(qǐng)項(xiàng)目的必要性;隨著科學(xué)技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)材料提出了新的要求，其中高性能化、復(fù)合化等是今后高分子材料科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。我省

5、高分子工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，擁有多家頗具實(shí)力的高分子材料生產(chǎn)企業(yè)，因此新材料的研發(fā)在本省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中顯得尤為重要。盡管我國(guó)高分子材料科學(xué)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用基礎(chǔ)的研究水平在個(gè)別領(lǐng)域已接近或達(dá)到世界領(lǐng)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，無(wú)法滿足市場(chǎng)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(yán)重制約了聚烯烴材料的應(yīng)用領(lǐng)域。若能夠設(shè)計(jì)出一種效果突出的新型增容劑，將會(huì)彌補(bǔ)聚烯烴的不足。而本項(xiàng)目研發(fā)的新型增容劑若成功的應(yīng)用在材料共混領(lǐng)域，將為企業(yè)發(fā)展提供良好的契機(jī)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。本項(xiàng)目的目的既要加強(qiáng)基礎(chǔ)理論

6、研究，又要為發(fā)展新興技術(shù)與高技術(shù)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(xué)發(fā)展的指導(dǎo)，所以有必要加強(qiáng)復(fù)合材料本身的基礎(chǔ)理論研究，從而指導(dǎo)高分子工業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2、項(xiàng)目的背景、主要內(nèi)容、技術(shù)水平及應(yīng)用范圍項(xiàng)目的背景：聚烯烴具有低極性、疏水性好以及耐化學(xué)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(jié)構(gòu)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(bǔ)聚烯烴的不足，擴(kuò)展聚烯烴的應(yīng)用領(lǐng)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(zhǎng)度以及增容劑在共混界面的面密度。然而，這兩個(gè)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(jié)的發(fā)生，然后分子量增加后導(dǎo)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(jié)，導(dǎo)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(gè)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(shí)用價(jià)值。近期，我們課題組受到植物發(fā)達(dá)根系的啟發(fā)，從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，將超支化結(jié)構(gòu)引入到增容劑中，設(shè)計(jì)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(xiàn)，超支化結(jié)構(gòu)的多羥基末端能夠與極性本體產(chǎn)生相互作用，從而有效的防止增容劑的拔出。同時(shí)超支化結(jié)構(gòu)又具有低粘度的特性，故而同時(shí)增加了其在兩項(xiàng)界面的面密度。線性-超支化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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?cè)谠鋈菥垡蚁?聚甲基丙烯酸甲酯共混體系時(shí)，仍然發(fā)現(xiàn)共混界面粘合度不夠強(qiáng)，界面開裂現(xiàn)象仍然存在。分析其原因，雖然超支化聚醚多羥基末端結(jié)構(gòu)與聚甲基丙烯酸甲酯之間存在強(qiáng)的氫鍵作用，但兩者結(jié)構(gòu)本身的差別使其相容性不夠好，影響了增容效果。本項(xiàng)目主要內(nèi)容：在本項(xiàng)目中，我們不僅創(chuàng)新的將超支化結(jié)構(gòu)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(jìn)一步采用ATRP的方法，將PMMA接到超支化羥基的末端，從而設(shè)計(jì)出與植物根系更加接近的一系列增容劑（如圖所示）。技術(shù)水平及應(yīng)用范圍：而相比之下，由于合成方法的困難，僅有少量關(guān)于聚乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯共混增容劑的報(bào)道。例如，二甲基硅橋聯(lián)茚催化劑在甲基鋁氧烷助催化下，通過(guò)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(jié)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(guò)結(jié)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(xiàn)報(bào)道的增容劑的結(jié)構(gòu)仍然是基于普通的接枝或嵌段共聚物，而我們?cè)O(shè)計(jì)合成的增容劑結(jié)合了線性結(jié)構(gòu)與超支化結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，不僅將聚乙烯的非極性、結(jié)晶性等特性保留，同時(shí)引入了超支化結(jié)構(gòu)的低粘度以及大量末端羥基的特性，因此設(shè)計(jì)理念更具優(yōu)勢(shì)。而且作為第二代線性-超支化聚合物增容劑，其技術(shù)水平較之第一代結(jié)構(gòu)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(lǐng)域具有重大的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。3、實(shí)施該項(xiàng)目所具備的基礎(chǔ)、優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域基礎(chǔ)：本項(xiàng)目立足于

11、高分子科學(xué)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(chǔ)相對(duì)雄厚，因此具備應(yīng)用基礎(chǔ)研究的地位位置的基礎(chǔ)與優(yōu)勢(shì)。技術(shù)儲(chǔ)備及人員優(yōu)勢(shì)：本項(xiàng)目依托指導(dǎo)教師的國(guó)家青年基金項(xiàng)目，是在第一代線性-超支化嵌段聚合物增容劑基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，技術(shù)儲(chǔ)備雄厚，合成方法成熟，因此具備了開展研究的各項(xiàng)基礎(chǔ)。本項(xiàng)目負(fù)責(zé)人專業(yè)成績(jī)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(xiàng)目的實(shí)施。項(xiàng)目參與人中章文沖為高年級(jí)本科生，已經(jīng)參與了導(dǎo)師的第一代線性-超支化聚合物增容劑的項(xiàng)目研究，因此積累了一定的合成的經(jīng)驗(yàn)，具備開展本項(xiàng)目的能力。其他參與項(xiàng)目的低年級(jí)學(xué)生，也已經(jīng)參與到了指導(dǎo)老師現(xiàn)有的其他課題中，因此人員結(jié)構(gòu)合理

12、。此外，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中我們還能夠向課題組的高年級(jí)研究生學(xué)習(xí)并獲取經(jīng)驗(yàn)，有利于項(xiàng)目順利的展開和解題。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)：科學(xué)研究是探知未知事物的過(guò)程，失敗風(fēng)險(xiǎn)在所難免，但是，基于以上基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)，相信能夠取得預(yù)期效果。4、項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)計(jì)劃目標(biāo)：首先，從增容劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，在第一代線性-超支化嵌段聚合物增容劑的基礎(chǔ)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(jìn)一步提高增容劑的增容效果，提高材料各項(xiàng)性能指標(biāo)。并申報(bào)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中試。三、預(yù)期成果、知識(shí)產(chǎn)權(quán)形成及經(jīng)濟(jì)、

13、社會(huì)效益分析1、 項(xiàng)目的預(yù)期成果及知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬情況預(yù)期成果：預(yù)期發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文1-2篇。申報(bào)發(fā)明專利1-2項(xiàng)。知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬：知識(shí)產(chǎn)權(quán)按照國(guó)家及學(xué)校有關(guān)規(guī)定，不存在歸屬糾紛。2、 項(xiàng)目的市場(chǎng)前景分析市場(chǎng)前景分析：浙江省高分子工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，新材料的生產(chǎn)和加工也在走在國(guó)內(nèi)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，無(wú)法滿足市場(chǎng)的需求。聚烯烴與極性聚合物之間的相容性極差，嚴(yán)重制約了聚烯烴材料的應(yīng)用領(lǐng)域。若能夠設(shè)計(jì)出一種效果突出的新型增容劑，則將會(huì)彌補(bǔ)聚烯烴的不足。本項(xiàng)目所研發(fā)的增容劑若成功的應(yīng)用，將為上述企業(yè)發(fā)展提供良好的契機(jī)，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。3、 項(xiàng)目的盈利能力分析及

14、財(cái)務(wù)預(yù)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(xué)發(fā)展的指導(dǎo)，所以我們科研的目的既要加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，設(shè)計(jì)合成新型有效的增容劑，進(jìn)一步為發(fā)展新興技術(shù)與高技術(shù)提供新材料，謀求獲得相關(guān)企業(yè)資金支持，共同開發(fā)產(chǎn)品，最終創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)效益。財(cái)務(wù)預(yù)算：1材料、試劑、耗材費(fèi)5000元2知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)費(fèi)，出版費(fèi)3000元3辦公費(fèi)2000元4總計(jì)10000元4、 項(xiàng)目的社會(huì)效益分析社會(huì)效益分析：隨著科學(xué)技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)材料科學(xué)提出了各種各樣新的要求，其中高性能化、高功能化、復(fù)合化是今后高分子材料科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。我國(guó)高分子材料科學(xué)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用基礎(chǔ)的研究水平盡管在個(gè)別領(lǐng)域已接近或達(dá)到世界領(lǐng)先地位

15、，但與國(guó)際先進(jìn)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(jīng)濟(jì)比重，寧波周邊區(qū)縣具有雄厚的高分子材料工業(yè)基礎(chǔ)，因此，新材料的研發(fā)在本省社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(xué)發(fā)展的指導(dǎo)，所以我們科研的目的既要加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，又要為發(fā)展新興技術(shù)與高技術(shù)提供新材料。其中加強(qiáng)復(fù)合材料本身的基礎(chǔ)理論研究，如界面對(duì)性能的影響，界面結(jié)構(gòu)的表征，界面結(jié)合的優(yōu)化條件，利用仿生技術(shù)發(fā)展新的更高性能的先進(jìn)復(fù)合材料等理論研究，終究會(huì)引領(lǐng)高分子工業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的社會(huì)效益。四、項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度方案12015年2月負(fù)責(zé)人組織討論會(huì)，細(xì)化分工，購(gòu)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(jié)構(gòu)的代數(shù)。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(cè)試。52015年9月-10月測(cè)試新型增容劑增容效果