隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)界愈加重視環(huán)境保護(hù)和綠色可持續(xù)發(fā)展。其中，由廢舊高分子材料引發(fā)的“白色污染”問(wèn)題，是人們一直以來(lái)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。一方面，尋求開(kāi)發(fā)更為環(huán)保的可降解高分子材料，或者探索傳統(tǒng)高分子材料的無(wú)污染降解方法;另一方面，致力于提高廢舊高分子材料的回收利用率。聚乙烯(PE)和等規(guī)聚丙烯(isotactic polypropylene，iPP)是目前用量最大的塑料品種，約占世界塑料總量的2/3，年產(chǎn)量分別約為7000萬(wàn)噸和5000千萬(wàn)噸。雖然兩者在化學(xué)組成和聚合物結(jié)構(gòu)上非常相似，但是卻彼此不混溶，這就使得回收PE和iPP制品時(shí)，必須經(jīng)過(guò)分類處理后才能進(jìn)行有效再利用。如果不分類而直接簡(jiǎn)單混溶，所得材料呈脆性，沒(méi)有使用價(jià)值。而分類這兩種性質(zhì)接近的塑料成本較高，附加值較低(約5%)，同時(shí)也增加了能耗，不符合綠色化學(xué)的發(fā)展要求。

　　近日，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)Frank S. Bates、康奈爾大學(xué)Anne M. LaPointe和Geoffrey W. Coates等人采用等選擇性(isoselective)烯烴聚合催化劑——吡啶基氨基鉿(pyridylamidohafnium catalyst)制備了PE/iPP多嵌段共聚物。該類多嵌段共聚物作為增容劑，能夠?qū)⑸虡I(yè)化的PE與iPP進(jìn)行有效粘結(jié)，解決了PE/iPP混合產(chǎn)品機(jī)械性能差的問(wèn)題。

　　圖1. PE/iPP嵌段共聚物的合成。圖片來(lái)源：Science

　　該嵌段聚合物具有交替的PE和iPP結(jié)構(gòu)單元。當(dāng)其與PE、iPP均聚物共混時(shí)，鏈段結(jié)構(gòu)中的PE段、iPP段分別與純PE組分和純iPP組分融合，起到“粘合劑”的作用。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)節(jié)乙烯和丙烯的單體量、反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行嵌段聚合物結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)，分別制備了不同嵌段長(zhǎng)度的PE/iPP二嵌段共聚物和四嵌段共聚物。為了評(píng)價(jià)這些嵌段共聚物對(duì)PE和iPP的粘合作用，研究團(tuán)隊(duì)用熔融壓模法制備了PE/iPP以及PE/嵌段聚合物/iPP疊層結(jié)構(gòu)材料，隨后進(jìn)行剝離實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，不含“粘合劑”的疊層結(jié)構(gòu)材料很容易就被剝離，而添加“粘合劑”——PE/iPP二嵌段聚合物和四嵌段共聚物——均能明顯提高疊層結(jié)構(gòu)材料的剝離強(qiáng)度。對(duì)于二嵌段聚合物，大分子量的嵌段鏈段更容易進(jìn)入PP/iPP微晶區(qū)，因此展現(xiàn)出更強(qiáng)的增容作用。而四嵌段共聚物的作用機(jī)制卻不同，其分子結(jié)構(gòu)決定了一半的iPP段和PE段分別與熱力學(xué)不相容的聚合物相接觸，這意味著熔融壓合時(shí)的界面混合產(chǎn)生了纏結(jié)環(huán)，在層壓體冷卻時(shí)的結(jié)晶過(guò)程中，這些纏結(jié)環(huán)有效地將均聚物膜和嵌段共聚物膜“縫”在了一起(下圖)。

　　不同嵌段聚合物增容(粘合)后商業(yè)化PE/iPP的撕裂強(qiáng)度。圖片來(lái)源：Science

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，未添加PE/iPP多嵌段聚合物作增容劑的PE/iPP混合物，機(jī)械性能較差，而添加5 wt%四嵌段共聚物PP60PE80PP75PE90，則能有效的改善混合物的相容性(相分離產(chǎn)生的聚合物顆粒粒徑由2.2微米降低到0.55微米)。同時(shí)，添加嵌段共聚物后PE/iPP混合物的拉伸伸長(zhǎng)率得到顯著改善，展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能(如下圖)。

　　PE/iPP共混后的單軸拉伸伸長(zhǎng)率測(cè)試。圖片來(lái)源：Science

總結(jié)

　　聚合物之間的相容性問(wèn)題給PE/iPP的回收循環(huán)利用帶來(lái)了諸多問(wèn)題。本文研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)新型催化劑的開(kāi)發(fā)和利用，制備了結(jié)構(gòu)和分子量可控的乙烯和丙烯的多嵌段聚合物。該嵌段聚合物與PE/iPP分別存在較強(qiáng)的界面作用，實(shí)現(xiàn)良好的界面增容效果，有效的解決了PE/iPP混合后的脆性問(wèn)題。該研究中的嵌段聚合物界面增容機(jī)理能夠進(jìn)一步擴(kuò)展到其他相容性較差的聚合物體系，可用于高分子材料的高效回收利用或新型高性能復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)。