烯烃嵌段共聚物(OBC)作为新型高端聚烯烃材料的杰出代表，凭借其独特的微观链结构，能够充分发挥各嵌段的性能优势。除了远超传统无规共聚物的热稳定性和力学性能外，OBC还被视为高效的非反应性增容剂，在恢复混合回收塑料的性能与价值方面展现出巨大的潜力。等规聚丙烯(iPP)因其高的熔点和高力学强度而受到青睐，将其作为OBC的硬嵌段与丙烯/1-辛烯共聚柔性软嵌段相结合，可获得出兼具高熔点、高强度和高韧性的新型iPP基多嵌段OBC。这类材料不仅展现出卓越的弹性体性能，还在提高废旧乙丙混合塑料性能方面展现出高效的增容能力。
尽管OBC卓越的性能吸引了学术和工业界的广泛关注和投入，但是结构明确、灵活可调的多嵌段OBC的可控合成仍然面临挑战。链穿梭聚合虽然能高效合成统计多嵌段OBC，但是其复杂的双催化体系抬高了生产成本并增加了工艺难度。而传统的活性聚合方法则存在生产效率低下，反应条件苛刻的问题，且大部分OBC产品仅停留在二嵌段阶段。因此，探索并开发多嵌段OBC的高效、精准合成路径，以推动OBC从实验室走向大规模工业化应用，无疑成为了当前聚烯烃领域的重要研究方向与热点挑战。
天津大学潘莉教授团队经过近十年的探索和积累，开发了利用单一催化剂的配位链转移聚合(CCTP)原理实现系列聚烯烃OBC可控合成的高效方法，不仅克服了传统活性聚合低催化效率以及反应条件要求苛刻的局限，又突破了链穿梭聚合中对双催化剂体系的严格匹配要求，还可实现类似于活性聚合体系对聚合物结构组成与性能高效可控调性，为高性能OBC提供了一种最优的合成方案。
在本研究中，通过精准调整OBC的总嵌段数、各嵌段长度、1-辛烯插入率，在保持高熔点的同时，获得了力学性能可调的聚丙烯基弹性体。如图2所示，所得五嵌段OBC在强度(可达24 MPa)与韧性(伸长率可达1300%)相较二嵌段OBC显著提升的同时，弹性回复率仍可达到74%。这种兼具高熔点、高强度、高弹性回复的聚丙烯基弹性体，综合性能优于目前市售的OBC商品，引领聚烯烃材料向高性能、高值化发展的趋势，在汽车、电子、日用品、家电、鞋材、电缆及聚烯烃改性等领域显示出极具潜力的应用前景。
除作为高性能弹性体外，本研究制备的多嵌段OBC还被作为增容剂，以探究其在乙丙塑料混合回收中的应用。如图3所示，向回收后的废旧聚乙烯/聚丙烯混合物中添加少量多嵌段OBC，能够显著提升熔融共混物的力学性能，将原本呈脆性(断裂伸长率小于30%)的乙丙共混物转变为韧性材料(断裂伸长率大于600%)。此外，本研究还通过挤出吹塑工艺分别以不添加和添加多嵌段OBC的回收乙丙共混物为原料制备了相同尺寸的样品瓶，以探究多嵌段OBC在实际废旧聚烯烃循环应用场景中对于不相容混合塑料力学性能的提升作用。如图可见，相对于未添加OBC作为改性剂的废旧混合材料，混合时添加10% OBC的废旧料制备的样品瓶表现大幅提升的尺寸稳定性和力学性能。
图3 典型丙烯基多嵌段OBC的增容效果
相关论文发表在Chemical Engineering Journal上，天津大学博士研究生康宇泽为文章的第一作者，潘莉教授为本文通讯作者。该研究工作获得中石油上海新材料研究院的大力支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155003
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