聚乙烯（PE）与聚苯乙烯（PS）作为产量大、应用广的两类通用塑料，其废弃后产生的海量废弃物亟需经济高效的回收利用策略。通过引入嵌段共聚物作为相容剂对PE/PS共混体系进行增容改性，是提升回收塑料性能、实现高值化利用的重要途径。其中，兼具长PE链段与聚苯乙烯（PS）嵌段的乙烯-苯乙烯多嵌段共聚物，被认为是PE/PS共混体系增容剂的最优选择。然而，乙烯与苯乙烯单体在电子效应与空间体系上差异显著，自由基、阴离子、阳离子及传统齐格勒-纳塔配位插入等常规聚合方法难以实现两者的有效共聚；四族金属催化剂催化乙烯与苯乙烯共聚时，仅能得到以交替结构为主的共聚物，无法构建长序列嵌段结构。目前，仅茂基稀土钪催化剂可催化生成含较长PE链段和sPS链段的乙烯-苯乙烯多嵌段共聚物，但对其催化体系的精准调控仍面临挑战。本研究通过N-杂环茂稀土钪催化剂的结构设计，实现了乙烯与苯乙烯的可控序列共聚合，成功制备了兼具长PE链段与sPS嵌段的多嵌段共聚物，并对其物理力学性能进行了系统研究，为PE/PS共混体系的高效增容提供了新型催化解决方案。

  2026年9月28日，相关研究成果以"Synthesis of Ethylene-Styrene Copolymers by N-Heterocycle-Fused Scandium Catalysts: Tuning Mechanical Properties and Enhancing LDPE/PS Compatibility"为题发表于Macromolecules。论文第一作者为中国科学院长春应用化学研究所博士生王博，通讯作者为李世辉研究员与张震博士后。

  近日，中科院长春应化所研究团队设计合成了4种N-杂环稠合茂钪催化剂（图1）。在乙烯-苯乙烯共聚合反应中，配合物2展现出最高催化活性，达2.47 × 10? g·mol_Sc?1·h?1）（图2）。基于此，研究团队以配合物2为催化剂，系统考察了苯乙烯投料比、聚合温度等条件对共聚行为及产物微观结构的影响规律。13C NMR、WAXD、DSC及竞聚率分析结果证实，所得产物为兼具长PE链段与sPS嵌段的乙烯-苯乙烯多嵌段共聚物。

图1：N-杂环稠合茂钪催化剂1-4。

图2：N-杂环稠合钪催化剂1-4对苯乙烯和乙烯均聚及其共聚合的催化活性。

  E-St共聚物的力学性能与其微观结构和组成密切相关（图3）。当苯乙烯含量为73.1 mol%时，共聚物呈现硬脆断裂特征（σ_B = 57.0 MPa，ε_B = 6.2%），力学性能优于商业间规聚苯乙烯（σ_B = 38.1 MPa，ε_B = 3.4%）；而当苯乙烯含量低于62.9 mol%时，材料发生韧脆转变，其中苯乙烯含量为28.8 mol% 的共聚物非缺口抗冲击强度高达125 kJ/m2，甚至超过了高密度聚乙烯（HDPE）的抗冲击强度（98 kJ/m2）。

图3： E-St共聚物和sPS的应力-应变曲线及E-St共聚物、sPS和HDPE的抗冲击强度。

  该E-St共聚物可作为LDPE/GPPS共混物的增容剂。系统考察了共混温度、共聚物添加量及共聚物组成对增容效果的影响（图4-6）。结果表明，该共聚物能显著改善LDPE与GPPS之间的界面相容性，有效降低界面张力并细化分散相粒径；随共聚物添加量的增加，共混物力学性能持续提升，冲击强度由12 kJ/m2逐步提高至25 kJ/m2，增容效果显著。

图4：共混温度对LDPE/GPPS/E-St共混物力学性能影响规律

图5：共聚物掺入量对LDPE/GPPS/E-St共混物的影响规律

图6：苯乙烯含量对LDPE/GPPS/E-St共混物的影响规律

  综上所述，本研究开发的N-杂环稠合茂钪催化剂成功实现了含长PE链段与PS链段的乙烯-苯乙烯多嵌段共聚物的精准合成。所得共聚物兼具优异的力学性能与显著的LDPE/GPPS增容效果，为PE/PS等混合塑料废弃物的高效回收利用开辟了新途径。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6c01702