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| 研究群體名稱 | 中國科學院長春應用化學研究所 | |
| 相關鏈接 | http://www.ciac.jl.cn/ | |
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中國科學院長春應用化學研究所（以下簡稱長春應化所）是隸屬于中國科學院的綜合性研究所，目前，長春應化所從事高分子科學和材料研究的有研究員38人（其中獲博士學位26人，獲碩士學位5人，博士生導師34人），副研究員和相當職稱者23人，博士研究生156人，碩士研究生97人，中國科學院院士2人，國家杰出青年基金獲得者8人， 中國科學院百人計劃8人。 長春應化所是我國從事聚合物科學和材料研究的重要研究所之一。早在20世紀50年代便開始了合成橡膠、大豆蛋白和纖維素的研究，是我國第一塊氯丁橡膠的誕生地（1950）。1956年開始高分子物理研究，1959年組建專門的火箭推進劑研究室，先后建成我國第一臺專門用于高分子輻射化學研究的鈷源（1960）和電子加速器（1964）。1965年完成鎳順丁橡膠的試驗室研究，經過在錦州石油六廠的3000噸規模的中間試驗，1971年在北京燕山橡膠廠建成15000噸/年的生產線，建成了分布在全國各地的6個合成橡膠廠，年生產能力達到40萬噸，于1985年獲得國家科技進步特等獎。用輻射法研制的耐輻照電纜用于我國第一個人造衛星“東方紅”，受到嘉獎。用輻射技術生產的“熱收縮材料”，推廣應用到電力工業，形成了我國的“熱縮材料”產業，并在1997年組建中國科學院第一個以研究所為主經營的上市公司。在研究多相和多組份聚合物體系基礎上形成的聚乙烯、聚丙烯、高抗沖聚苯乙烯、ABS改性和合金化技術，先后推廣應用于相關企業和行業，獲得了巨大的社會和經濟效益。 現在，在實施中國科學院知識創新工程的過程中，長春應化所進一步凝煉高分子科學研究的目標，加強研究隊伍的建設，加快研究技術平臺的建設和裝備的更新，已初見成效。目前長春應化所的高分子科學和材料研究，主要分布在“高分子物理和化學國家重點實驗室”、“高分子工程實驗室”、“環境友好和農業化學實驗室”。主要研究方向有：(1) 高分子的凝聚過程、凝聚狀態及軟物質特性；(2) 復雜聚合物體系的熱力學和動力學；(3) 功能聚合物分子工程；(4) 通用聚合物的結構控制和性能優化；(5) 生物醫用高分子；(6) 天然高分子的高值化利用；(7) 水基聚合物；(8) 聚合物納米材料和器件。 目前在研的代表性項目有： (1) CO2基聚合物： 由CO2的過度排放引起的溫室效應是世界性的環境問題。本項目將CO2與環氧丙烷共聚，既將CO2固定化，又開發出一種可生物降解的高分子材料。 采用有機鋅-稀土等三元催化劑，實現了CO2和環氧丙烷的交替共聚，提高了分子量，使產品可作為塑料直接使用。基本搞清了分子結構與聚合物Tg的關系，明確了提高材料使用溫度和改善低溫脆性的方向。 在完成120L聚合工程研究的基礎上，在內蒙古“蒙西集團”建立了以發電廠CO2廢氣為原料的3000噸/年規模的示范生產線，于2004年通過國家驗收。產品在國內外多家公司試用，已經開發出多種包裝和醫用產品。正在籌建分別以發電廠CO2廢氣和CO2油田氣為原料的30,000噸/年的生產線。 (2) 新型合成橡膠： 在多年稀土催化劑研究的基礎上，開發出了“稀土順丁橡膠(NdBR)”，基本采用“鎳順丁橡膠”的生產工藝和設備，生產出的橡膠具有更優異的結構和性能，特別適合于子午輪胎的制造，適應我國高速公路和轎車工業發展的需要。目前已在錦州石化公司實現1.5萬噸規模上的試生產，并通過了國內外多家輪胎公司的性能評價。 開發了一種新型的鐵基催化劑，實現了丁二烯的高1,2-聚合，從而開發出高1,2-聚丁二烯橡膠(HVBR)，這種橡膠滾動阻力很低，抗濕滑能力很強，是高速公路汽車輪胎用膠的又一個優良品種。已在錦州石化公司進行半工業化生產。 針對國內發展乙丙橡膠的需要，針對目前合成乙丙橡膠的釩催化劑的活性不高、對水份和空氣敏感、制備過程不環境友好等缺點，開發了一種新的釩催化劑，并且從V2O5出發合成該催化劑，從而克服了現有釩催化劑的各種缺點，有望在國內外乙丙橡膠企業技術改造中發揮重要作用。 國內煉油規模擴大，碳5資源必須合理利用。針對這一需要，長春應化所將進一步開發異戊二烯聚合及丁二烯與異戊二烯共聚合的稀土催化劑，進行中試和擴大試驗，為創建我國的合成異戊橡膠工業作貢獻。 (3) 乳酸類聚合物及其醫學應用： 聚乳酸的性能與聚乙烯、聚丙烯相當，又可被生物降解，被譽為“綠色塑料”，并被美國FDA批準在人體內使用.長春應化所開發一系列乳酸聚合的催化劑，如稀土、鈣、鍶、鋁、鋅、鐵催化劑，它們聚合活性高、聚合溫度低、能夠不同單體無規或嵌段共聚，鋁催化劑還能從外消旋的丙交酯出發，直接合成出左旋和右旋丙交酯的多嵌段聚合物，熔點比普通左旋聚乳酸高出20－30℃。 目前，從80％乳酸出發的“乳酸－丙交酯－聚乳酸”的生產工藝已在浙江“海正藥業”完成30噸/年規模中試，年產3000噸的生產線正在設計之中，可望在2年內投產。 針對醫用的特殊要求，完成了在5－10L聚合釜上的溶液聚合工藝研究，使聚乳酸、聚e-己內酯、乳酸/e-己內酯/羥基乙酸/環氧乙烷的二元或三元共聚物的生產能力達到公斤級。建立了乳酸類聚合物的管材、板材、薄膜、多孔膜、海綿體、纖維、注塑件的加工設備和方法，相關制品已完成或正在進行動物試驗的有：膽總管支架、輸尿管支架、髓腔銷釘、螺栓和螺釘、防粘連薄膜、骨、軟骨、皮膚和神經組織工程支架等。 以乳酸類聚合物為載體材料，制成了利福平、胰島素、白蛋白、紫杉醇、阿霉素等藥物的微米和納米膠囊，亞微米載藥纖維，完成了它們的體外釋放動力學和藥物活性研究，若干品種正在進行動物試驗。 通過獎乳酸類聚合物官能化，成功地將氨基酸、多肽、生物素、寡糖和紫杉醇、阿霉素等藥物鍵接到聚合物上，為發展高分子鍵合藥和免疫靶向藥奠定了基礎。 基于聚乳酸和聚e-己內酯的形狀記憶材料，可以低溫塑形，并可將變形恢復溫度調節到37-42℃，展現了美好的醫用前景。 (4) 發光聚合物及其器件： 本項目以開發有機薄膜晶體管(OTFT)，有機/高分子發光二極管(OLED/PLED)以及有機/高分子太陽能電池為目標，通過在有機和高分子功能材料、納米有機和雜化功能材料、薄膜物理、微加工、器件物理和器件工程六個方面的專業研究和聯合攻關，在有機光電材料與器件領域進行高技術創新，為創建我國有機光電子產業作貢獻。 針對大尺寸和柔性顯示屏的需要，發展了多個系列的電致發光材料和電荷傳輸材料。使用雙核的8-羥基喹啉鋁配合物和單核的Cu(I)配合物使固態熒光量子效率高達59%，且沒有明顯的濃度淬滅效應，在此基礎上，制備了在105 cd/m2 亮度下電流效率10.5 cd/A的綠光OLED器件；設計和合成了能量轉移型發光聚合物，蘭色[色坐標CIE (0.14, 0.20)]、綠色[CIE (0.31, 0.58)]和紅色[CIE(0.14, 0.20)]發光器件電流效率分別達3.0 cd/A，8.0 cd/A和1.5 cd/A；提出了使單一聚合物發白光的技術途徑，通過在聚合物中接入高效熒光染料，實現了“單一聚合物發白光”，電流效率4.0 cd/A，色坐標為CIE (0.32, 0.36), 而且色坐標基本不隨驅動電壓而改變。 通過設計和合成新型共軛分子，賦予材料自組裝特性，發展相應材料加工技術，控制有機共軛分子排列取向和調節分子間電子相互作用，從而控制器件的性能。其中包括在有機薄膜晶體管 (OTFT) 共軛小分子材料中引入特殊親水、親油基團，從而控制分子堆積的方向，獲得具有高遷移率和對環境穩定的OTFT材料；設計和合成具有確定結構的一維、二維和三維共軛齊聚物，特別是具有液晶性的共軛材料，例如重復單元數達16的可形成玻璃態的系列液晶性齊聚芴（oligofluorenes），并制備了具有高取向度的單疇膜，實現了高效、高偏振度的全色線性偏振電致發光二極管；將碳-60、碳-70、碳納米管和無機納米晶體進行化學修飾，賦予它們自組裝能力，實現納米圖案化，形成納米雜化光電功能材料。 利用機械粘附力為圖案化的驅動力，發展了基于界面粘附功的軟刻蝕技術，實現金屬電極與有機半導體小分子的干法圖案化，避免了濕法微加工中溶劑等對器件性能的損害，為發展適宜于未來塑性電子器件大面積加工過程提供新思路；利用嵌段聚合物的相分離特性，構建具有各種潛在技術價值的相結構形態，闡明形成高分子納米圖案和智能圖案的驅動力和影響因素，揭示高分子智能納米圖案形成演變機理，掌握調控納米圖案形態、尺寸、間距等的規律， 實現穩定、長程有序、大面積無缺陷納米智能圖案的動態設計。 通過材料設計、合成和純化、器件工程和物理等多種途徑，構建雙絕緣柵型有機晶體管 (LD OTFT)和夾心型有機晶體管 (SC OTFT)，實現了有機晶體管有源矩陣液晶顯示(OTFT-LCD)，模型器件性能達到國外同類產品水平；進行了無源矩陣有機發光顯示器件的穩定性、像素形成技術等方面的研究，制備出了紅、綠、藍七段數碼顯示器件和192´64點陣顯示器件；開展了有機晶體管驅動有機發光二極管的有源矩陣有機發光顯示器件的研究，研制出了單管驅動集成器件；通過有效地控制載流子的傳輸和激子的復合區域，設計制備出了高效率、高亮度、光譜穩定的白光有機發光二極管，最大效率12.4 cd/A , 6.8 Lm/W，最大亮度 12000 cd/m2；利用光學干涉的原理，研制了具有多層結構的低反射陰極，將流明反射率從普通器件的81%減小到0.9%，有效地降低了器件對環境光的發射，在照度為140勒克斯，器件亮度為100cd/m2時，對比度從普通器件的10:1提高到250:1；研制了基于不銹鋼襯底的具有微腔結構的柔性有機面發射器件，不銹鋼襯底、面發射結構、以銀代替ITO作為陽極、將等離子體聚合的CFx作為緩沖層等措施，簡化了工藝流程，提高了成品率，降低了注入勢壘，提高了發光效率。 (5) 結構可控烯烴聚合：（待補充） (6) 水基聚合物： 先后開展了水介質中水溶性高分子的分散聚合、微波催化高吸水性樹脂的合成、和水溶性單體的自由基活性聚合等方面的研究工作。 其中在第一項工作中已初步完成分散介質的選擇；完成了適用于陽離子型和兩性離子型分散體制備中所需的分散劑的合成和性能方面的研究；合成了DAC(丙烯酸乙酯基三甲基氯化胺)的均聚、與AAm(丙烯酰胺)的二元共聚以及DAC、AAm及丙烯酸的三元共聚物，考察了三類聚合物在分散聚合時作為分散穩定劑的性能以及對分散聚合的影響，發現分子量為5-8萬的二元共聚物對陽離子型和兩性離子型分散體的合成及分散體的穩定性方面有比較優異的性能；制備的陽離子型和兩性離子型分散體的性能超過現有國產粉體或水溶膠體的性能，達到國外同類產品的水平。 在第二項工作中通過對反應條件的控制以及淀粉與丙烯酸鈉單體配比的適當調節，制得了高吸水倍數的吸水樹脂，并發現了微波合成法制備的吸水性材料具有吸水速度快、反應周期短等特點；首次用固體核磁的方法對淀粉接枝水溶性單體的反應機理以及吸水過程中的分子動力學進行了研究。 在第三項工作中開展了水溶液中的丙烯酰胺自由基活性聚合，發現了該聚合體系的一些反應規律，為陽離子、陰離子以及兩性離子型丙烯酰胺類單體的自由基活性聚合的研究奠定了基礎。 (7) 聚酰亞胺新合成路線： 從鄰二甲苯出發，經氯代、空氣氧化和異構體分離得到廉價的、高純度的3-氯代苯酐和4-氯代苯酐。由這兩種原料直接合成聚酰亞胺，使成本降低50％以上。 利用氯代苯酐的兩個異構體合成異構二酐和異構聚酰亞胺，發現與傳統聚酰亞胺不同的異構聚酰亞胺具有更高的Tg（高20-40℃），同時又具有較低的融體粘度（低一個數量級）和更寬的加工窗口。 擺脫傳統的“單體－酰胺酸－聚酰亞胺”路線的“不經過酰胺酸”的“一步法”合成路線，取得了重要突破。 這些成果將在聚酰亞胺工程塑料、復合材料方面發揮重要作用，同時也在新型功能材料的開發上提供新的探索方向。 (8) 納米聚合物材料： 由聚烯烴制備碳納米管：在催化劑和蒙脫土的協同作用下，采用燃燒方法將聚丙烯轉化成碳納米管，轉化率可達到42g CNT/100g PP，碳納米管的直徑在10-40 nm范圍內， 最大長度為500nm。該方法也適用于回收的聚丙烯材料。該方法對碳納米管的大量生產和推廣應用具有重要意義。 蒙脫土/聚合物納米復合材料：將Ziegler-Natta催化劑分散擔載到蒙脫土的片層之間，再以該催化劑引發乙烯聚合，直接得到蒙脫土/聚乙烯納米復合材料。該材料在提高聚乙烯強度、模量和耐熱性并保持抗張伸長率的同時，抗沖擊強度大大提高。發現該材料的表面極性和親水性得到顯著改善，從而使在印刷性、表面噴漆性能和抗靜電性以及與極性高分子材料和金屬材料的親和性等方面取得大的突破成為可能，可望發展出一類以聚烯烴樹脂為基礎的全新的高分子合金材料。已在遼陽石化完成催化劑中試和復合材料的噸級試生產，即將進行百噸級試生產。 釜內合成聚乙烯－聚苯乙烯納米共混物：將茂金屬催化劑分散擔載在聚苯乙烯微球中，在乙烯聚合的過程中，聚苯乙烯微球破裂，從而生成聚乙烯－聚苯乙烯納米共混物。當聚苯乙烯含量為4wt%時，共混物的拉伸模量是聚乙烯的1.5倍。共混物中聚苯乙烯的含量可達16wt％。 無機半導體納米晶/聚合物雜化材料：利用金屬有機方法和液-液兩相合成法，從金屬氧化物出發，制備了粒子尺寸（2-10 nm）和形狀(球形，棒狀和多臂等)可控的無機半導體納米晶，如CdS、CdSe、CdTe等。其中，液-液兩相合成法得到近于單分散的納米晶且具有高的發光效率。無機半導體納米晶與有機高分子的雜化材料將在固體激光器，發光顯示器和太陽光電池上得到應用。 含稀土的有機/無機納米雜化材料：利用sol-gel方法和原位聚合技術，制備了含稀土離子的有機/無機納米雜化發光材料，包括塊狀樣品和薄膜。有機/無機雜化網絡提供了結構框架，稀土配合物以摻雜或原位配位的方式與雜化網絡結合，克服了無機材料不易成型加工的困難，稀土離子的特征發光使得雜化樣品具有窄的光譜線和高的發光量子效率。 (9) 淀粉基完全生物降解材料： 石油資源漸趨枯竭，大量使用合成材料引起的白色污染，要求人們開發來源于可再生資源并可生物降解的材料。本項目以淀粉為原料，充分利用淀粉中羥基的反應活性和極性，選用合適的催化劑和有效的添加劑，進行分子結構和凝聚態結構的調控，實現其化學改性和物理改性，制備出了淀粉基完全生物降解的薄膜和發泡材料，有望部分替代聚烯烴薄膜和聚苯乙烯泡沫用作包裝材料。 (10) 聚合物體系的多尺度計算機模擬： 聚合物分子的長鏈結構特性，致使其物理性質在空間和時間尺度的跨度都非常大，因此，很難通過一種理論或實驗方法，直接從微觀（宏觀）到介觀再到宏觀（微觀），多尺度地研究聚合物分子鏈運動與堆砌、結晶與相分離行為、形態演變以及加工過程中的聚合物流變學性質。隨著計算機科學與技術的飛速發展，以及微觀、介觀和宏觀尺度計算機模擬方法的建立，使聚合物體系多尺度貫通研究成為可能，并成為當今高分子物理研究的焦點和前沿。本課題在建立不同尺度計算機模擬方法（宏觀尺度的有限元方法，介觀尺度的格子波爾茲曼方法和場論聚合物模擬方法，以及微觀尺度的分子動力學和Monte Carlo方法）的基礎上，針對特定聚合物模型體系，在時間和空間的尺度上，建立計算機模擬方法的細粒化和粗粒化模型，提出有效關聯聚合物分子鏈構型、聚集態結構以及流體序參量和本構方程特性參數的理論模型，明晰聚合物不同尺度物理性質之間的內在關系，結合理論和實驗研究結果，實現從微觀到介觀到宏觀的粗粒化以及從宏觀到介觀到微觀的細粒化貫通計算機模擬研究，為聚合物材料的設計、加工條件的選擇以及使用性能的優化奠定理論基礎。 覆蓋基礎研究、應用研究、高技術發展和產業化是長春應化所高分子研究的一貫傳統和特點。為了加強應用研究和擴大、中間試驗的能力，近年投入近千萬元資金，建設了若干研究基地和中心，如“有機光電材料與器件研究中心”、“生物醫用高分子材料研究中心”、“聚合物合成基地”、“聚合物加工基地”等，裝備了的合成、加工、產品制造、測試的必要手段，形成了技術平臺，為完成當前所承擔的任務，為加快應化所技術走向產業化的進程，正在發揮重要的作用。 國家電化學和光譜研究分析中心掛靠在長春應化所，近年進行了大型研究分析儀器的更新和實驗室改造，研究試驗條件得到顯著改善。新添置的高分子科學和材料研究的儀器設備有：HAAK流變儀及其加工附件、MCR型旋轉流變儀、RB7-21型毛細管流變儀、2000PC18kWX-射線衍射儀、D8型X-射線薄膜反射儀、PL-GPC220型高溫凝膠色譜儀、Waters 515 GPC和Wyatt DAWN EOS光散射聯機分析儀、升溫淋洗分級裝置、SPI3800N型掃描探針顯微鏡、FUV460FGMS型橢偏儀、XL-30型場發射環境掃描電子顯微鏡、JEM-11型透射電子顯微鏡等、DMTA-5型動態力學熱分析儀、Perkin-Elmer 7 系列熱分析儀、Pyris Diamond TG/TGA分析儀、Bruker AV300、400、600核磁共振波譜儀，Bruker 66V/S型FT-IR光譜儀及紅外成像系統、Necolet 960型FT拉曼光譜儀、P-E λ-900型紫外-可見-近紅外分光光度計、ABI公司的Voyager DE STR型基質輔助激光解析電離飛行時間質譜儀(MALDI-TOF MS)。 |
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