中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室唐涛

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唐涛　研究员
博士生导师，高分子化学
可控聚合与纳米复合组组长
合成楼301室
电话：0431-85262004
传真：0431-85685653
Email：ttang@ciac.jl.cn
教育和工作经历
2000 -至 今　中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室，研究员
2002　　　　 德国马普学会胶体与界面研究所，高级访问学者
1992 -1999　 中国科学院长春应用化学研究所高分子化学实验室，助研、副研、研究员
1996 -1997　 英国 Loughborough大学聚合物技术与材料工程研究所，访问研究员
1988 -1991　 中国科学院长春应用化学研究所，理学博士学位
1985 -1988　 华东化工学院(现华东理工大学)，工学硕士学位
1981 -1985　 大连工学院(现大连理工大学)，工学学士学位
学术兼职
大连理工大学、东北大学兼职教授，吉林省化学会理事
主要荣誉
2005　国家杰出青年科学基金
2000　中科院自然科学二等奖
2000　吉林省杰出青年科学基金
1997　中国化学会青年化学奖
研究资助
国家自然科学基金(50525311，50473029 )，科技部“973”(2005CB623800)和“863”(2003AA302530 )项目
研究兴趣
研究领域和现状
　　1. 催化剂设计→多级可控烯烃聚合→多相聚合物材料
　　聚烯烃以其生产成本低、综合性能优良而被广泛应用。由于环境保护和可持续发展方面的呼声越来越高，减少聚合物品种的使用，甚至单一品种，来满足实际需求，更便于高分子材料回收再利用－实现绿色化学过程。聚合物性能取决于不同尺寸下的微观结构。通过柔性聚合方法，对催化剂进行设计，实现从聚烯烃分子链结构、聚集态结构，到合金化和纳米复合化不同结构层次的控制，是使聚烯烃多功能化、高性能化的重要途径，这已成为高分子化学、高分子物理及高分子材料的重要研究方向。
本课题组从催化剂负载化出发，利用载体与中心金属离子的配位作用和纳米尺寸效应，调控聚烯烃分子链结构、聚烯烃釜内合金的组成与相结构、聚烯烃与无机组分纳米复合物微观结构与组成，促进聚烯烃材料的高性能化与功能化。
　　2. 聚合物纳米复合(或杂化)材料制备－界面调控－功能化
　　将聚合物与不同形状的无机材料(层状、管状、球状)在纳米尺度上进行复合是提高材料性能的重要途径。目前有插层、原位聚合和Sol-gel三种主要制备方法。其中的重要科学问题是聚合物与无机材料的界面相互作用，以及由界面作用诱导的微观结构。蒙脱土是典型的天然层状无机材料，与聚合物所形成的纳米复合材料分为插层型和剥离型两类，其中剥离型纳米复合材料被认为能最大限度地提高聚合物性能。研究表明，对于绝大多数聚合物/蒙脱土复合材料，有机改性蒙脱土是实现制备剥离型纳米复合材料的前提。在前人工作基础上，我们采用了三种新方法，调控聚合物-蒙脱土界面相互作用和两者相互分散过程，制备了剥离型聚合物纳米复合材料。纳米层状硅酸盐的加入不仅能明显提高聚合物的物理机械性能，还能提高聚合物的阻隔和阻燃性能，从而进一步增强聚合物纳米复合材料功能化的程度。如少量的蒙脱土加入到聚合物中能大大地降低聚合物燃烧过程中的热量释放速率和质量损失速率，在此基础上若再加入少量成炭催化剂，利用燃烧过程中聚合物本身成炭可进一步提高材料的阻燃性能。
　　3. 聚合物分子链的化学裁剪与资源有效循环
　　经过漫长的演化，地球内部形成了大量的碳资源，如石油、天然气和煤炭，它们为人类社会的发展做出了巨大贡献。随着石油化工技术的进步，石油资源正在被源源不断地开采、加工和应用，其中很大部分用于聚合物的生产，如合成聚烯烃等。与人类使用碳资源的速率相比，地球上的碳资源演化形成的速度几乎为零，其总数是恒定的。如果不能实现碳资源的循环利用，人类面临的未来是什么？从环境保护和可持续发展方面考虑，一方面要求化工产品的生产过程中尽可能减小污染，甚至没有污染；另一方面要求废旧化工产品，如使用过的聚烯烃，能够再生为有用的碳资源进行循环利利用。实现这一目标可以从两方面入手：1) 采用新技术，包括高效聚合催化剂和新聚合工艺，实现绿色生产；2) 将废旧聚烯烃通过化学裁剪成新的石油化工原料或转化为高附加值的新材料。其中的核心问题是选择合适的催化剂，实现可控化学裁剪。本课题组发现，通过纳米蒙脱土与结碳催化剂的有效组合，在一定条件下可以将聚烯烃转化为纳米结构碳材料，如：碳纳米管，利用这种方法可以将回收聚烯烃转化为纳米碳材料。
主要代表性论文
　　1.“Synthesizing multiwalled carbon nanotubes by catalytically combusting polypropylene in the presence of clay under areal atmosphere” Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1517.
　　2.“Catalyzing carbonization of polypropylene itself by supported nickel catalyst during combustion of polypropylene/clay nanocomposite for improving fire retardancy” Chem. Mater. 2005, 17, 2799.
　　3.“A novel route to polyethylene-polystyrene blends through the fragmentation of porous polystyrene beads supported metallocene in ethylene polymerization” Chem. Commun. 2004, 222.
　　4.“Zirconocene catalyst well spaced inside modified montmorillonite for ethylene polymerization: role of pretreatment and modification of montmorillonite in tailoring polymer properties”J. Catal. 2004, 221, 162.
　　5.“Synthesis and characterization of polyethylene/clay-silica nanocomposites: A montmorillonite/ silica-hybrid-supported catalyst and in situ polymerization”, J. Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 941.
　　6.“Effects of surfactant loadings on the dispersion of clays in maleated polypropylene” Langmuir 2003, 19, 7157.
　　7.“Relationship between the continually expanded interlayer distance of layered silicates and excess intercalation of cationic surfactants”Langmuir 2003, 19, 9260.
　　8.“Ring-opening polymerization and block copolymerization of L-Lactide with divalent samarocene complex”J. Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem. 2003, 41, 2667.
　　9.“Preparation and characterization of poly(ethyl acrylate)/bentonite nanocomposites by in situ emulsion polymerization” J. Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem. 2002, 40, 1706.
成果评述
研究组人员概况
研究助理和事务助理5人：陈 辉 副研究员，姜治伟　助理研究员，毕务国　助理研究员，王艳辉　助理研究员，张 颖　事务助理
在读研究生12人，其中博士生7人，硕士生5人
程文喜(D3)　石丽雅(D2)　孟晓宇(D2)　宋荣君(D2)　王　哲(D1)　李世云(D1)
李建忠(D1)　杜晓华(M2)　任昌义(M2)　李超群(M2)　于海鸥(M1)　张振江(M1)
部分毕业研究生去向
朱　宁，2000/博士，中科院北京化学所/博士后
童　昕，2001/博士，中科院沈阳金属所/博士后，沈阳理工大学/教授
赵忠夫，2003/博士，香港科技大学/博士后，美国国家实验室/博士后
覃永新，2003/博士，上海紫东薄膜材料股份有限公司/技术主管
刘承斌，2003/博士，复旦大学/博士后，湖南大学/副教授
魏良明，2003/博士，上海交通大学/副教授
毕务国，2004/硕士，中科院长春应用化学研究所/助理研究员

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Nonsymmetrical Divinyl Grafting Monomers during Melt Mixing[J]. Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2017.17248   shu

利用非对称结构接枝单体调控聚丙烯熔融自由基支化反应

季显丰 1,2 , 邱健 1, , 李明罡 1, , 邢海平 1, 王军 1, 刘文彬 2, 唐涛 1, ,

1.高分子物理与化学国家重点实验室 中国科学院长春应用化学研究所　长春 130022

2.哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院　哈尔滨 150001

通讯作者: 邢海平, hpxing@ciac.ac.cn 王军, wjlwb@163.com 唐涛, ttang@ciac.ac.cn

摘要: stringUtils.convertMathHtml(研究了具有不同双键官能团反应活性的非等活性接枝单体对于聚丙烯(PP)熔融自由基反应的影响，探索了有效调控反应选择性的途径. 首先合成了2种具有不同双键活性的非对称支化单体丙烯酸烯丁酯(BAC)、1-(烯丁氧甲基)-4-乙烯基苯(BMVB)，采用上述2种含有“非等活性双键”的多官能团化合物作为接枝单体制备长链支化聚丙烯(LCB-PP)，探索降低LCB-PP制备过程中降解和交联副反应的途径，促进长链支化结构的形成. 采用核磁、高温GPC(HT-GPC)及流变表征分析了改性样品的反应过程与支化结构. 研究发现，将上述2种非对称接枝单体应用于过氧化物引发熔融接枝反应体系时，单体中高活性的双键能够把PP大分子自由基快速转变为较稳定的自由基，抑制PP的降解；而低活性的双键与PP大分子自由基反应产生支化结构，抑制交联反应. 由于BMVB单体中高活性双键与低活性双键的竞聚率比值(17000)比BAC(2800)高，其对于自由基熔融反应过程具有更好的调控效果，表现出PP降解不明显且长支链在分子链间分布均匀.)

利用非对称结构接枝单体调控聚丙烯熔融自由基支化反应

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Morphology and linear rheology of comb-like copolymer melts with high grafting density: II. Heterografted PVSt-g-(PS/PE) comb-like copolymer with short backbone and mixed side chains
Yichao Lin, Shaofeng Zhang, Lin Ye, Yang Gu, Yanhui Wang, Li Ma*, Tao Tang*
POLYMER, 137, 222-230, 2018


活性聚合技术提供了一系列方法调控目标聚合物的分子结构。迄今为止，通过此方法，已经成功地合成了不同类型的非线性聚合物（例如：星形聚合物、超支化聚合物、梳形聚合物等），并且详细地研究了分子结构与性能之间的关系，例如相形态和熔体流变行为。特别是梳形聚合物，由于主侧链组成与长度和支链密度的多样性变化，此类聚合物具有特别吸引人的性质。近年来，高密度的聚大分子单体（或瓶刷状聚合物）相形态的研究也备受关注。对于主侧链不相容的聚大分子，微相分离结构很难形成，原因在于高支链密度导致主链体积分数非常低。但是如果支链结构本身就具有微相分离结构，那么此类瓶刷状聚合物的微相分离结构将表现出来。

本工作中，成功合了结构明确的三种高侧链密度梳形共聚物本工作中，成功合了结构明确的三种高侧链密度梳形共 ...

本工作中，成功合成了结构明确的三种高侧链密度梳形共聚物PVSt-g-(PS/PE)。此类梳形共聚物具有PS与PE两种混合支链。PVSt-g-(PS/PE)的侧链密度高于72%（每10000个主链碳原子上有3615条侧链），其分子结构类似于统计结构侧链的瓶刷状聚合物。其中PS总的体积分数（主链PVSt + 侧链PS）从42.7%到76.9%变化。此类梳形共聚物的主链很短、侧链很长，类似于不对称星形共聚物。调节两种侧链PS和PE的比例，可调节此类梳形共聚物中总PS体积分数（主链PVSt+侧链PS）。研究此类梳形共聚物的相形态和熔体流变行为发现，具有混合侧链的梳形共聚物PVSt-g-(PS/PE) 表现出微相分离结构，改变PS体积分数可以调节微相分离结构类型。当PS体积分数从42.7%到76.9%变化时，微相分离结构从层状相到柱状相变化。并且当温度从室温到高温变化时，聚合物微相分离结构的有序度增大，但是没有出现有序-无序转变和有序-有序转变。具有微相分离结构的所有样品均表现出类似交联网络结构的熔体流变行为，并且不同相分离结构类型的线性流变行为存在一定的差异。

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3月11日，由长春应化所承担的中科院科技服务网络计划（STS计划）区域重点项目“高性能聚丙烯发泡与长纤维复合材料产业化技术示范”在长春市通过验收。中科院科技促进发展局科技合作处王兵副处长、中科院长春分院科技合作处侯鹏处长、长春应化所逯乐慧所长助理、项目验收专家，合作企业代表、相关科技管理部门人员等参加了验收会。会议由侯鹏处长主持。


　　中科院科发局领导、长春分院领导和项目技术专家对高性能聚丙烯发泡与长纤维复合材料产业化技术实施现场进行了考察，并在验收会上听取了项目负责人唐涛研究员的验收汇报，验收专家一致认为技术团队围绕吉林省汽车产业对低VOC排放、可回收泡沫及轻量化的重大需求，完成了包括装备、工艺及配方的成套技术融合。在高熔体强度聚丙烯专用料、发泡珠粒和长玻纤增强聚丙烯复合材料等方向共建立了8条产业化生产示范线，开发了17个新产品，突破了多项关键技术，实现了基于国产原料的专用料制备，打破了国外垄断。产品应用于汽车零部件领域，支撑了吉林省汽车产业的发展。


    王兵副处长在会议总结中指出，高性能聚丙烯发泡与长纤维复合材料产业化技术是中科院重点支持的科技创新服务区域经济发展的方向，希望项目组人员继续围绕汽车产业发展的瓶颈问题，攻坚克难，不断探索，为汽车产业创新体系建设做出更大贡献。