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研究成果

1、高分子链静态和动态行为的图形理论

    推广并建立“ 高分子链的静态和动态行为的图形理论 ” , 将各种复杂的拓扑和共聚结构高分子链的构象统计和粘弹性的分子理论归结为对其拓扑图形的简单图形操作,并 可 获得具有复杂拓扑结构的均聚和共聚高分子的重要物理行为,如,应力松弛模量、储能模量、损耗模量、回转半径及其分布等。同时,图形理论 还使得对不同拓扑结构的高分子链的粘弹性和构象统计理论处理具有统一、完美的形式。采用图操作方法还获得了许多前人所未能获得的新结果。 这项研究历时16年,曾于1985年或中国化学会首届“青年化学家奖”。

2、研究高分子固体的结构、有序度和分子运动相关性的转子同步NMR新方法

    采用射频脉冲与转子同步技术相结合的方法,获得了研究高分子固体的结构,取向和分子运动的相关性的三项新的实验方法( EISS 2D-EISS 3D CORD )。这个 独一无二 的方法可一举获得关于高分子 固体 材料内部的链结构、凝聚态结构及动力学的信息,以及其间的相关性,为从微观角度研究高分子材料的结构与性能的相关性提供了极为重要的手段。迄今,尚无其它的实验方法可取代。这些工作均以杨玉良为第一作者在《 J. Chem. Phys. 》、《 Macromolecules 》和《 Chem. Phys. Lett . 》上发表,并获得广泛引用。在93和94年由Academic Press与Cambridge Univ. Press出版的两本有关高分子固体NMR的权威性专著: V. J. McBrierty, L. J. Packer, Nuclear Magnetic Resonance in Solid Polymers , Cambridge Univ. Press, Cambridge, (1993)和 K. Schmidt-Rohr, Multidimensional Solid-State NMR and Polymers , Academic Press, NY, (1994) 对这些新技术均以专门的章节进行全面介绍。而且,这些新方法也成为 Spiess 教授研究小组获1987年10月DFG颁发的Leibniz奖的主要内容。

3、液晶的分子场理论和PDLC材料

    结合高分子包埋液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)材料的开发开展了关于表面校列、液滴指向矢构型、Frederiksz转变等液晶小体系物理行为的分子场理论研究。建立了高分子/液晶复合体系的统计力学理论。进而,又发展了高分子/液晶相界面、相分离动力学的统计热力学理论和外场存在下的高分子/液晶的相平衡统计力学理论。并成功开发了性能达到国际先进水平的PDLC材料。这些研究工作分别发表在《 Macromolecules 》、《 Phys. Rev. E 》、《 Polym. J. 》等刊物上发表,并曾 两次应邀在国际学术会议 [ IUPAC PLC (1994.9北京)和 Prog. in Polym. Chem. Phys. (1994.5德国Mainz)] 上作 大会特邀报告 并作为一次国际会议[ PPS-12 (Sorrento,Italy)] 分会场的 Co-Chairman 。也曾 获 国家教委“ 霍英东研究二等奖 ”,“ 光华三等奖 ”,上海市“ 自然科学牡丹奖 (视同上海市科技进步一等奖)”和1998年度“ 教育部科技进步一等奖 ”等奖项。

4、提高活性自由基聚合反应的速率

    活性自由基聚合工业化的最重要的障碍是其极慢的聚合速率。杨玉良教授发展了模拟 聚合反应产物的MWD及其动力学的Monte Carlo方法,并在其指导下找到了提高活性自由基聚合速率的新技术,使聚合时间降低到原有的1/5,还获得了独特的可逆交联聚苯乙烯。这些研究结果已经申请了 3 PCT国际专利 5 中国发明专利 。相关论文在《 Macromolecules 》、《 Polymer 》和《 Macromol. Chem. 》等上发表,得到了广泛的引用。所创立的理论和模拟方法总结在专著《 高分子科学中的Monte Carlo方法 》中。该专著获1995年 全国优秀图书提名奖 全国优秀科技图书二等奖 和上海市科技进步三等奖等奖项。 在《 Macromol . Theory Simul . 》上发表的论文被评为在该年度发表的论文中 被引用次数最多的论文 之一(排名第二)和在刊物发表的所有论文中 被引用次数最多 的论文之一(排名第五)。

5、高分子复杂流体的图样演化动力学

    多相高分子和液晶复杂流体的静态和动态流变行为、时空图样生成和图样的临界动力学等是高分子科学和凝聚态物理的交叉研究领域。其既有重要的学术意义,对新材料的开发也有重要的指导意义。杨玉良课题组阐明了:高分子固有的粘弹性将严重地抑制相分离的发生;高分子的粘弹性反差是导致“ 反转相 ”的起因;切变流动下液晶高分子的 Director Tumbling and Wagging 的理论诠释和控制方法;为高分子新材料的分子工程学设计提供了理论依据。这方面的研究工作在《 J. Chem Phys. 》、《 Phys. Rev. E 》和《 Macromolecules 》等刊物上发表。

6、高分子材料的开发和产业化研究工作

    组建了“ 上海市高分子材料研究开发中心 ”(总投资人民币5000万元)并任主任。进而开发成功了:“ BS-98水基柔性建筑防水涂料 ”,产业化两年多来已实现产值1000多万元; 一种AAS树脂合成的新方法 ,已申请中国发明专利; 数字化时间分辨SALS仪和偏光显微图象分析仪及其软件系统 ,已申请中国发明专利; 系列绿色化学建材 ,2000年已产业化,总投资2000万元; 新一代膜式人工肺 ,2000年已产业化,总投资500万元。

 

 

 

 

 

重大研究成果介绍

 

高速双轴拉伸聚丙烯 (BOPP) 的研究

    复旦大学杨玉良院士和中石化乔金樑教授任首席科学家的973项目“通用高分子高性能化的基础研究” ,由复旦大学、北京化工研究院、中科院长春应用化学研究所等8家高校与研究所为主要承担单位,在BOPP等方面取得了突出成果。于 2004 年 9 月获得中石化集团公司 2003 年度科技进步一等奖, 2005 年 1 月获国家科技进步二等奖,复旦大学为第一完成人,第二完成单位。

进口料

技术改进后的国产料

图 1 与进口料的偏光显微镜照片对比。由图可见,技术改进后的国产 BOPP 的凝聚态结构更优于进口 BOPP 料

    复旦大学研究小组的具体贡献体现为: 1、提出和确定项目的研究内容并确定研究总体方案设计。 2、对关键技术和疑难问题的解决做出关键贡献。具体包括:进行了流变学测量、热分析测量等实验工作,尤其由变温流变学扫描的测量,排除了在理论研究中考虑应力诱导结晶的必要性,从而大大简化了理论推导的难度,导出了高分子熔体拉伸流动的稳定性理论。通过将该理论与各种 BOPP 专用料的实验流变学测量结果的比较,确定了 BOPP 专用料所需的结构特征。依据该理论,可以预测特定 BOPP 专用料(包括所有高分子薄膜专用料) 在高速拉膜时的拉伸稳定性,并提出结构和拉伸工艺条件的改进方案。对分子量及其分布、等规度及其分布等多种因素提出了合理的理论解释。 3、解决在投产、应用或推广过程中的重要技术难点。项目的骨干人员多次赴上海石化等企业,及时进行沟通与提供技术建议,并进行技术指导;还前往茂名、佛山等石化企业进行技术指导。

    在基础理论的提出及指导下,上海石化等企业在这些研究成果和建议的指导下,开发出高速 BOPP专用料,其性能达到甚至超过国外同类产品水平。新产品开发成功,迅速顶替了同类进口产品,而且供不应求。至今生产 BOPP 专用料已累计超过了 30 万吨,使企业新增利润 9000-15000 万元,为 BOPP膜生产企业增加效益 24000 万元以上。部分产品的稳定拉膜速度已达到每分钟 420 米,成本并未增加,售价则显著低于国外进口专用料,具有很强的市场竞争力。 BOPP 的研究不仅使 BOPP 这类材料本身的关键问题得以解决,而且为其它聚丙烯专用料的关键技术问题的解决打下了良好的基础,项目后期PP -R 的解决就是一个实例。本项目的实施创造了一种产、学、研合作的新模式,并且更形成了一支基础理论水平高,解决实际问题能力强的优秀队伍。

    鉴于本研究项目所取得的优秀成果, 2005 年又获得新一轮“ 973 ”项目资助,杨玉良院士继续任首席科学家。

 

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