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聚丙烯(PP)是重要的一类高分子材料，被广泛应用于工农业、医疗卫生和日常生活的各个领域。但是，目前通过Ziegler-Natta催化剂生产的PP为线形分子，熔体强度低，限制了PP在发泡材料、热成型、挤出涂覆以及吹塑薄膜等领域的应用。通过在PP主链上引入一定量的长支链，形成长链支化结构，可以提高PP的熔体强度，成为高熔体强度聚丙烯(HMSPP)。熔融自由基接枝反应方法是制备含有长链支化结构的HMSPP有效途径。但如何调控熔融接枝体系的主反应（支化反应）和副反应（降解、接枝单体自聚合）是需要解决的关键科学问题。本文从调控PP熔融接枝反应的接枝单体反应的选择性为切入点，探索调控接枝单体反应的方法，研究了熔体强度对于PP发泡行为的作用，以及PP发泡粒子成型行为和粘结机理，为研制高性能发泡聚丙烯(EPP)材料奠定理论基础。具体研究工作如下:
1、设计合成了三种具有不同R取代基结构的二硫代化合物（二丙基二硫代氨基甲酸丙基酯、二丙基二硫代氨基甲酸烯丙酯和二丙基二硫代氨基甲酸苄基酯），研究了二硫代化合物调控PP熔融接枝反应的历程，结果表明二硫代化合物可以抑制PP的β-降解，减少接枝单体的自聚，促进支化反应。进一步系统分析了二硫代化合物中R基团结构对PP接枝改性反应的调控效率的作用，表明二硫代化合物中R基团结构不同导致C-S键的断裂能变化。断裂能小的二硫代化合物与PP大分子自由基反应的活性较高，并且反应之后产生的烯丙基自由基不能从PP主链夺氢，减少了PP大分子自由基的浓度，抑制了PP的降解，并且还可以较好的调控接枝单体的聚合，减小了接枝单体的聚合度，促进在PP主链上产生更多的接枝点。通过模型实验，阐明了二硫代化合物在调控PP熔融反应中促进支化反应的机理。
2、在上述工作基础上，进一步设计合成了四种不同结构的二硫代化合物（二丙基二硫代氨基甲酸丙基酯、二丙基二硫代氨基甲酸烯丙酯、1-H吡咯基二硫代丙基酯和1-H吡咯基二硫代烯丙酯）并把它们用于抑制PP的自由基降解反应以及调控PP与TMPTA的支化反应。实验结果表明含有不同Z基团和R基团的化合物对调控PP接枝改性的效率是不同的。这主要归因于不同结构的二硫代化合物中C=S双键与PP大分子自由基反应活性不同。
PP大分子自由基与二硫代化合物反应，这一步主要影响PP的降解，主要与二硫代化合物中C=S双键的活性有关。含有吡咯基为活化基团的二硫代化合物其C=S双键活性高，因此PP大分子自由基与其反应活性高，相应的改性样品的降解受到更大程度的抑制。同时，离去基团的反应活性也对PP的降解有影响，丙基自由基具有较高的反应活性，可以从PP主链上夺取一个H，形成PP大分子自由基，进而发生降解反应，而烯丙基自由基则不能夺取PP主链叔碳上的H原子。Z基团和R基团对二硫代化合物对接枝单体聚合的调控作用能力也有很大影响。因此可以通过调整二硫代化合物的Z基团和R基团，抑制PP的降解，调控接枝单体的自聚，使更多的接枝单体接枝到PP主链上。
3、利用不同熔体强度的HMSPP研究了PP预发泡珠粒的制备工艺。系统研究了熔体强度以及发泡工艺参数对其发泡行为的影响。结果表明，熔体强度高的PP样品具有较宽的可发泡温度窗口，并且高的熔体强度可以降低发泡粒子的泡孔尺寸以及泡孔密度对温度的敏感性。样品的熔体强度越高，其发泡压力区间越宽，可以在较高的压力下获得较好的发泡效果。同时，研究了压力释放速率对发泡行为的影响，发现在发泡压力一定的情况下，可以通过控制压力释放速率的方法调控发泡粒子的泡孔尺寸和泡孔密度。
4、采用DSC模拟了自制EPP珠粒以及市售EPP珠粒的水蒸气成型过程，考察了等温温度以及等温时间对其热历史的影响。通过DSC模拟的方法建立了EPP珠粒在经过水蒸气成型过程后其熔点以及结晶度的变化规律。采用实验室自制模具进行了EPP珠粒的水蒸气成型，并对成型制品的不同位置的样品进行了DCS表征，观察了水蒸气对成型制品形成的热历史，并将其与DSC模拟的结果进行了对比。实验结果表明，DSC模拟的结果与实际水蒸气成型过程对EPP施加的热历史是相似的，进一步验证了DSC模拟结果的可信度。发现同一个成型制品不同位置的DSC曲线有所差别，表明模拟水蒸气成型过程的自制模具内温度分布是不均匀的。对成型制品进行了详细的考察，通过形态结构表征详细分析了成型制品表面以及断裂面的形貌，发现成型制品其表面与内部状态是不同的。
5、根据DSC模拟的结果，分别采用两种成型方法对自制EPP珠粒和市售EPP珠粒进行了成型实验。通过对成型制品的表面以及断裂面分析，表明成型方法1中水蒸气穿透能力较差，成型制品内部存在较大温度梯度，而成型方法2中水蒸气穿透能力强，模具内温度较为均一。成型制品的DSC曲线上可以发现在冷却降温过程中再结晶形成的结晶温度为141-145℃的结晶峰，并且此结晶峰随水蒸气温度的升高而增大。对成型制品的表面以及断裂面进行了分析，结果发现珠粒间接触面积以及珠粒的变形程度随着水蒸气温度的升高而增加。定量表征了珠粒粘合程度，发现粘合程度随水蒸气压力升高而增大。根据DSC模拟以及对断裂面的观察结果，提出了珠粒界面粘合的机理。高温水蒸气将珠粒接触区域的结晶熔化，非晶区的分子链通过珠粒接触区域扩散进入相邻珠粒。当采用的水蒸气温度高于130-135℃时，冷却降温过程中珠粒熔融部分再结晶，大部分的分子链通过分子链间作用力锚定在结晶区域。珠粒接触面上的高结晶度的结晶区域极大地增加了珠粒之间的粘合力。珠粒界面区域的熔融并再结晶是EPP成型过程中珠粒界面粘合的机理，并且相应的再结晶过程的结晶度受水蒸气压力的影响。DSC模拟以及水蒸气成型实验表明自制样品CIAC30的成型能力与市售样品LBK30基本相同。LBK30与CIAC30样品的在相同水蒸气压力下成型制品的拉伸强度基本相同，表明自制样品CIAC30与市售样品LBK30其力学性能基本相同。