Covalent Organic Framework-Oriented Chain Growth for High-Performance Polyolefins

共价键 链条(单位) 高分子化学 化学 化学工程 高分子科学 材料科学 有机化学 工程类 天文 物理
作者
Yangke Xiao,Chen Xue,Xingfen Huang,Kan Liu,Bangban Zhu,Wei Li,Minghao Sun,Haitao Wang,Shengbin Shi,Zhibin Ye,Hanyu Gao,Wenjun Wang,Bo‐Geng Li,Pingwei Liu
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:58 (17): 9075-9082
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.5c00873
摘要

Polyolefins have long dominated materials technology and polymer production; yet enhancing mechanical strength, toughness, and processability in high-performance polyolefins still remains a challenge. Herein, we use minimal quantities of covalent organic frameworks (COFs) to engineer the native aggregate structure of polyethylene (PE). By employing in situ ethylene polymerization, we synthesized high-performance COF-PE composites with unique nanofibrous structures at COF loadings of 0.02 wt %. Specifically, hydroxyl-functionalized imine-based COFs act as macroligands for bis(cyclopentadienyl)zirconium dichloride (Cp2ZrCl2), establishing a unique spatial confinement on chain growth. The resulting COF-PE composite exhibits a weight-average molecular weight (Mw) of up to 240.0 kDa (increasing 118%), a narrow molecular weight distribution (Đ as low as 1.9), and an elevated melting point (Tm) of 139.2 °C (4.5 °C higher) compared to pure PE. Moreover, the composite exhibits an outstanding tensile strength of 45.5 MPa and an unprecedented elongation at break of 1832%, outperforming both literature-reported and commercial counterparts. Remarkably, it demonstrates enhanced melt processability above Tm, evidenced by a reduced zero-shear viscosity (η0) of 3953 Pa·s. Structural analyses reveal COF rigidity-dependent crystalline reinforcement, featuring thickened lamellae (15.1–17.0 nm) and tunable nanofibrous diameters (123–512 nm). This work demonstrates COF-immobilized catalysts enabling polyolefin nanostructural engineering for simultaneous mechanical enhancement and processing optimization.
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