超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是相对分子量超过1×106g/mol的聚乙烯。因为超高的分子量和稳定的化学结构,UHMWPE具有高抗冲、耐磨和耐腐蚀等特点,可以被制造成各类板材、管材、纤维、薄膜等制品。由于商业UHMWPE的初生态大分子链内和链间存在大量缠结,会极大增加UHMWPE的熔融粘度和颗粒融合缺陷,从而限制UHMWPE的加工效率和机械性能的提升。因此,降低链缠结是改善UHMWPE加工效率和机械性能,并扩大UHMWPE应用市场必须要解决的一个问题。自上世纪五十年代以来,Ziegler-Natta催化剂、茂金属催化剂和后过渡金属催化剂逐渐演变成了烯烃聚合工业中的三大类催化体系。Ziegler-Natta催化剂因为其高活性、低成本及易控等特点广泛应用于工业生产中,目前仍占据主导地位。目前已经开发出的用于生产低缠结UHMWPE催化剂如FI等,只能在低温下使用（≤15℃）且活性较低、产物灰分较高,无法满足工业生产的要求。聚倍半硅氧烷（POSS）具有耐温性、空间笼状结构、纳米聚集效应等突出优点,可用来改性烯烃聚合催化剂。通过纳米团聚体分隔Ziegler-Natta催化剂的活性位点,构造离散的聚合反应微区,为设计用于在高温下生产低缠结UHMWPE的催化剂提供了新的思路。本文基于“催化剂活性中心分隔制备分隔聚乙烯链段”的思路,在SiO2载体上利用直径40-60 nm的POSS/MgCl2纳米团聚体分隔活性中心,设计并合成了具有离散型聚合反应微区的新型Ziegler-Natta催化剂,并成功在高温下（80℃）合成出低缠结UHMWPE。详细研究了催化剂的构效关系和低缠结UHMWPE的聚合工艺,并对聚合反应进行了工业化逐级放大。具体工作包括三个方面:（1）SiO2/MgCl2/POSS/TiCl4催化剂的制备及催化乙烯聚合的研究;（2）催化剂组分的研究与低缠结UHMWPE聚合工艺的优化;（3）POSS改性的Ziegler-Natta催化剂生产低缠结UHMWPE的小试和中试研究。1、POSS通过配位作用捕获MgCl2分子,形成具有空间阻隔作用的POSS/MgCl2纳米团聚体。此纳米团聚体在SiO2骨架上隔离活性位点,形成离散的聚合反应微区,以此构建新型Ziegler-Natta催化剂,并利用此催化剂成功在80℃下合成出了低缠结UHMWPE。对催化剂的结构研究发现,POSS/MgCl2在SiO2表面形成了直径40-60nm的纳米团聚体;流变学的研究表明,POSS/MgCl2纳米团聚体成功分隔开了初生态聚乙烯链;力学性能的研究表明,低缠结增强了聚乙烯大分子的链扩散,并减少了UHMWPE颗粒融合界面的缺陷,有利于UHMWPE吸收和传递能量,表现出更高的冲击强度。2、本章优化了新型Ziegler-Natta催化剂的组分和低缠结UHMWPE的聚合工艺。通过控制Ti含量、MgCl2含量、SiO2种类以及聚合时间、温度、助催化剂等,考察了催化剂组分和聚合条件对聚合活性、产物分子量、缠结程度、力学性能等的影响,并根据工业生产的要求,确定了该催化剂的组分（Ti含量、MgCl2添加量、SiO2种类）和低缠结UHMWPE的聚合条件（反应温度、助催化剂、反应时间）。相比于其他条件,该体系的聚合产物具有较高的堆密度（0.3 g/cm3）和最低的链缠结（GN0=0.37）,且力学性能也优于商业UHMWPE,具有工业化应用的潜力。3、本章在确定催化剂组分和乙烯聚合工艺的基础上,进行了POSS改性的Ziegler-Natta催化剂生产低缠结UHMWPE的小试和中试。在1 L、10 L和300 L釜中对乙烯聚合进行工业化逐级放大,考察了该催化剂体系的工业化应用潜力。在300 L反应釜中进行中试实验,聚合活性可达20 kg PE/（g Cat·h）,可以合成出粘均分子量在2.1-7.6×106g/mol之间的一系列UHMWPE,其堆密度可达0.36 g/cm3。聚合产物不仅具有较低的链缠结,其拉伸和冲击强度、断裂伸长率还分别比商业UHMWPE提高了23.9%、22.1%和15.4%。