双向拉伸聚乙烯(BOPE)薄膜作为一种高性能的薄膜材料,具有良好的抗穿刺性能、热收缩性能和透明性,被应用于各类食品及日用品的包装。然而,一般的聚乙烯树脂由于结晶能力强、结晶速率快等特点,在双向拉伸过程中容易出现薄膜厚度不均、破膜等问题,难以满足双向拉伸工艺的要求。此外,现有研究较少且无法有效地指导BOPE专用树脂的开发,严重限制了 BOPE的应用范围。因此研究和开发应用于双向拉伸技术的聚乙烯树脂具有重要意义。本文旨在研究双向拉伸聚乙烯树脂的结构-性能关系及其制备方法。通过研究线型低密度聚乙烯(LLDPE)及其共混物的分子链结构、凝聚态行为、双向拉伸性,建立了双向拉伸聚乙烯的结构-性能关系,并分别通过物理共混法和淤浆聚合反应法,制备了适合双向拉伸工艺的聚乙烯树脂。论文主要研究工作和研究结果如下所示:(1)比较了不同LLDPE树脂的分子量大小及其分布、支链分布、熔融行为和结晶行为(包括结晶速率大小及其变化、片晶厚度及其分布)对其双向拉伸行为的影响,从而提出了 BOPE树脂的筛选方法。通过研究表明,为了满足BOPE薄膜在加工性能、力学性能和透明性等方面的要求,聚乙烯树脂需要具备更宽的双向可拉伸温度区间和较低的双向拉伸温度,以满足双向拉伸工艺的要求。较宽的双向可拉伸温度区间要求LLDPE树脂的重均分子量在7×104-12×104 g/mol的范围内、结晶速率C(T)值在27-33范围内、结晶速率变化程度的E值低于5;而较低的双向拉伸温度则要求聚乙烯具有较薄的平均片晶厚度及较低的起始熔融温度。此外,双向可拉伸温度区间的大小与分子量为3.16×104-10×104 g/mol的组分密切相关,该组分更加均匀的片晶厚度分布有利于扩大双向可拉伸的温度区间。(2)将气相法聚乙烯超冷凝工艺生产的具有不同分子量和支链分布的两种线性低密度聚乙烯牌号PE-M1和PE-M2熔融共混,制备了 一种适于双向拉伸的共混物,并建立了聚乙烯树脂的分子链结构、凝聚态行为(主要包括松弛行为和结晶行为)和双向拉伸性能间的关系。通过研究表明,共混物的双向拉伸温度区间大小随着共混比的变化出现了极值,当PE-M1的含量为15 wt%时,共混物具有最宽的双向拉伸温度区间(8℃)和较高的拉伸强度(8.40 MPa)。并且由于PE-M1和PE-M2的共混使更多的支链分布在较短的分子链上,分子量为3.16×104-10×104g/mol的组分形成的片晶厚度分布变得更加均匀。这种分子链结构使得共混物的凝聚态行为参数不随共混比单调变化,同样在PE-M1的含量为15 wt%时出现 了极值(λamorphous=5.2s,λcrystalline=350.3s,C(T)80%=27.8,E=2.332,FWHM=7.28℃)。因此,BOPE树脂还需要满足以下的凝聚态行为要求:更长的松弛时间、更低的结晶速率、更小的结晶速率变化程度、更宽的熔融峰半峰宽。(3)以合成满足双向拉伸工艺要求的聚乙烯为目标,采用商业的三元共聚钛系催化剂,通过淤浆聚合反应研究了乙烯-丁烯-己烯的三元共聚行为及其对产物分子链结构的影响。通过研究表明,当反应温度为75℃、Al/Ti等于600时,催化剂具有最高的活性。随着体系中氢气量的增多,聚合活性和聚乙烯的分子量都显著降低,说明该催化剂对氢调十分敏感;但当氢气含量大于1.5 bar后,聚乙烯的分子量随氢气的变化幅度不大。通过增大共聚单体的加入量,能够进一步降低聚乙烯树脂的分子量,使之满足双向拉伸工艺的要求,且共聚物的支化度升高、结晶度降低,有利于聚合物的双向拉伸。同时发现了不同共聚单体对分子链结构的不同作用规律,丁烯含量对聚乙烯分子量的影响程度大于己烯单体;但当反应体系中丁烯单体达到一定的浓度后,己烯含量对共聚物支化度的影响程度要大于丁烯。