聚合物特有的凝聚态结构和分子量分布,将影响聚合物的性能。对于聚乙烯而言,当分子量高于临界缠结分子量时,容易形成缠结。特别是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）,分子链内和链间存在大量的缠结点,使材料加工困难,力学性能下降。分子量分布作为聚合物的重要指标,同样也影响聚合物的加工性能和使用性能。然而,目前在使用传统Ziegler-Natta催化剂的前提下,聚乙烯链缠结和分子量分布均无法在工业聚合温度下通过仅改变聚合条件等简单的方式进行调控。因此,如何在给定的工业聚合反应条件下实现对聚乙烯多级结构（包括链缠结和分子量分布）的有效调控是改善聚合产品性能的关键,以此满足不同领域对聚乙烯材料的需求。本论文从化学反应工程角度出发,针对乙烯淤浆聚合工艺,开发微气泡辅助的乙烯聚合新工艺,旨在研究不同种类气体（氮气、乙烯及其混合气）的微气泡对聚乙烯多级结构的调控效果和作用机制。通过冷模实验探究在常压聚合体系中氮气气泡与聚乙烯颗粒间的运动行为、接触/分离时间尺度及乙烯传质特性,在此基础上结合常压聚合结果,探究不同种类气体的微气泡对聚乙烯多级结构的影响。通过使用具有活性链解缠结效应的催化剂（以下简称为解缠结催化剂）,在氮气微气泡辅助的加压乙烯聚合反应中,探究解缠结催化剂与氮气微气泡对初生态聚合物链缠结和力学性能的协同调控作用,并结合原位漫反射红外光谱和电镜技术探究低缠结聚乙烯分子链的生长行为。论文的主要工作和研究成果如下:（1）设计了一套常压气泡发生装置,向聚合体系引入氮气大气泡或不同尺寸的氮气微气泡。通过冷模实验对气泡尺寸进行可视化分析,并详细研究了氮气气泡与聚乙烯颗粒间的接触行为、接触和分离的时间尺度以及氮气气泡对乙烯传质特性的影响,为微气泡辅助的常压乙烯聚合反应提供了理论支持。结果表明,基于接触的持续时间,将氮气气泡与聚乙烯颗粒间的接触模式分为两类:（ⅰ）氮气气泡与聚合物颗粒接触后便迅速分离;（ⅱ）氮气气泡与聚合物颗粒接触后先一起运动一段时间再分离。第一种接触模式表现出极短的接触时间（如0.63 ms）,而第二种接触模式具有较长的接触时间,高达66.1 ms。由气泡与颗粒间接触和分离的时间尺度可得,氮气微气泡与聚乙烯颗粒间的平均接触时间和平均间隔时间数量级一致（均为10-3s）,这说明这二者间具有非常频繁的接触与分离切换频率。此外,当引入不同尺寸的氮气微气泡时,乙烯的溶解度和液相体积传质系数几乎不变,进一步说明不同尺寸的氮气微气泡基本不影响反应物的气液传质特性。（2）使用自制的气泡发生装置,在常压乙烯淤浆聚合工艺中分别引入氮气微气泡、乙烯微气泡和乙烯-氮气混合气微气泡,进行聚合反应。详细研究了不同气泡尺寸和不同种类的气体对乙烯聚合行为、初生态聚合产物链缠结程度和分子量分布的影响,建立了相应的调控机制,并比较了不同种类的气体对聚乙烯多级结构的影响规律。结果表明,当氮气微气泡辅助聚合时,随氮气微气泡尺寸的减小,乙烯聚合活性和初生态聚乙烯链缠结程度均显著降低。发现了惰性气体微气泡对初生态聚合物链缠结调控的“休眠效应”;当乙烯微气泡参与聚合时,聚合活性和初生态聚乙烯链缠结程度均显著提高。发现了反应气体微气泡对初生态聚乙烯链缠结调控的传质强化作用;当乙烯-氮气混合气微气泡参与聚合时,氮气微气泡的传质阻隔作用与乙烯微气泡的传质强化作用在链缠结调控方面存在竞争关系。另外,氮气气泡,特别是氮气大气泡使聚合物的分子量分布变宽,而乙烯微气泡使聚合物的分子量分布变窄,实现了对聚乙烯分子量分布的调控。（3）使用解缠结催化剂,在氮气微气泡的辅助下进行加压乙烯淤浆聚合反应,考察了在不同聚合时间和氮气流量下的乙烯聚合行为和产物粒径分布。详细研究了解缠结催化剂与氮气微气泡对初生态UHMWPE链缠结程度和聚合材料力学性能的协同调控作用,进一步探究了低缠结聚合物分子链的生长行为。结果表明,向聚合体系引入氮气气泡后能够延缓催化剂活性的释放,进一步验证氮气气泡能够间歇性阻隔液相反应物向活性中心的传质。向聚合体系引入氮气气泡,特别是氮气微气泡,能够有效降低初生态聚合产物链缠结程度。当氮气微气泡辅助聚合时,在聚合反应初期,解缠结催化剂颗粒未完全破碎,该催化剂特有的结构对抑制链缠结的形成具有更加显著的影响,而在整个聚合过程中,催化剂活性的释放规律和氮气气泡的“休眠效应”将持续对初生态聚合物链缠结的调控发挥重要作用。此外,氮气气泡和解缠结催化剂共同促进聚合产物力学性能的提升,尤其是当氮气微气泡辅助聚合时,随着氮气流量的增大,力学性能将达到最高值,极大改善通过熔融加工制备而成的聚合材料的性能。