聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)是两种重要的高分子材料，被广泛应用于工农业、医疗卫生和日常生活的各个领域。其中PP由于具有熔点高，密度低，化学稳定性好，机械性能优良及性价比高等优点，已经成为发展最快、产量最大、牌号最多、用途最广的通用合成树脂之一。但是目前通过Ziegler-Natta催化剂得到的PP也存在不易染色、熔体强度低等缺点。熔体自由基方法改性PP具有无溶剂、加工时间短，以及无需改变现有加工成型工艺等优点，因此在制备可控流变型PP、改善PP表面极性以及制备高熔体强度PP等方面得到了广泛的应用。但是PP熔体自由基改性过程中发生的反应相对比较复杂。比如在制备高熔体强度PP过程中，如何调控PP的自由基断裂反应、接枝单体的自由基聚合反应以及单体与PP大分子自由基的接枝反应都是需要考虑的几个关键问题。　　 在本论文中，我们通过调控和利用PP或PE熔体发生的自由基反应，制备了具有较高熔体强度的PP以及具有较强界面相互作用的PP和PE纳米复合材料。　　 1.设计合成了六种不同结构的杂环衍生物并把它们用于调控PP的自由基降解反应以及PP与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)的支化反应。实验结果表明杂环衍生物中的碳碳双键与PP大分子自由基的迅速反应以及芳香杂环对相邻碳自由基的共轭稳定作用是抑制PP发生β-断裂反应的两个必要条件。杂环衍生物具有“push-pull”电子结构，与TMPTA相比，它们与PP大分子自由基的反应速度更快。因此，杂环衍生物的加入可以很快地将活泼的PP大分子自由基转化为具有共轭稳定作用的大分子自由基，从而能抑制TMPTA的自聚反应，提高了TMPTA的支化效率，使改性PP样品的熔体弹性响应有明显的提高。结合实验结果和相关文献，我们也对不同结构的五元芳香杂环和不同结构的吸电子基团在抑制PP自由基断链反应以及调控PP与TMPTA的支化反应效率上的差别做了分析讨论。　　 2.在前一章的基础上，我们选择了三种具有代表性的杂环衍生物并详细研究了在不同过氧化物含量下，它们在PP熔体进行自由基改性过程中的调控作用。当过氧化物加入量较少时，三种杂环衍生物都可以有效地抑制PP的断链反应，同时产生少量的长链支化结构。但是当过氧化物加入量较多时，由于不同结构的杂环衍生物在捕捉PP大分子自由基的能力以及其稳定的大分子自由基进行扩链反应、歧化终止反应以及氢转移反应程度的差别，导致最后改性PP样品的链结构和熔体性能有较大的差别。由于杂环衍生物对自由基具有很高的反应活性，通过控制杂环衍生物与烷氧自由基的摩尔比，可以将扩链反应发生的时间控制在熔融反应初期（过氧化物还未完全分解）或熔融反应末期（过氧化物已完全分解）。在熔融反应初期进行的扩链反应速率较快，更容易得到分子量呈现双峰分布的样品，而在熔融反应末期发生的扩链反应速率相对较慢，得到的支化结构分布较均匀。　　 3.利用PP在过氧化物存在下产生的PP大分子自由基与具有反应性的富勒烯C60作用，通过简单的熔融混合一方面增强了C60与PP基体之间的界面相互作用，另一方面也改善了C60在PP基体中的分散性。同时C60的加入不仅抑制了PP大分子自由基的β-断裂反应，还改变了PP的链结构，使PP/C60纳米复合材料的熔体强度有了明显的提高。实验证明了体系中存在两种长链支化结构:一种是以单个C60为支化中心，另一种是以单个C60聚集体为支化中心。具有较强界面相互作用的PP/C60纳米复合材料表现出明显的应变硬化现象以及更加优异的力学性能。　　 4.C60和TMPTA都可以与PP大分子自由基发生扩链反应，但是在自由基浓度较高时TMPTA容易发生自聚反应。C60由于其特殊的电子结构，它与富电子自由基反应活性更高。因此C60的加入可以优先将大部分PP大分子自由基转化为具有稳定作用的自由基，一方面抑制了PP大分子自由基的β-断裂反应，另一方面也减少了TMPTA的自聚。根据扭矩曲线、FTIR分析以及流变测试结果，当C60含量高于0.5wt％时，C60和TMPTA在增加PP分子链缠结程度上具有明显的协同效应。　　 5.与PP/C60体系类似，在过氧化物存在下，通过简单的熔融共混不仅可以改善C60和PE之间的界面相互作用，而且还可以促进C60在PE基体中的分散。通过对改性前后PE的链结构以及熔体性能的表征，证明C60的加入可以促进PE大分子自由基之间的扩链反应，但是同时也会使改性后PE样品的分子链的均匀性变差。由于C60对自由基具有快速捕捉能力，因此PE/C60纳米复合材料在空气中的热稳定性有大幅提高。