流动化学用于可逆失活自由基聚合的研究进展

可逆失活自由基聚合(RDRP)是高分子合成领域中应用最广的合成方法之一。RDRP能够实现对分子量、分子量分布、聚合物结构等的精确调控,大大促进了功能高分子的合成与发展。与传统反应瓶和反应釜相比,流动化学反应器具有比表面积大、传质/传热高效等优点,不仅能够有效加快聚合反应速率、减少副反应,还能为光控可逆失活自由基聚合(photo-RDRP)提供均匀、充足的光照。此外,随着计算机科学的高速发展,电脑辅助的流动聚合已成为高分子合成领域的前沿技术之一。本文首先对流动化学在热引发和光引发RDRP中的应用进行了概述,然后从定制化合成、高通量合成和自优化合成三个方面对流动RDRP方法的最新研究进展进行了介绍,最后对流动聚合中尚存的问题进行了简单的总结与展望。

室温非均相可逆失活自由基聚合

非均相可逆失活自由基聚合(RDRP)是高效可控制备结构与功能明确聚合物纳米材料的重要方法.在室温下进行非均相RDRP从聚合技术层面上是一个很小的调整,但这为功能聚合物的可控合成、新非均相RDRP方法的发展及非均相RDRP的机理研究带来了巨大的机遇.在本文中,我们将综述室温非均相RDRP的最新研究进展,这些研究进展难以通过传统的热引发非均相RDRP实现,包括聚合速率调控、耐氧非均相RDRP体系、新非均相RDRP方法的发展、聚合物纳米材料的形貌调控和功能聚合物纳米材料的合成,最后指出了室温非均相RDRP领域目前存在的关键问题和重要挑战.

酶促聚合:绿色的高分子材料合成技术

以酶促聚合为代表的绿色高分子合成途径,以其反应条件温和、产物多分散性低、无金属催化剂残留、高度立体和区位选择性等优势,成为医用高分子材料合成领域中的研究热点。目前,氧化还原酶、水解酶、转移酶均成功应用于聚合反应,其中脂肪酶催化的缩聚反应及开环聚合反应研究最为广泛,同时,以可逆加成-断裂链转移聚合和原子转移自由基聚合为代表的酶促可逆失活自由基聚合得到了快速发展。针对酶促聚合中单体及合成产物结构与性能单一、应用范围有限等缺陷,基于酶促聚合与原子转移自由基聚合、开环易位聚合等反应的偶联,制备了多种不同结构与性能的聚合物材料,推动了上述材料在药物与基因递送领域中的应用。本文综述了脂肪酶催化聚合、酶促可逆失活自由基聚合、酶促化学偶联催化等方面的研究进展,并探讨了目前研究的局限性和未来研究方向。

碘代化合物存在下的可逆-失活自由基聚合研究进展

碘代化合物存在下的可逆-失活自由基聚合(reversible deactivation radical polymerization,RDRP)具有反应条件温和、体系组成简单、单体适用范围较广的优点。本文主要概述了近年来碘代化合物存在下的可逆-失活自由基聚合,主要包括退化链转移自由基聚合(degenerative chain transfer radical polymerization,DTRP)、反向碘转移聚合(reverse iodine transfer polymerization,RITP)、可逆链转移催化聚合(reversible chain transfer catalyzed polymerization,RTCP)和可逆络合聚合(reversible complexation mediated polymerization,RCMP)。概述了各种聚合方法的基本原理、适用的单体、化合物结构与活性的关系以及一些重要的副反应等。此外,还对利用各种聚合方法进行的大分子设计合成和非均相聚合研究工作做了简要的介绍。

碳二亚胺调控下甲基丙烯酸甲酯的可逆-失活自由基聚合

首次采用2种碳二亚胺(二环己基碳二亚胺(DCC)和N,N′-二异丙基碳二亚胺(DIC))作为催化剂、碘(I2)与偶氮二异庚腈(ABVN)原位生成烷基碘化物为引发剂,实现了甲基丙烯酸甲酯(MMA)的可逆-失活自由基聚合.首先,对比了2种催化剂对该体系催化活性的大小,发现DCC作为催化剂时对聚合的可控程度优于DIC.然后详细考察了DCC用量、引发剂用量和不同溶剂对聚合反应的影响.结果表明,在反向碘转移聚合(RITP)的基础之上添加DCC或DIC,均可以有效降低聚合物的分子量多分散指数(PDI=M_w/M_n).[MMA]_0:[I_2]_0:[ABVN]_0:[DCC]_0=200:1:1.7:4时具有最佳的可控效果,凝胶渗透色谱(GPC)测定的分子量与理论分子量吻合,且数均分子量随转化率增加呈线性增长,分子量多分散指数较小(PDI <1.26).在甲苯、苯、四氢呋喃(THF)、苯甲醚4种溶剂中均有很好的可控聚合特征.最后,通过~1H-NMR对所得聚合物结构进行表征,证明为碘原子封端,端基保有度达到97.5%,并成功进行了聚甲基丙烯甲酯的扩链反应;通过自由基捕捉实验、紫外等对碳二亚胺调控MMA聚合的机理进行了讨论.

三氟氯乙烯与甲基异丙烯基醚的光诱导共聚反应

氟聚合物综合性能优异,在诸多领域发挥了重要作用.三氟氯乙烯(chlorotrifluoroethylene,CTFE)与乙烯基醚共聚物被用于高性能涂料,但其较低的玻璃化转变温度对应用场景带来了局限.在本工作中,发展了CTFE与甲基异丙烯基醚(methyl isopropenyl ether,MIE)的光照自由基共聚反应,在室温常压条件下合成了全新化学结构的氟烯烃与烯基醚共聚物.聚合反应过程符合一级动力学与交替共聚特征,通过控制链转移剂用量与MIE转化率可合成不同分子量的共聚物,表明该聚合反应具备一定的可控性,但共聚物分子量分布较宽、链末端保真度有限.在此基础上,本工作首次揭示了CTFE-MIE共聚物比CTFE-乙烯基乙醚共聚物的玻璃化转变温度提高了近50℃,有助于进一步开发高性能氟聚合物材料.

微尺度铜管催化三臂星形聚合物的制备

利用微尺度Cu(0)催化可逆失活自由基聚合的方法设计并合成了具有三臂星形结构的聚甲基丙烯酸酯类嵌段共聚物,并通过核磁共振、凝胶渗透色谱、流变等方法对聚合物的结构和性能进行了研究.首先,设计并搭建了微尺度铜管催化的聚合反应平台,以1,1,1-三(2-溴异丁酰氧甲基)乙烷为引发剂,高效合成了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚甲基丙烯酸十二烷基酯(PLMA)均聚物,研究表明微尺度铜管催化的可逆失活自由基聚合反应速率快,聚合过程可控,制备的聚合物分子量调节范围宽,分子量分布窄.通过铜管微反应单元的串联,制备了PMMA-b-PLMA共聚物.实验结果表明微尺度下铜管催化制备的聚甲基丙烯酸酯类嵌段共聚物具有结构可控,分子量可调节,分子量分布窄,分子链为三臂星形结构等特点.以制备的PMMA-b-PLMA和PMMA-b-聚甲基丙烯酸十六烷基酯(PMMA-b-PHMA)为润滑油添加剂,实现了对烷烃类润滑油缠结性能的响应性调节,提高了润滑油在不同温度下的黏度保持率.本研究为高效合成和应用三臂星形结构的聚甲基丙烯酸酯类聚合物提供了新的方法.