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复旦大学陈茂课题组:连续滴流光控活性梯度共聚—反常的序列调控牛年“流”操作

序列结构可决定聚合物理化性能。不同于无规、嵌段共聚物,梯度共聚物的单体组成沿聚合物链呈逐渐变化趋势,具有高临界胶束浓度、宽玻璃化转变温度、特殊的自组装行为等,因而在诸多领域得以应用,例如增容剂、乳液稳定剂、减振器等。此外,梯度共聚物在固体电解质、形状记忆材料等前沿研究领域也展现出潜在价值。


梯度聚合物的合成方法主要包括两类:一锅法合成和半间歇式加料合成。前者操作简单,梯度趋势由共聚单体反应活性、初始投料比决定,是自发形成的梯度序列,该方法对单体适用范围、梯度趋势可调范围有较大限制。后者需要连续多次添加单体,虽然可适用于更广的单体范围,但常遇到分子量分布宽、链端保真度低、重现性差等困难。与间歇式反应器(如反应瓶、反应釜)相比,流动化学反应器有大比表面积、高传质/传热效率、可模块化操作、无放大效应等优点,近年来被大量应用于化学合成。

图1. 滴流式光控活性自由基聚合制备梯度聚合物。图片来源:Sci. China Chem.


近日,复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室的陈茂点击查看介绍课题组首次开发了流动化学可控活性梯度共聚,实现了对多种化学组成、不同梯度趋势的梯度共聚物的可控合成(图1)。该方法是基于不同单体在液滴与载流体的溶解性差异实现的,即使反应活性相似的单体也能成功生成梯度共聚物,因而从单体适用范围与操作方式上均明显不同于传统合成。该方法制备的梯度聚合物还具有分子量分布窄、链末端保真度高、可程序化合成等优点(图2)。此外,研究者在文中还对化学组成相同、梯度趋势不同的共聚物进行了比较,发现梯度对聚合物性质具有显著影响(结果和分析请见原文,欢迎同学们点击,顺便引用 ^_^ )

图2. 合成具有不同梯度变化趋势和化学组成的共聚物。图片来源:Sci. China Chem.


该方法实现梯度的原理有别于传统合成,且方便与电脑辅助相关联,相信该工作为梯度聚合物的制备提供了新的机遇,并且可适用于其他活性聚合方法。


相关成果近期在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。博士研究生周杨为文章第一作者,陈茂研究员为通讯作者。作者特别感谢国家自然科学基金、复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室的支持。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Facile Synthesis of Gradient Copolymers Enabled by Droplet-Flow Photo-Controlled Reversible Deactivation Radical Polymerization

Mao Chen, Yang Zhou, Shantao Han, Yu Gu

Sci. China Chem., 2021, DOI: 10.1007/s11426-020-9946-8


陈茂博士简介


陈茂,2011年于武汉大学获得有机化学博士学位,随后赴美国麻省理工学院从事博士后科研工作,2016年任MIT研究科学家。同年加入复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室,任研究员。课题组致力于高分子化学方面研究工作,主要研究兴趣包括:探索氟聚合物精确合成方法,发展流动化学聚合技术,从化学合成角度开发高性能聚合物材料并探索相关应用。


陈茂

https://www.x-mol.com/university/faculty/47834

课题组网站

http://www.polymaolab.com


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