原子转移自由基聚合研究进展

原子转移自由基聚合(Atom transfer radical polymerization,ATRP)是一种发展较快的可控/活性聚合技术,现已广泛应用于聚合物分子结构设计及众多功能高分子材料的合成.本文在综述了ATRP的反应机理的基础上,介绍了引发剂、催化剂、配体、单体等对ATRP的影响,同时综述了降低(或去除)金属盐含量的绿色、高效ATRP聚合体系,如引发剂持续再生活化ATRP,电子转移生成(再生)活化剂ATRP,铁催化体系,光催化体系等.近年来发展的无金属光诱导的有机催化ATRP聚合体系也做了综述.     

ATRP大分子引发剂的合成及应用

原子转移自由基聚合(ATRP)是一种新型的可控/活性聚合技术,现已广泛应用于聚合物分子结构设计、无机材料表面修饰、蛋白质检测以及生物大分子的分离和杀菌防污等.在此类反应过程中涉及的三大要素:单体、引发体系(引发剂、催化剂、配位剂)及反应介质,其中核心要素为ATRP引发剂,其结构与性质是ATRP反应成败的决定因素之一.本文在综述了小分子引发剂的种类与性质及ATRP的反应机理的基础上,着重综述了近年来官能团反应法、偶联反应法及自由基聚合法制备ATRP大分子引发剂的最新进展.同时还综述了大分子引发剂通过ATRP反应在聚合物结构设计中的应用,以及对无机材料和生物材料的表面修饰的最新进展,最后对ATRP引发体系的未来发展与应用进行了展望.     

原子转移自由基聚合的最新研究进展*

原子转移自由基聚合(ATRP)是目前为止最具工业化应用前景的“活性”/可控自由基聚合之一。近年来对其广泛的研究使这一技术逐渐向着“提高可操作性”与“尽可能地减少金属催化剂用量”方面发展;与此同时,诞生了不同催化体系的ATRP衍生技术,如反向原子转移自由基聚合(RATRP)、正向反向同时引发的原子转移自由基聚合(SR&NI ATRP)、引发剂连续再生催化剂原子转移自由基聚合(ICAR ATRP)、电子转移生成催化剂的原子转移自由基聚合(AGET ATRP)和电子转移再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)等多种基于ATRP的新方法。本文概述了这几种ATRP体系的发展历程与基本原理,并对其国内外的最新研究进展进行了综述。     

酶催化原子转移自由基聚合

原子转移自由基聚合(ATRP)是制备分子量以及分散度可控聚合物的重要途径。然而,受制于除氧步骤复杂、金属催化剂残留以及单体适用范围有限等因素,ATRP难以应用于批量制备功能化聚合物/共聚物材料,限制了其进一步应用。近年来提出和发展的酶催化聚合,为高效便捷除氧、拓展单体适用范围以及制备具有特殊(纳米)结构的纯净聚合物/共聚物提供了新思路。本文详细介绍了酶的结构与催化机理,以酶的种类进行分类,系统总结了具有不同结构的酶催化体系(包括过氧化辣根酶、血红蛋白、血红素、漆酶等)的催化机理、适用单体、优缺点及应用等;综述了酶以及酶模拟物催化ATRP体系的发展现状;最后,对酶催化ATRP的发展前景和挑战进行了探讨和展望。     

有机催化原子转移自由基聚合

过渡金属催化的原子转移自由基聚合(ATRP)是合成结构可控聚合物的重要方法之一,尽管一系列改进ATRP方法可将催化剂的浓度降至ppm级,但不可避免的金属残留仍然是制约ATRP应用的主要瓶颈。近年来,科学家提出并发展了有机催化原子转移自由基聚合(O-ATRP),从根本上规避了金属催化剂的使用与残留。本文对有机催化原子转移自由基聚合的概念、催化体系和聚合机理进行了介绍,同时综述了该新聚合方法在高分子合成与材料制备方面的应用。     

机理转移法合成星形梳状聚丁二烯-g-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物的研究

结合活性负离子聚合与原子转移自由基聚合(ATRP),采用机理转移法制备了一系列窄分布且分子量可控的星形梳状聚丁二烯-g-聚甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物(SC-(PB-g-PMMA)).首先通过阴离子聚合,制备星形聚丁二烯,后经甲酸-过氧化氢原位环氧化对链中部分双键进行环氧化,再与原位生成2-溴异丁酸发生酯化反应,得到具有链中活性溴的星形大分子引发剂(SPB-Brn).然后,利用该大分子引发剂,采用CuCl/CuCl2/PMDETA催化体系,通过ATRP聚合单体MMA,合成出星形梳状SC-(PB-g-PMMA)聚合物.通过GPC,1H-NMR和FTIR等分析手段对合成的星形大分子引发剂及星形梳状聚合物进结构表征,证实得到目标产物,并同时研究了聚合物的热力学性质与溶液性质.     

丙烯腈可控/"活性"自由基聚合研究进展

可控/"活性"自由基聚合能有效控制聚合物的分子量及其分布,并且能调控其微观拓扑结构。聚丙烯腈及其共聚物具有良好的成纤成膜性能,是一类应用十分广泛的聚合物。本文综述了可控/"活性"自由基聚合法合成聚丙烯腈及其共聚物的研究现状与进展,从氮氧自由基法(NMP)、引发转移终止剂法(iniferter)、原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合等方面对丙烯腈均聚物和共聚物的合成研究作了全面的总结,提出了存在的问题,并且对今后的研究方向作了展望。     

原子转移自由基聚合引发体系的最新研究

本文介绍了关于原子转移自由基聚合(ATRP)引发-活化-失活过程的最新研究情况,包括RATRP、SR&NI ATRP、AGET ATRP、ARGET ATRP以及ICAR ATRP等新型ATRP引发体系.这些新型ATRP体系克服了通常ATRP体系的缺点,比如低价态过渡金属催化剂容易氧化和用量过大的问题,而采用高价态过渡金属催化剂,并极大降低了其用量.尤其是后两种体系仅需微量(1-50ppm)、价态稳定的过渡金属络合物控制聚合反应的进行,使其成为一种适合于工业化生产的活性可控聚合技术.本文同时介绍了杂化及双金属ATRP催化体系,这两种新型催化体系具有较高的催化活性和对聚合反应的调控能力,且通过简单地过滤或沉降就可从聚合产物中脱除.     

由平面合成聚合物刷--表面引发原子转移自由基聚合研究进展

原子转移自由基聚合反应(ATRP)是实现活性聚合,获得可控聚合物的一种有效途径。通过表面引发原子转移自由基聚合,在材料表面合成聚合物刷,是改变材料表面特征的有效方法。本文综述了表面引发原子转移自由基聚合合成聚合物刷及其最新进展。     

原子转移自由基聚合在分子结构设计中的应用进展

原子转移自由基聚合(ATRP)是一种新型"活性"/可控聚合技术,可有效地实现对聚合物分子结构的设计,精准地控制聚合物分子结构。本文在介绍了官能团反应法、偶联反应法以及自由基聚合法制备ATRP大分子引发剂的基础上,进一步介绍了通过控制大分子引发剂"活性"点位置进行聚合物结构设计。同时还着重综述了大分子引发剂在嵌段聚合物、梳状聚合物、分子刷聚合物、树状及超支化聚合物和星形聚合物分子设计中的应用。     

活性聚合、表观活性聚合和准活性聚合

活性聚合是连锁聚合反应体系中链转移和终止反应速率为零时的特殊反应类型,表现活性聚合和准活性聚合则是链转移或终止反应未被完全消除而又具有活性聚合特征的两类聚合反应,是非活性聚合向活性聚合过渡和逼近时的两种聚合反应类型。本文对活性聚合、表观活性聚合和准活性聚合的基本概念及它们之间的区别作了简单的介绍。     

烯烃聚合催化剂和聚合反应

简要叙述了传统齐格勒－－纳塔催化剂的发展和演变,介绍了茂金属催化睡聚烯烃工业的新发展,并对新一代后过渡金属烯烃聚合催化剂的研究进展作了综合评述。     

原子转移自由基聚合及可控自由基聚合

以作者在原子转移自由基聚合领域的研究成果为主导,结合国内外文献,对近年来出现的颇具影响的可控自由基聚合体系与进行了评述与展望。     

Frontal Polymerization: Polymerization Induced Destabilization of Peracrylates

Frontal photopolymerization has attracted much attention in the last decade as it allows the curing of thick films. Unfortunately, the use of peroxides, which feature appropriate storage stability, also requires inappropriately high initiation temperatures. Here, a new approach involving a copolymerisation‐induced destabilization of (meth)acrylate‐based peroxides that allows lower front temperatures is presented. The increasing degree of branching next to the carbonyl group lowers the decomposition temperature by at least 20 °C. In classical monomer formulations, sufficient storage stability is confirmed.

     

Supramolecular Polymerization from Controllable Fabrication to Living Polymerization

Supramolecular polymers have attracted plenty of interest in the scientific community; however, developing controllable methods of supramolecular polymerization remains a serious challenge. This article reviews some recent developments of methods for supramolecular polymerization from controllable fabrication to living polymerization. Three facile methods with general applicability for controllable fabrication of supramolecular polymers have been established recently: the first method is a self‐sorting approach by manipulating ring–chain equilibrium based on noncovalent control over rigidity of monomers; the second is covalent polymerization from supramonomers formed by noncovalent interactions; and the third is supramolecular interfacial polymerization. More excitingly, living supramolecular polymerization has been achieved by two elegant strategies, including seeded supramolecular polymerization under pathway complexity control and chain‐growth supramolecular polymerization by metastable monomers. It is anticipated that this review may provide some guidance for precise fabrication of supramolecular polymers, leading to the construction of supramolecular polymeric materials with controllable architectures and functions.     

等离子体聚合法

扼要介绍等离子体聚合的原理、设备和方法,对其应用也作了叙述。     

对自由基聚合反应中两种情况下聚合度分布的探讨

自由基聚合是高分子化学学习中的重难点。聚合速率、聚合度与聚合度分布都是重要的学习内容,偶合终止、歧化终止及链转移都会使聚合度的分布有差异,且相关文献和教材在链转移情况下对聚合度分布的影响分析的较少,本文从自由基聚合度推导方法出发,对自由基聚合涉及不同终止方式及链转移情况下的聚合度分布进行探讨。本文侧重于对存在链转移的情况下的两种计算方式进行详细地分析,并与实验结果进行对比,从而说明两种计算方式的特点和造成偏差的原因,得出了详细的理论结果,以有助于初学者更好地理解和研究该部分的相关内容。     

包结聚合

本文主要叙述以脱胆酸(DCA)为包结体的包结聚合的研究历史。各种烯类单体、双烯、环状双烯、双炔、氯代丙烯腈等聚合单体在DCA管道中的包结聚合行为及不对称包结聚合。     

微乳液聚合

介绍了微乳化工艺和助乳化剂对单体液滴大小、乳化剂的吸附、乳液稳定性、聚合动力学和乳胶粒子大小及分布的影响,并讨论了单体亚微液滴成核机理。