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慧正資訊，來(lái)自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）化學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)日前發(fā)布了一項(xiàng)全新的乳液合成技術(shù)，該技術(shù)將確保涂料、粘合劑和密封劑等獲得分子量更加精準(zhǔn)的乳液原料，從而大幅度提高乳液產(chǎn)品的市場(chǎng)化速度。
根據(jù)公開資料顯示，這種新的合成方法采用了光波和水溶性染料進(jìn)行反應(yīng)，為乳液聚合過(guò)程提供了更加環(huán)保、更加實(shí)用的新合成工藝。
通常在工業(yè)生產(chǎn)中，乳液聚合是生產(chǎn)聚合物的一種低成本的合成工藝，但這個(gè)反應(yīng)過(guò)程具有局限性，科學(xué)家無(wú)法在乳液聚合中精準(zhǔn)控制聚合物的分子量和分散性，而分子量控制也是對(duì)聚合物結(jié)構(gòu)控制的最核心的關(guān)鍵技術(shù)。
來(lái)自CMU的胡小磊（Xiaolei Hu）博士開發(fā)出一種全新的乳液聚合方法 - 光驅(qū)動(dòng)微乳液原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）， 它可以精確控制所得聚合物的結(jié)構(gòu)，這種新方法擴(kuò)大了可以使用乳液聚合工藝合成聚合物的范圍。
關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)，來(lái)自JC Warner大學(xué)自然科學(xué)教授Krzysztof Matyjaszewski表示，這是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)波光源（特別是紅光和近紅外光）下穩(wěn)健高效的微乳液光ATRP技術(shù)，在工業(yè)環(huán)境中進(jìn)一步探索和應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)控制的特種聚合物的可持續(xù)和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)。 ”
ATRP是最可靠的可控聚合方法，它允許科學(xué)家將單體逐個(gè)串聯(lián)起來(lái)。通過(guò)精確控制聚合物的生長(zhǎng)和形狀，科學(xué)家可以創(chuàng)建具有特定屬性的高度定制的聚合物。ATRP技術(shù)在乳液聚合過(guò)程中面臨的各種挑戰(zhàn)，在Matyjaszewski 團(tuán)隊(duì)的努力中得到了克服，在Matyjaszewski的指導(dǎo)下，胡博士利用長(zhǎng)波光源下的光誘導(dǎo)ATRP，并有效地將其用于乳液制造中。
傳統(tǒng)上，乳液聚合是通過(guò)添加引發(fā)劑來(lái)觸發(fā)反應(yīng)，但胡博士有不同的目標(biāo)。他的目標(biāo)是開發(fā)一種更環(huán)保的ATRP反應(yīng)，可以在對(duì)環(huán)境無(wú)害的反應(yīng)條件下運(yùn)行，例如在水中、露天中，并且可以由光源引發(fā)。
胡博士介紹，“如今，光化學(xué)本質(zhì)上是使用低能光來(lái)引發(fā)和介導(dǎo)聚合，由于其易于設(shè)置和綠色環(huán)保，已引起極大關(guān)注，使用更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光可以改善聚合反應(yīng)遲鈍的情況。”
雖然其他研究人員已經(jīng)使用光來(lái)引發(fā)乳液聚合，但他們使用的是紫外線或短波長(zhǎng)可見光。當(dāng)它照射到乳液中時(shí)會(huì)散射，乳液本質(zhì)上是一種不溶于彼此的液體混合物，例如水中的油。由于光會(huì)散射，因此它在整個(gè)乳液中并不均勻地可用來(lái)觸發(fā)聚合，導(dǎo)致反應(yīng)緩慢，對(duì)最終聚合物性質(zhì)的控制有限，這種情況尤其在大規(guī)模反應(yīng)中特別如此。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，胡博士轉(zhuǎn)向了光譜中紅色和近紅外區(qū)域的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。他使用一種常見的染料亞 甲藍(lán)作為光催化劑，光催化劑是一種在暴露于光時(shí)激活的材料，從而驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。亞 甲藍(lán)是一種市售的染料，它是一種水溶性染料，用于許多應(yīng)用，包括作為藥物。
在JACS上發(fā)表的一篇早期論文中，胡博士發(fā)現(xiàn)這種染料具有非常有趣的光化學(xué)性質(zhì)，適用于ATRP。他證明了亞 甲藍(lán)在露天的均勻溶液中表現(xiàn)異常出色，聚合快速且控制良好。
“我們對(duì)這一結(jié)果非常感興趣，因此我們致力于開發(fā)一種采用亞 甲藍(lán)作為紅光/近紅外光下的光催化劑的乳液的ATR系統(tǒng)。”胡博士繼續(xù)說(shuō)道。
在當(dāng)前的研究中，胡博士發(fā)現(xiàn)紅光/近紅外光可增強(qiáng)細(xì)乳液中的聚合，而紫外光幾乎不會(huì)導(dǎo)致聚合。科學(xué)家還表明，亞 甲藍(lán)在暴露于紅光/近紅外光時(shí)會(huì)誘導(dǎo)ATRP過(guò)程的快速啟動(dòng)并提供對(duì)聚合的控制。
胡博士認(rèn)為，最重要的是發(fā)現(xiàn)新方法中使用的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光即使在較大的反應(yīng)器中也能保持高效聚合。“這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于光誘導(dǎo)乳液聚合在商業(yè)環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。”胡博士補(bǔ)充道。
除了胡博士和Matyjaszewski之外，研究生Rongguan Yin和化學(xué)系校友Jaepil Jeong 也是JACS論文的作者。該研究的資金來(lái)自美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(CHE 2000391)和能源部(DE-SC0018784)。
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