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中科院化學(xué)所符文鑫研究員、青科大沈勇/李志波教授團(tuán)隊(duì) Prog. Polym. Sci. 綜述:典型碳環(huán)與氧雜環(huán)單體開環(huán)聚合制備功能聚合物研究進(jìn)展
2024-12-30  來源:高分子科技

  隨著對多樣化、定制化和高性能材料需求的不斷攀升,功能高分子材料領(lǐng)域的創(chuàng)新研究正受到顯著推動(dòng)。聚合方法學(xué)在這一領(lǐng)域扮演著不可替代的關(guān)鍵角色。開環(huán)聚合作為一種獨(dú)特的聚合技術(shù),不僅繼承了連鎖聚合的特性,而且在特定條件下還能展現(xiàn)出逐步聚合的特征。特別值得關(guān)注的是,開環(huán)聚合因其卓越的可控性和操作的便捷性,已經(jīng)成為合成功能聚合物的重要工具,尤其在可降解功能高分子和醫(yī)用功能高分子領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。此外,不同尺寸的環(huán)狀單體以及元素或官能團(tuán)的取代效應(yīng),為開環(huán)聚合帶來了多樣的熱力學(xué)特性,這為深入探究聚合機(jī)制提供了堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步優(yōu)化合成方法、提升材料的品質(zhì)與性能,并拓展其應(yīng)用范圍,深入研究功能高分子材料的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系始終是該領(lǐng)域的一個(gè)核心課題。這不僅為開發(fā)新型功能材料提供了理論支持,也為有效應(yīng)對實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


1.“環(huán)狀單體-聚合方法-材料應(yīng)用探索邏輯框架


  中國科學(xué)院化學(xué)研究所符文鑫研究員與青島科技大學(xué)沈勇/李志波教授團(tuán)隊(duì)對近年來碳環(huán)與氧雜環(huán)單體開環(huán)聚合領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了全面的總結(jié)。他們詳細(xì)梳理了環(huán)烴、環(huán)內(nèi)酯、降冰片烯及其衍生物、螺環(huán)等多種單體的聚合特性。文章不僅重點(diǎn)介紹了這些單體的獨(dú)特聚合技術(shù),還系統(tǒng)性地回顧了功能聚合物制備中的關(guān)鍵研究進(jìn)展,并深入探討了開環(huán)聚合在未來發(fā)展?jié)摿,尤其是在開發(fā)具有閉環(huán)可回收特性的特殊性能聚合物方面的應(yīng)用前景。該團(tuán)隊(duì)通過對不同尺寸和化學(xué)結(jié)構(gòu)環(huán)狀單體的深入研究,進(jìn)一步揭示了它們在微電子、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)和電池材料等前沿領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。文章構(gòu)建了一個(gè)清晰的邏輯框架——“環(huán)狀單體-聚合方法-材料應(yīng)用探索,為讀者提供了一個(gè)全面而深入的視角。這種結(jié)構(gòu)化的綜述不僅凸顯了環(huán)狀單體在推動(dòng)聚合物科學(xué)發(fā)展中的核心作用,而且為未來的研究方向和應(yīng)用拓展提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。


2.綜述目錄


  作者依據(jù)環(huán)單體的尺寸從小到大以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,巧妙地將內(nèi)容分為“簡單環(huán)與多環(huán)及螺環(huán)”兩大章節(jié),細(xì)致探討了從環(huán)單體到聚合物的合成路徑及其應(yīng)用。重點(diǎn)內(nèi)容包括單體聚合機(jī)理的深入解析(如圖3所示)、聚合體系優(yōu)化策略的系統(tǒng)闡述(如圖4所示)、研究歷程的時(shí)間線梳理以及潛在應(yīng)用實(shí)例的展示(如圖5所示)。這種編排為讀者呈現(xiàn)了一個(gè)全面且條理清晰的視角,使得復(fù)雜的聚合過程和應(yīng)用前景變得易于理解和把握。


3.苯并環(huán)丁烯衍生物的開環(huán)聚合機(jī)理


4.γ-BL的開環(huán)聚合催化體系:(a) 環(huán)三聚磷腈堿(CTPB)結(jié)構(gòu)及其制備方式;(b) 有機(jī)堿/脲協(xié)同催化體系;(c) 金屬催化體系;(d) 有機(jī)超強(qiáng)堿tBu-P4/ BnOH 催化體系;(eCTPB催化合成嵌段共聚物PγBL-b-PLLA實(shí)例。




5. a)螺原碳酸酯(SOC)的開環(huán)聚合研究時(shí)間線;(b)作為抗收縮添加劑的二醇SOC單體的合成;(c)二硫醇基SOC單體及其抗收縮性能;(d)用于紫外納米壓印(UV-NIL)的新型SOC納米壓印抗蝕劑。


  最后,作者對碳環(huán)與氧雜環(huán)單體的開環(huán)聚合及其應(yīng)用進(jìn)行了深入的總結(jié),并對未來的發(fā)展趨勢提出了富有洞見的展望。開環(huán)聚合的過程往往受到單體的反應(yīng)性(例如環(huán)應(yīng)變和環(huán)取代基的特性)以及特定應(yīng)用需求的顯著影響。盡管這些環(huán)狀單體及其衍生聚合物在結(jié)構(gòu)、性能和功能上各具特色,但其發(fā)展脈絡(luò)日益清晰:研究的焦點(diǎn)正逐漸轉(zhuǎn)向?qū)で蟾?jīng)濟(jì)、更易獲取的單體資源,以及開發(fā)更簡便、更環(huán)保的合成技術(shù)。未來的研究將聚焦于通過精確調(diào)控單體或催化劑的結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對聚合物鏈結(jié)構(gòu)的高效調(diào)控,以及探索適用于工業(yè)規(guī)模需求的低張力環(huán)狀單體的高效開環(huán)聚合方法。同時(shí),基于環(huán)狀單體的多樣化聚合物結(jié)構(gòu)(例如線性、星形、刷狀、核殼和大環(huán)結(jié)構(gòu))的合成研究也在不斷深化,這些結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用前景同樣備受期待。這些研究不僅促進(jìn)了高分子材料領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,也為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和高性能材料的創(chuàng)新提供了堅(jiān)實(shí)的支持和理論基礎(chǔ)。


6.綜述涉及的碳環(huán)和氧雜環(huán)單體及其相應(yīng)的聚合物和應(yīng)用


  該綜述以Ring-Opening Polymerization of Representative Carbocyclic and Oxacyclic Monomers: Versatile Platform toward Advanced Functional Polymers為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Progress in Polymer Science上。文章第一作者是中國科學(xué)院化學(xué)研究所的博士研究生何艷,通訊作者為中國科學(xué)院化學(xué)研究所的符文鑫研究員青島科技大學(xué)的沈勇教授和李志波教授


  文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2024.101921

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