Language
Country/Area
No result found
活性聚合的奥秘：为什么它能实现如此高的分子量控制？
在聚合物化学中，活性聚合（living polymerization）是一种链成长聚合反应，其特点是消除了增长聚合链的终止能力。这一过程可以通过多种方法达成。在活性聚合里，链终止与转移反应几乎不存在，加之链引发的速率大于链传播的速率，因此聚合链以更稳定的速率增长，且其长度保持较为一致，从而实现了非常低的分散度指数（PDI）。这种精确控制的能力让活性聚合成为合成区块共聚物的热门方法，聚合的每一阶段都可以使用不同的单体进行合成。
活性聚合的优势在于预先确定的分子量和对末端基团的控制。
活性聚合正因为在大分子合成中提供了高精度而备受青睐。聚合物的许多新颖和有用的特性往往源于其微观结构和分子量，因此精确的控制显得尤为重要。在非活性聚合中，分子量和分散度往往无法得到良好的控制，因此活性聚合更适合材料设计。虽然活性聚合反应和可控聚合反应存在相似之处，但两者在定义上仍有区别。活性聚合反应被定义为完全消除了链终止或链转移的聚合，而可控聚合反应则是通过引入一种静止状态来抑制但不消除终止。尽管这一点在文献中仍存在争议，但这些技术的发展显著扩展了聚合物的应用范围。
活性聚合的历史
1956年，迈克尔·斯瓦金（Michael Szwarc）首次在四氢呋喃（THF）中利用碱金属/蒽系统示范了活性聚合。他的研究显示了电子转移从蒽的自由基阴离子到苯乙烯的过程。斯瓦金的工作展示了活性聚合链的聚合过程是如何在缺乏终止的情况下持续进行的。当他增加单体浓度时，聚合物的粘度上升，这表明聚合链的增长并未被终止。这一发现对聚合物化学来说是一次重大突破，控制何时终止聚合反应的能力一直是一个挑战。
活性聚合的技术
活性聚合技术的主要类别包括：
- 活性阴离子聚合
- 活性阳离子聚合
- 活性开环聚合
- 活性自由基聚合
- 链增长聚缩合
活性阴离子聚合
早在1936年，卡尔·齐格勒（Karl Ziegler）就提出了苯乙烯和丁二烯的阴离子聚合可以通过连续添加单体到烷基锂引发剂中而无需链转移或终止的过程。 1950年代中期，斯瓦金在THF中通过使用纳蒽作为引发剂示范了活性聚合。这些实验表明了对高度反应性有机金属中间体的绝对控制。
活性自由基聚合
自1970年代以来，几种新方法的发现使得使用自由基化学的活性聚合成为可能。其中包括催化连锁转移聚合、可逆添加-断裂链转移聚合（RAFT）、原子转移自由基聚合（ATRP）等。虽然这些方法技术上不满足IUPAC对于活性聚合的定义，但它们确实展示了活性聚合的一些特征。
活性链增长聚缩合
链增长聚缩合最初提出的理念是，聚合物的末端基团比单体更具反应性。这种优先反应性使得聚合物链的增长比单体之间的反应更为高效。虽然对于高分子量聚合链来说，控制分子量仍然存在挑战，但研究者们针对如何最大化链增长的反应性持续进行探索。
随着活性聚合技术的发展，聚合物的设计和性能调控已达到了前所未有的高度，而这些技术所带来的创新潜力无疑将在材料科学领域产生深远影响。这使得我们不得不思考：未来的活性聚合技术将如何进一步改变我们的生活？
