Language
Country/Area
No result found
活性聚合的奧秘：為什麼它能實現如此高的分子量控制？
在聚合物化學中，活性聚合（living polymerization）是一種鏈成長聚合反應，其特點是消除了增長聚合鏈的終止能力。這一過程可以通過多種方法達成。在活性聚合裡，鏈終止與轉移反應幾乎不存在，加之鏈引發的速率大於鏈傳播的速率，因此聚合鏈以更穩定的速率增長，且其長度保持較為一致，從而實現了非常低的分散度指數（PDI）。這種精確控制的能力讓活性聚合成為合成區塊共聚物的熱門方法，聚合的每一階段都可以使用不同的單體進行合成。
活性聚合的優勢在於預先確定的分子量和對末端基團的控制。
活性聚合正因為在大分子合成中提供了高精度而備受青睞。聚合物的許多新穎和有用的特性往往源於其微觀結構和分子量，因此精確的控制顯得尤為重要。在非活性聚合中，分子量和分散度往往無法得到良好的控制，因此活性聚合更適合材料設計。雖然活性聚合反應和可控聚合反應存在相似之處，但兩者在定義上仍有區別。活性聚合反應被定義為完全消除了鏈終止或鏈轉移的聚合，而可控聚合反應則是通過引入一種靜止狀態來抑制但不消除終止。儘管這一點在文獻中仍存在爭議，但這些技術的發展顯著擴展了聚合物的應用範圍。
活性聚合的歷史
1956年，邁克爾·斯瓦金（Michael Szwarc）首次在四氫呋喃（THF）中利用鹼金屬/蒽系統示範了活性聚合。他的研究顯示了電子轉移從蒽的自由基陰離子到苯乙烯的過程。斯瓦金的工作展示了活性聚合鏈的聚合過程是如何在缺乏終止的情況下持續進行的。當他增加單體濃度時，聚合物的粘度上升，這表明聚合鏈的增長並未被終止。這一發現對聚合物化學來說是一次重大突破，控制何時終止聚合反應的能力一直是一個挑戰。
活性聚合的技術
活性聚合技術的主要類別包括：
- 活性陰離子聚合
- 活性陽離子聚合
- 活性開環聚合
- 活性自由基聚合
- 鏈增長聚縮合
活性陰離子聚合
早在1936年，卡爾·齊格勒（Karl Ziegler）就提出了苯乙烯和丁二烯的陰離子聚合可以通過連續添加單體到烷基鋰引發劑中而無需鏈轉移或終止的過程。1950年代中期，斯瓦金在THF中通過使用納蒽作為引發劑示範了活性聚合。這些實驗表明了對高度反應性有機金屬中間體的絕對控制。
活性自由基聚合
自1970年代以來，幾種新方法的發現使得使用自由基化學的活性聚合成為可能。其中包括催化連鎖轉移聚合、可逆添加-斷裂鏈轉移聚合（RAFT）、原子轉移自由基聚合（ATRP）等。雖然這些方法技術上不滿足IUPAC對於活性聚合的定義，但它們確實展示了活性聚合的一些特徵。
活性鏈增長聚縮合
鏈增長聚縮合最初提出的理念是，聚合物的末端基團比單體更具反應性。這種優先反應性使得聚合物鏈的增長比單體之間的反應更為高效。雖然對於高分子量聚合鏈來說，控制分子量仍然存在挑戰，但研究者們針對如何最大化鏈增長的反應性持續進行探索。
隨著活性聚合技術的發展，聚合物的設計和性能調控已達到了前所未有的高度，而這些技術所帶來的創新潛力無疑將在材料科學領域産生深遠影響。這使得我們不得不思考：未來的活性聚合技術將如何進一步改變我們的生活？
