分子量分布是影響聚合物性能的重要參數(shù)，可以影響聚合物的力學(xué)性能，加工性能以及相分離行為。雖然能夠合成窄分子量分布的活性聚合技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，但是寬分子量分布的聚合物任然是工業(yè)界的主流。
寬分子量分布的聚合物可以保證聚合物力學(xué)性能的同時，還具有良好的加工性能。實現(xiàn)聚合物的寬分布的方法有很多，如使用多種催化活性的催化劑，混合多種已知分子量分布的聚合物等等，這些方法已經(jīng)十分成熟。
但是每批聚合物分子量分布曲線不一致造成產(chǎn)品性能差異，混合過程中存在微相分離等問題仍無法解決。而且這些方法沒有辦法對聚合物分子量分布無法精確控制。
為解決上述問題，近日，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的Damien Guironnet開發(fā)了一種用流動化學(xué)方法控制合成的聚合物的分子量分布曲線形狀的普適方法。他們利用流動化學(xué)的連續(xù)性，在同個一管路控制引發(fā)劑和單體比例中合成了一系列不同分量且窄分子量分布的聚合物，在反應(yīng)器末端收集混合，利用這種方法通過電腦控制的管路反應(yīng)器實現(xiàn)了丙交酯開環(huán)聚合和苯乙烯陰離子聚合的分子量分布曲線的控制，得到了具有一定平臺的分子量分布曲線。并且，利用建立的數(shù)學(xué)模型，他們可以精準(zhǔn)算出反應(yīng)得到的聚合物的分子量和分子量分布。
創(chuàng)新點一：利用泰勒彌散效應(yīng)實現(xiàn)窄分子量分布聚合物
在流動化學(xué)中進(jìn)行活性聚合反應(yīng)，導(dǎo)致分子量分布寬的主要原因有兩個，分別是混合不均勻和層流導(dǎo)致在反應(yīng)器中停留時間不一致。在本文中，利用泰勒彌散效應(yīng)很好地解決了這一問題。泰勒彌散效應(yīng)是指在特定范圍內(nèi)流動過程中，由于流速不同導(dǎo)致擴(kuò)散現(xiàn)象加強(qiáng)的作用。他們設(shè)計和調(diào)整了管路反應(yīng)器的內(nèi)徑和流速等參數(shù)，使得管路內(nèi)流體具有泰勒彌散的特性，并利用示蹤劑證明了在他們設(shè)計的管路反應(yīng)器里，示蹤劑的在反應(yīng)體系內(nèi)的停留時間分布十分窄。在該體系中合成的聚合物的分子量和分子量分布（Mn = 4400 ± 200 g/mol and Mw/Mn = 1.066 ± 0.004）與在反應(yīng)瓶中合成的聚合物（Mn = 4300 g/mol, Mw/Mn = 1.05）基本一致。
創(chuàng)新點二：利用流動化學(xué)高通量特性，合成不同分子量窄分布的聚合物
流動化學(xué)的巨大優(yōu)勢之一在于可以快速改變反應(yīng)條件，實現(xiàn)高通量合成不同分子量的聚合物。在本文中，作者充分利用流動化學(xué)這一特性，在統(tǒng)一反應(yīng)器中通過調(diào)控加入引發(fā)劑的比例，快速、便捷地合成了不同分子量的聚合物。
創(chuàng)新點三：建立數(shù)學(xué)模型，計算機(jī)精準(zhǔn)控制分子量分布曲線形狀
作者將不同分子量的聚合物分子量分布曲線轉(zhuǎn)換成函數(shù)，利用這些函數(shù)建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。這一數(shù)學(xué)模型可以精確計算混合了不同分子量聚合物的混合聚合物的分子量和分子量分布。也可以實現(xiàn)反向設(shè)計，由電腦控制流動反應(yīng)器，合成具有經(jīng)過設(shè)計的分子量分布曲線的聚合物。
全文總結(jié)
最后，研究者得出結(jié)論，他們開發(fā)了一種利用流動化學(xué)，精確控制聚合物分子量分布曲線形狀的方法。該方法具有普適性和精確性，為設(shè)計不同性能的聚合物材料提供了新的思路。這項研究以題目為“General route to design polymer molecular weight distributions through flflow chemistry”的文章發(fā)表在《nature communication》上，第一作者為Dylan J. Walsh，通訊作者為Damien Guironnet教授。
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