瑞士研发生产不同长度聚合物的新方法 可用于制造汽车零部件等

据外媒报道,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)的研究人员研发了一种生产不同长度聚合物的新方法,可为此种新型聚合物材料用于此前无法实现的应用铺平道路。

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很难想象日常生活中没有由合成聚合物制成的材料,衣服、汽车零部件、计算机或包装产品都由聚合物材料制成。而且自然界中也存在很多聚合物,如DNA或蛋白质。

聚合物基于一个通用型架构打造:即由称为单体的基本构建块组成。聚合物合成需要将单体连接在一起,形成长链。想象一下,就是将玻璃珠穿在一根绳子上,形成不同长度(和重量)的链条。

生产聚合物的一个重要工艺是自由基聚合(FRP)。化工行业每年都采用FRP生产2亿吨各种类型的聚合物,如聚丙烯酸、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯。尽管此种生产方法有很多优点,但也有其局限性。FRP会生产各种长度不一聚合物的不可控混合物,换句话说,分散度很高。分散度是衡量材料中聚合物链长度是否均匀的一种指标,材料的性能在很大程度上都取决于分散度。

在日常使用的聚合物中,低分散度和高分散度的聚合物都需要。事实上,对于用于药品或3D打印等很多高科技应用的聚合物而言,分散度高甚至是一个优势。

但是,如果化学家想要生产出具备特殊性能的聚合物材料,首先必须能够按需调整分散度,从而让他们能够生产出各种类型的聚合物材料,此类材料要么含有均匀的聚合物种,即分散度低,要么分散度高,可与不同长度的聚合物分散在一起。但是,直到现在,都几乎无法实现。

在材料系聚合物材料教授Athina Anastasaki的带领下,有一组研究人员研发出了一种控制自由基聚合的方法,从而使研究人员能够有系统地、完全控制聚合物材料的分散度。

过去,为了能够在某种程度上控制自由基聚合工艺,化学家们会使用单一催化剂,虽然确保聚合物链的长度变得均匀,但是不能按预期控制整体的分散度。

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现在,苏黎世联邦理工学院的研究人员同时使用了两种不同效果的催化剂,一种活性很高,一种活性很轻微,因而得以根据两种催化剂的混合比例精确地调整分散度。如果活性较高的催化剂更多,就会产生更均匀的聚合物,即材料的分散度较低。然后,如果活性较低的催化剂越多,就会形成大量不同的聚合物分子,导致材料分散度较高。

该项研究意味着Anastasaki及研发团队为新型聚合物材料的研发奠定了基础。此外,他们的工艺具有可扩展性,不仅适用于实验室,也适用于大量的物质。该工艺的另一个优点是,即使是分散度高的聚合物,一旦聚合工程完成,还可以继续生长,而此前这根本不可能实现。

此种高效且具有扩展性的方法已经引起了业内的兴趣,用此种新工艺生产的聚合物可用于医药、疫苗、汽车、化妆品或3D打印行业。

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