研究人员揭示了如何使光聚合更加高效

聚合物是由长而重复的分子链组成的材料，这些分子链之间的相互作用决定了聚合物的大部分物理化学性质。根据这种可以追溯到 20 世纪 30 年代的对聚合物的直观理解，作用于聚合物的外力主要被认为是破坏性的。例如，拉伸聚合物会解开或破坏其部分组成链，从而削弱整体材料。

然而，在过去的几十年里，科学家一次又一次地证明，外力可以对聚合物产生建设性的影响。研究表明，如果适当利用机械力和流场，可以通过改变某些聚合物的相、光学性质和结晶度，赋予它们新的功能。尽管这一领域(称为机械化学)取得了实质性进展，但人们对外力如何影响聚合物在外力作用下的生长行为知之甚少。

日本东京工业大学的 Atsushi Shishido 教授领导的研究小组着手阐明这一主题。在2024 年 7 月 29 日发表在《大分子》杂志上的一项研究中，他们研究了动态紫外线照射引起的流场如何影响光聚合过程，展示了一种有趣且多功能的控制聚合物合成的技术。

所讨论的光聚合反应涉及 M6BACP 作为单体(最终聚合物的构建块)和 Irgacure 651，后者是一种光引发剂。最后一种化合物吸收紫外线并分解成活性自由基，这些自由基与单体相互作用并使其连接在一起。但与典型的光聚合过程不同，在典型的光聚合过程中，整个溶液都受到紫外线的均匀照射，而研究人员则通过缓慢移动的狭缝照射紫外线。

有趣的是，这种简单的策略对生成的聚合物产生了深远的影响，研究人员通过各种比较实验证明了这一点。“使用扫描紫外线的光聚合表现出高分子量聚合物，与使用静态均匀光的光聚合相比，所需曝光剂量减少了 90%”，Shishido 强调道。

研究人员推测，紫外线会引发分子流动，产生两种显著的影响。一方面，它会导致正在生长的聚合物向尚未照射的区域轻微扩散，因为那里的聚合物浓度较低。这使得它们在自由基出现时能够继续生长。

另一方面，自由基和单体也会扩散，前者被输送到未受辐射的区域，后者被输送到受辐射的区域。由于这种相互扩散，受辐射区域的自由基与单体的浓度趋于降低，这最大限度地降低了发生终止反应的可能性，并限制了聚合物链的长度。

总的来说，这项研究不仅为光聚合反应提供了重要的见解，而且展示了改进现有工业流程和聚合物材料的便捷方法。

“我们开发的方法只需在照射光中添加运动，无需改变现有化合物或反应系统，即可显著提高聚合效率。这可以降低光聚合的能源成本，光聚合用于各种工业应用，有望应用于聚合物合成的制造工艺和基础技术，”Shishido 解释道。

值得注意的是，观察到的优势不仅适用于 M6BACP，还适用于各种商品聚合物，例如丙烯酸酯。这些发现可以为以更可持续的方式制造更好的聚合物铺平道路。

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