广东工业大学谭剑波-张力课题组 Macromolecules：可规模化制备单分散表面功能聚合物微球的新方法

2023-09-20 来源：高分子科技

单分散表面功能聚合物微球在色谱分析、液晶显示、分子印迹技术、校准、有机/无机复合材料模板以及生物检测等领域有广泛的应用。我国每年需要进口数百亿元的微球，因此聚合物微球的高效精准合成也是我国的卡脖子关键技术之一。分散聚合是制备单分散聚合物微球的最常用方法之一，一般来说，通过两步分散聚合法可以轻易制备表面功能化的聚合物微球，但是这种方法操作繁琐，并且大部分的功能基团会被包埋在聚合物微球的内部，不利于聚合物微球进行生物偶联；另一种常用的方法是在分散聚合中使用功能聚合物作为稳定剂（如大分子单体、大分子引发剂等），但是使用这类聚合物稳定剂往往只能得到粒径分布较宽的聚合物微球，难以形成单分散的聚合物微球。

广东工业大学高分子材料与工程系谭剑波教授与张力教授团队一直以来致力于通过非均相活性自由基聚合的策略实现聚合物链及聚合物微球的精准合成，发展了基于弱调控RAFT聚合的光引发RAFT分散聚合法(Macromolecules 2019, 52, 7267–7277; Chem. Commun. 2019, 55, 7848–7851; ACS Macro Letters 2019, 8, 1102-1109; Macromolecules 2021, 54, 4669-4681; ACS Macro Letters 2022, 11, 716-722等)，可实现单分散表面功能聚合物微球的高效可控合成。然而，该方法必须依赖于光引发聚合的独特优势，由于光引发聚合本身的局限性（光穿透性、波长依赖性等），导致该方法难以实现大规模制备并且难以制备一些重要的功能微球（如彩色微球、荧光微球等）。把光引发聚合转变为热引发聚合是解决以上问题的有效策略，然而机理研究发现简单的变换聚合引发方式难以得到单分散聚合物微球，主要原因在于聚合引发方式的变化导致RAFT分散聚合的成核期及稳定剂对粒子的锚固能力都发生了变化，难以有效稳定聚合物微球。
基于此，该团队最近以两亲性大分子RAFT试剂作调控热引发RAFT分散聚合，建立了可大规模制备单分散表面功能聚合物微球的新方法，并对其聚合过程及调控机制进行了深入研究（图1）。通过改变大分子RAFT试剂的种类，可定制化制备具有不同表面功能性的单分散表面功能聚合物微球；进一步发展了两步热引发RAFT分散聚合法，通过改变二次单体的用量，实现了聚合物微球粒径的精确调控（图2）；通过加入不同量的交联剂和小分子RAFT试剂，可制备交联或具有不同分子量的单分散聚合物微球（图3）。

图1. (a) 前期工作：光引发RAFT聚合制备单分散表面功能聚合物微球，(b) 本工作：热引发RAFT分散聚合制备单分散表面功能聚合物微球。

图2. 两步热引发RAFT分散聚合实现聚合物微球的粒径精准调控。

图3. 通过改变小分子RAFT试剂（DDMAT）实现单分散聚合物微球分子量的精准调控。

该研究工作得到国家自然科学基金项目和广东省杰出青年基金项目等项目的资助。相关成果以“Transitioning from Photoinitiation to Thermal Initiation in RAFT Dispersion Polymerization via a Small Modification of the Macro-RAFT Agent: A Scalable Approach for Monodisperse Surface-Functional Polymeric Microspheres”为题发表在Macromolecule上, 硕士生萧茗恒为第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01570

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻