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(shí)，還具有良好的加工性能。實(shí)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(guò)程中存在微相分離等問(wèn)題仍無(wú)法解決。而且這些方法沒(méi)有辦法對(duì)聚合物分子量分布無(wú)法精確控制。
為解決上述問(wèn)題，近日，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的Damien Guironnet開(kāi)發(fā)了一種用流動(dòng)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(dòng)化學(xué)的連續(xù)性，在同個(gè)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(guò)電腦控制的管路反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了丙交酯開(kāi)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(tái)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(diǎn)一：利用泰勒彌散效應(yīng)實(shí)現(xiàn)窄分子量分布聚合物
在流動(dòng)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(gè)，分別是混合不均勻和層流導(dǎo)致在反應(yīng)器中停留時(shí)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(wèn)題。泰勒彌散效應(yīng)是指在特定范圍內(nèi)流動(dòng)過(guò)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?cè)O(shè)計(jì)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?cè)O(shè)計(jì)的管路反應(yīng)器里，示蹤劑的在反應(yīng)體系內(nèi)的停留時(shí)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(diǎn)二：利用流動(dòng)化學(xué)高通量特性，合成不同分子量窄分布的聚合物
流動(dòng)化學(xué)的巨大優(yōu)勢(shì)之一在于可以快速改變反應(yīng)條件，實(shí)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(dòng)化學(xué)這一特性，在統(tǒng)一反應(yīng)器中通過(guò)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(diǎn)三：建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)反向設(shè)計(jì)，由電腦控制流動(dòng)反應(yīng)器，合成具有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)了一種利用流動(dòng)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(jì)不同性能的聚合物材料提供了新的思路。這項(xiàng)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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