不含金屬的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合使用的有機催化劑。（圖片來源：Peter Allen，UCSB）

據(jù)國外媒體報道，來自美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校和陶氏化學(xué)公司的化學(xué)材料科學(xué)專家們創(chuàng)造了一種新的工藝方法，可以克服阻止可控自由基聚合廣泛使用的一個主要障礙。

全球聚合物的產(chǎn)業(yè)價值動輒數(shù)十億美元，原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)的出現(xiàn)作為制造定義明確的聚合物是非常關(guān)鍵的工藝，這些聚合物應(yīng)用廣泛，從膠黏劑到電子。然而，當前的ATRP方法使用金屬催化劑，其應(yīng)用的一個主要障礙是金屬污染，如用于生物醫(yī)學(xué)的材料。

自由基聚合的新方法不涉及銅類的重金屬催化劑。他們的創(chuàng)新是，無金屬ATRP的工藝使用一種有機的光催化劑，且光作為刺激物的高度可控的化學(xué)反應(yīng)。

加州大學(xué)圣巴巴拉分校DOW材料的主任Craing Hawker說：“ATRP的巨大挑戰(zhàn)是：我們?nèi)绾巫龅蕉鴽]有任何金屬污染？我們期望發(fā)展一種有機催化劑，它高度地降低激發(fā)狀態(tài)，而我們發(fā)現(xiàn)吩噻嗪是一種容易制備的催化劑。”

“這是工業(yè)的’嵌入式’技術(shù)，”加州大學(xué)圣芭芭拉分?；瘜W(xué)和生物化學(xué)的首席研究員和教授Javier Read de Alaniz說。“人們已經(jīng)習(xí)慣為ATRP使用相同的原料，但現(xiàn)在我們必須具有沒有銅而做到的能力。”即使痕量的銅也對作為導(dǎo)體的微電子、以及生物學(xué)因生物體和細胞毒性而有問題。

Read de Alaniz、Hawker和Brett Fors 博士后，現(xiàn)已與美國康奈爾大學(xué)主導(dǎo)該研究，其最初由光敏銥催化劑受到啟發(fā)。他們的研究最近以“無金屬原子轉(zhuǎn)移自由基聚合”發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會雜志。這項研究由于DOW和UCSB大學(xué)工程的科研伙伴的支持而成為可能。

ATRP已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)十個主要行業(yè)，但新的無金屬快速聚合工藝“推動可控自由基聚合進入新領(lǐng)域和新應(yīng)用，”據(jù)Hawker說。“目前使用的許多工藝開始于ATRP?，F(xiàn)在這個方法為新一類的有機光還原催化劑打開了大門。”

可控自由基聚合工藝是合成功能嵌段聚合物的關(guān)鍵。作為催化劑，吩噻嗪以順序的方式構(gòu)建嵌段共聚物，實現(xiàn)高度的首尾相連。這轉(zhuǎn)化為聚合物結(jié)構(gòu)的高度通用性，以及一種有效的工藝。

“我們的過程并不需要熱，你可以在室溫下用簡單的LED燈就能做到，”Hawker說。“我們已經(jīng)成功的有一系列的乙烯基單體，所以這個聚合策略在很多層面上非常有用。”

“活性自由基工藝，如ATRP的發(fā)展，可以說是過去幾十年中發(fā)生在高分子化學(xué)的最大事情之一，”他補充說，“這一新發(fā)現(xiàn)將顯著推進整個領(lǐng)域的發(fā)展。”