来自卡内基梅隆大学（CMU）化学系的研究团队日前发布了一项全新的乳液合成技术，该技术将确保涂料、粘合剂和密封剂等获得分子量更加精准的乳液原料，从而大幅度提高乳液产品的市场化速度。
根据公开资料显示，这种新的合成方法采用了光波和水溶性染料进行反应，为乳液聚合过程提供了更加环保、更加实用的新合成工艺。
通常在工业生产中，乳液聚合是生产聚合物的一种低成本的合成工艺，但这个反应过程具有局限性，科学家无法在乳液聚合中精准控制聚合物的分子量和分散性，而分子量控制也是对聚合物结构控制的最核心的关键技术。
来自CMU的胡小磊（Xiaolei Hu）博士开发出一种全新的乳液聚合方法 - 光驱动微乳液原子转移自由基聚合（ATRP）， 它可以精确控制所得聚合物的结构，这种新方法扩大了可以使用乳液聚合工艺合成聚合物的范围。
关于这项技术，来自JC Warner大学自然科学教授Krzysztof Matyjaszewski表示，这是第一个实现在长波光源（特别是红光和近红外光）下稳健高效的微乳液光ATRP技术，在工业环境中进一步探索和应用这项技术，可以实现结构精准控制的特种聚合物的可持续和经济性生产。 ”
ATRP是最可靠的可控聚合方法，它允许科学家将单体逐个串联起来。通过精确控制聚合物的生长和形状，科学家可以创建具有特定属性的高度定制的聚合物。ATRP技术在乳液聚合过程中面临的各种挑战，在Matyjaszewski 团队的努力中得到了克服，在Matyjaszewski的指导下，胡博士利用长波光源下的光诱导ATRP，并有效地将其用于乳液制造中。
传统上，乳液聚合是通过添加引发剂来触发反应，但胡博士有不同的目标。他的目标是开发一种更环保的ATRP反应，可以在对环境无害的反应条件下运行，例如在水中、露天中，并且可以由光源引发。
胡博士介绍，“如今，光化学本质上是使用低能光来引发和介导聚合，由于其易于设置和绿色环保，已引起极大关注，使用更长波长的光可以改善聚合反应迟钝的情况。”
虽然其他研究人员已经使用光来引发乳液聚合，但他们使用的是紫外线或短波长可见光。当它照射到乳液中时会散射，乳液本质上是一种不溶于彼此的液体混合物，例如水中的油。由于光会散射，因此它在整个乳液中并不均匀地可用来触发聚合，导致反应缓慢，对最终聚合物性质的控制有限，这种情况尤其在大规模反应中特别如此。
为了解决这个问题，胡博士转向了光谱中红色和近红外区域的较长波长的光。他使用一种常见的染料亚甲 蓝作为光催化剂，光催化剂是一种在暴露于光时激活的材料，从而驱动化学反应。亚甲 蓝是一种市售的染料，它是一种水溶性染料，用于许多应用，包括作为药物。
在JACS上发表的一篇早期论文中，胡博士发现这种染料具有非常有趣的光化学性质，适用于ATRP。他证明了亚甲 蓝在露天的均匀溶液中表现异常出色，聚合快速且控制良好。
“我们对这一结果非常感兴趣，因此我们致力于开发一种采用亚 甲蓝作为红光/近红外光下的光催化剂的乳液的ATR系统。”胡博士继续说道。
在当前的研究中，胡博士发现红光/近红外光可增强细乳液中的聚合，而紫外光几乎不会导致聚合。科学家还表明，亚甲 蓝在暴露于红光/近红外光时会诱导ATRP过程的快速启动并提供对聚合的控制。
胡博士认为，最重要的是发现新方法中使用的较长波长的光即使在较大的反应器中也能保持高效聚合。“这一发现对于光诱导乳液聚合在商业环境中的实际应用至关重要。”胡博士补充道。
除了胡博士和Matyjaszewski之外，研究生Rongguan Yin和化学系校友Jaepil Jeong 也是JACS论文的作者。该研究的资金来自美国国家科学基金会(CHE 2000391)和能源部(DE-SC0018784)。
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