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阿克倫大學王軍鵬教授課題組 Macromolecules：打破接枝聚合和解聚之間的悖論，獲得可回收的接枝聚合物

2022-10-19 來源：高分子科技

接枝聚合物是一類具有許多支鏈的大分子，被廣泛運用于各種領域，如超軟觸摸傳感器、仿組織彈性體和光子晶體等。嫁接支鏈（grafting-onto ）和長出支鏈（grafting-from）都是以預先形成的聚合物骨架為基礎，但是接枝密度無法得到很好的控制。相比之下，大分子單體接枝聚合（grafting-through）的方法可以很方便而精確地控制主鏈的長度、支鏈類型和長度、接枝密度和整體結構（圖1a）。大分子單體接枝聚合要求聚合反應十分高效（ΔG<<0），這也使得相應的接枝聚合物很難被解聚（圖1b），限制了這些材料的回收和再利用。然而，現有的為數不多的可解聚接枝聚合物在尺寸和結構方面缺乏良好的可控性。

為解決這一挑戰，美國阿克倫大學高分子科學和高分子工程學院的王軍鵬教授課題組報道了一系列基于反式環丁烷融合反式環辛烯（trans-cyclobutane fused trans-cyclooctene, tCBtCO）單體通過開環易位聚合（ROMP）獲得的接枝聚合物，其中額外的環丁烷將環辛烯單體的環張力降低使得解聚成為可能。該系統的獨特之處在于其中的順式環辛烯結構可以異構為其反式環辛烯衍生物，從而使聚合的驅動力暫時升高，以便在大分子單體濃度低至25mM時都能高效地聚合（圖1c），并且對含有不同側鏈（例如聚乙二醇、聚乳酸和脂肪族鏈）的大分子單體都可以進行可控聚合。圖2和圖3展示出了可控聚合動力學和精準的分子量的控制。可解聚的二嵌段共聚接枝聚合物通過依次加入兩種單體得到，且能本體自組裝形成層狀結構，在小角X光散射圖譜中顯示出多級散射峰（圖4）。解聚動力學研究表明解聚途徑為從鏈端到鏈端的拉拉鏈機理（end-to-end unzipping）（圖5）。通過共聚一軟一硬的單體，一種延展性的熱塑性材料被成功制備，具有和低密度聚乙烯相當的機械性能（圖6）。這些結果表明基于tCBtCO的接枝共聚物平臺有開發具有多樣性能的可回收塑料的潛力。該工作以“Breaking the Paradox between Grafting-through and Depolymeri-zation to Access Recyclable Graft Polymers”為題發表在Macromolecules上。阿克倫大學博士生王澤雨和Seiyoung Yoon為本文的共同第一作者。