陰離子聚合是最基本的高分子合成方法之一。在合成液體橡膠、丁苯橡膠、高乙烯基聚丁二烯橡膠、SBS彈性體等領域有重要應用。如何實現精準控制丁二烯陰離子聚合的區域選擇性,以及在保持活性聚合的前提下提高引發劑利用率以大幅降低其成本,是兩個極具挑戰性的課題。
青島科技大學華靜教授課題組多年來致力于共軛二烯烴的陰離子聚合和配位聚合研究。該團隊最近在丁二烯陰離子聚合區域選擇性精準調控機理和低成本活性聚合策略方面連續取得兩大突破。相關成果分別以“‘Pulsed’Chain Transfer Anionic Polymerization: A Green and Cost‐Effective Approach for Controlled Polymer Synthesis”和“Unlocking regioselectivity: steric effects and conformational constraints of Lewis bases in alkyllithium-initiated butadiene polymerization”為題發表在化學領域頂級期刊Angewandte Chemie International Edition和Chemical Science上。兩篇論文的第一作者為青島科技大學博士研究生湯健,通訊作者為華靜教授。
丁二烯陰離子聚合區域選擇性機理研究新突破
脈沖鏈轉移聚合
陰離子聚合作為一種重要的基本聚合方法,在合成液體橡膠、SBS嵌段共聚物等領域應用廣泛。然而,由于傳統陰離子聚合方法存在每個催化劑只能引發單一分子鏈的局限性,在工業生產中不可避免地需要消耗大量催化劑,造成資源浪費。其中,烷基鋰類催化劑為常用。然而近年來,隨著新能源汽車產業的快速發展,鋰資源的緊缺日益凸顯,鋰催化劑的成本也隨之上漲。因此,工業界迫切需要一種能夠顯著降低鋰引發劑用量、提高催化劑使用效率的新型陰離子活性聚合技術,以降低生產成本并緩解資源緊張的局面。
具體來說,該技術使用了一種由正丁基鋰、正丁基鉀和1,2-二吡咯烷基乙烷組成的特殊引發體系,在低溫條件下可引發單體活性聚合,而在升溫時則快速發生鏈轉移反應。通過溫度的交替控制和單體的間歇性加入,巧妙實現了鏈增長與鏈轉移過程的交替,該方法命名為“脈沖鏈轉移陰聚合”(PCTP)。
不僅如此,PCTP技術高度符合產業“降本增效”的發展需求,更契合當前綠色化學和先進制造的趨勢。通過聚合過程中催化劑的可控循環再生,大幅減少了對鋰資源的消耗,緩解了鋰資源短缺對高分子材料行業的影響。同時,這一高效鏈轉移機制也使聚合過程更加精準、靈活,進一步拓寬了傳統陰離子聚合的應用領域,為開發低成本高性能的橡膠、熱塑性彈性體及新型功能化聚合物提供了更多可能性。
未來,PCTP技術有望在高端聚合物材料的規模化、低成本制造中發揮重要作用,有效降低環境負擔,助力聚合物合成領域向朝綠色、節能、高效方向穩步發展。
論文鏈接:
Tang, J., Liu, Y., Liu, J., Zhang, J., Xie, Z., Hua, J., & Li, Z. (2025). “Pulsed” Chain Transfer Anionic Polymerization: A Green and Cost‐Effective Approach for Controlled Polymer Synthesis.Angew. Chem. Int. Ed., e202500761.
https://doi.org/10.1002/ange.202500761
Tang, J., Fu, Y., Hua, J., Zhang, J., Peng, S., & Li, Z. (2024). Unlocking regioselectivity: steric effects and conformational constraints of Lewis bases in alkyllithium-initiated butadiene polymerization. Chemical Science, 15(48), 20493-20502.
https://doi.org/10.1039/D4SC05144K
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