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传统光聚合因光引发剂对聚合物链引发与调控不足,限制复杂结构聚合物合成。本研究开发新型双波长光引发体系(2959-EDB/CQ),可顺序激活产不同自由基合成嵌段共聚物,还能引发紫外接枝聚合,兼具高效与简便性,具工业应用潜力。
光聚合技术凭借近乎零挥发性有机化合物(VOCs)排放、节能、固化速度快等优点,在防护涂层、食品包装、3D 打印等领域备受青睐。然而,其短板也十分明显:传统光引发剂难以精准控制聚合物的分子量和结构,往往只能生成无规共聚物,这与可控自由基聚合(CRP)能合成结构明确的嵌段、星形等共聚物形成鲜明对比。尽管光诱导电子转移可逆加成 - 断裂链转移(PET-RAFT)聚合等方法展现出合成复杂结构聚合物的潜力,但 RAFT 试剂成本高、聚合速率慢等问题,使其与传统光聚合的低成本、高效率优势难以兼容,限制了工业应用。因此,开发能在不同波长下生成多种活性物种、实现精准结构控制的光引发剂,成为该领域的关键挑战。
为突破上述困境,重庆某研究团队开展了相关研究。他们设计出新型双波长光引发剂 2959-EDB,并与樟脑醌(CQ)结合,构建了双波长光引发体系(2959-EDB/CQ),相关成果发表在《European Polymer Journal》。该研究为光聚合领域合成复杂结构聚合物提供了新路径。
研究中采用的主要关键技术方法包括:通过核磁共振(NMR)对化合物结构进行表征;利用紫外 - 可见光谱(UV-Vis)考察光引发剂的光吸收特性;借助衰减全反射红外光谱(ATR-IR)、光学显微镜、扫描电子显微镜及静态接触角测量等手段,对聚合物表面接枝行为进行分析。
双波长光引发体系的吸收与引发行为
UV-Vis 光谱显示,2959-EDB 在乙腈中呈现 200-375 nm 的宽吸收带,最大吸收波长(λmax)为 313 nm,相比之下,Irgacure 2959 的 λmax在 275 nm,尾吸收仅延伸至约 300 nm。这表明 2959-EDB 具备双波长响应的潜力。在 465 nm 光照射下,2959-EDB 与 CQ 作用,通过氢 abstraction 生成含 α- 羟基酮基团的大分子光引发剂;随后在 275 nm 光照射下,α- 羟基酮基团的 C-C α 键断裂,产生苯甲酰自由基,引发第二单体聚合,成功合成了嵌段共聚物。
嵌段共聚物的合成与表面接枝聚合
实验表明,2959-EDB/CQ 体系能通过顺序光激活,在不同波长下控制链增长聚合,避免了传统双酰基氧化膦(BAPO)体系因非选择性光解导致的干扰问题。该体系生成的 α- 羟基酮和氨基烷基自由基均具有高反应活性。此外,初始光聚合形成的聚合物材料表面保留了 α- 羟基酮基团,这些基团可在紫外光下重新激活,引发表面接枝聚合,经多种表征手段验证了这一行为。
研究结论与意义
本研究开发的 2959-EDB/CQ 双波长光引发体系,克服了传统光聚合在合成结构明确聚合物方面的长期局限。2959-EDB 通过合理设计,兼具 α- 羟基酮基团和叔胺基团,可在 465 nm 和 275 nm 光照射下顺序激活,生成不同自由基物种,实现了对不同单体的可控聚合,高效合成了结构明确的嵌段共聚物。同时,该体系还能利用表面残留的 α- 羟基酮基团引发紫外接枝聚合,为聚合物表面功能化提供了新方法。与基于 RAFT 的策略相比,该体系兼具高自由基反应活性和操作简便性,降低了成本,保留了传统光聚合的工业实用性,为嵌段共聚物合成及聚合物表面功能化提供了通用平台,在光聚合领域具有重要的科学意义和工业应用前景。