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天津大學宋東坡教授課題組 Angew: 告別有毒顏料 - 連續規模化合成環保聚合物結構色顏料
2025-02-06  來源:高分子科技

  近年來,瓶刷嵌段共聚物通過自組裝形成結構色材料的研究引起了廣泛關注。這類材料因其安全、環保的特性,有望替代傳統有毒顏料,在化妝品、車漆、兒童產品、紡織品、電子產品等領域展現出巨大的應用潛力。然而,傳統的小規模間歇合成方法存在混合效率低、分子量控制不精確、批次間重復性差等問題,難以實現瓶刷嵌段共聚物的大規模生產,限制了其商業化應用。


  近日,天津大學的宋東坡教授課題組與中國石油石油化工研究院技術專家張坤玉博士合作,建立了一種新型的連續流動合成方法,結合在線自組裝工藝,成功實現了瓶刷嵌段共聚物及其結構色顏料的規模化合成,日產量超過了2公斤,遠超傳統的反應瓶克級合成方法。



  該團隊成功開發了串聯反應器的連續聚合平臺,不僅能實現高精度的鏈結構控制,而且大幅提高了產物的分子量和產量。該工作系統揭示了流速、溫度、溶劑、濃度和圓管直徑等實驗參數對聚合反應的影響規律,結果表明流速是影響混合效率的最關鍵因素。通過優化流速和提高溫度,將反應速率常數提高了17倍,短時間內實現了大單體的完全轉化。進而將連續流合成與有序自發乳化機制相結合,宏量合成了基于瓶刷嵌段共聚物的結構色顏料,日產能高達2.08 kg,產物分子量標準誤差控制在±2.5%范圍內,結構色顏料的反射波長誤差小于1%



  該工作為瓶刷嵌段共聚物及其結構色顏料的量產奠定了堅實的工程化理論基礎,從而有效降低材料的應用成本,有望實質性推動環保聚合物結構色顏料產業化。


  博士研究生王棒棒是該論文的第一作者,宋東坡教授為通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金(No. 22071176)和中國石油國際合作項目的資助。


  論文信息:Scalable and Precise Synthesis of Structurally Colored Bottlebrush Block Copolymers: Enabling Refined Color Calibration for Sustainable Photonic Pigments

  Bangbang Wang, Kunyu Zhang, Li Pan, Yuesheng Li, Dong-Po Song*

  Angewandte Chemie International Edition 2025, DOI: 10.1002/anie.202421315

  https://doi.org/10.1002/anie.202421315

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