文章背景

       支化聚合物，如瓶刷嵌段共聚物，因其独特的分子结构和优异的物理化学性能，在生物仿生、治疗、光刻等领域展现出巨大的应用潜力。与线性嵌段共聚物相比，瓶刷状嵌段共聚物具有高度支化的分子结构，能够显著减少分子链间的缠结，表现出快速的自组装动力学和长程有序的纳米结构。然而，传统的合成方法通常依赖于在圆底烧瓶中依次聚合至少两种不同的大分子单体，通过手动操作实现对瓶刷嵌段共聚物分子量和分子量分布等链结构参数的精确控制仍然是一个挑战。此外，间歇法合成在高通量生产时往往缺乏良好的可重复性，且放大效应可能导致产物品质不稳定，这对其实际应用构成了重大障碍。因此，开发一种高效、可控的合成方法对于推动瓶刷嵌段共聚物的实际应用具有重要意义。

文章概述

       天津大学材料科学与工程学院宋东坡教授课题组开发了一种基于流动化学的通用合成平台，用于连续合成具有精确链结构的瓶刷嵌段共聚物。该平台利用具有微米级通道的微玻璃芯片作为反应器，采用两个微流反应器串联的设计，依次在两个反应器中分别聚合两种不同的大分子单体，最终合成瓶刷嵌段共聚物。该连续聚合方法不仅实现了高通量合成，日产量超过96克，而且能够以极高的精度调控聚合物的分子量，最小差异仅为4个重复单元。此外，该平台能够快速生成多样化的聚合物分子库，每日可制备多达528种不同的样品，并且表现出良好的运行稳定性，分子量随时间变化的标准偏差小于3%（图1）。

图1 连续流合成瓶刷嵌段共聚物的示意图。

 通过理论模拟和实验验证，课题组发现反应器通道几何构型会显著影响反应物的混合效率，进而影响产物的分子量分布。与直形通道相比，流体在Z形通道中会打破层流状态，形成了高强度涡流，显著提高了径向传质效率，从而获得了分子量分布更窄的产物（图2）。

图2  不同反应时间下使用Z形通道和直通道反应器合成瓶刷均聚物的GPC曲线。

       此外，课题组通过提高单体浓度和优化反应时间，进一步提升了聚合速率和单体转化率。在串联的两个微流控反应器中进行顺序开环易位聚合，成功合成了链结构明确的瓶刷两嵌段共聚物。通过调节大分子单体和催化剂的流速比，精确控制了瓶刷嵌段共聚物的分子量。该方法适用于多种不同化学结构和分子量的大分子单体，能够合成具有多样化链结构的瓶刷嵌段共聚物库（图3）。

图3 不同目标聚合度下瓶刷嵌段共聚物的GPC曲线及目标聚合度和实验聚合度的关系。

文章结论

本工作开发了基于微米级通道的连续流聚合反应平台，揭示了通道几何构型对混合效率的影响规律，并实现了高效可控的连续聚合反应，成功合成了链结构明确、聚合度精确、窄分子量分布的瓶刷嵌段共聚物。此合成方法适用于不同的大分子单体，为瓶刷嵌段共聚物在光子晶体、半导体工业、药物递送、仿生学和医学等领域的实际应用奠定了坚实基础。

该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。王棒棒博士研究生是该论文的第一作者，宋东坡教授为通信联系人。

原文信息：

High-Performance Flow Chemistry Platform for Scalable Continuous Synthesis of Branched Block Copolymers with Precise Chain Structures

Wang, B. B.; Zhang, Z.; Wang, J. T.; Pan, L.; Li, Y. S.; Song, D. P. 

Chinese J. Polym. Sci., 2025, 43, 457–467.

DOI: 10.1007/s10118-025-3273-2