特拉华大学的研究人员使用他们新开发的聚合技术制作了大学的标志。图片来源:Abhishek Shete/特拉华大学
特拉华大学的一对工程师开发了一种更容易，快速，可持续地形成交织聚合物网络的过程，而不是传统方法允许。他们的秘密成分？蓝光。
材料科学与工程研究生研究助理Abhishek Shete和材料科学与工程化学与生物分子工程助理教授Christopher Kloxin在第24期《高分子化学》封面上的一篇论文中描述了他们的方法。论文题目为“利用CuAAC和甲基丙烯酸酯反应一锅蓝光触发强硬互穿聚合物网络(IPN)”。
作为由分子链制成的材料的聚合物，在从食物到衣服到汽车的一切中都存在。两种或更多种具有不同个性性质的聚合物链也可以连接在一起以形成互穿的聚合物网络，这些材料通常与每个聚合物相结合的良好机械性能，例如高强度和韧性。
“这些化学物质独立地用于广泛的应用中，”从牙科复合材料，汽车保险杠到药物递送材料，Shete说。
然而，连接聚合物的过程并不简单。它需要两个化学反应，其通常通过冗长的两步方法或在升高的温度和更长的时间跨度诱导的一步法引发。
该方法Kloxin和Shete开发的是一步，在室温和环境条件下迅速工作。
他们使用470纳米的蓝光，类似于在犯罪现场调查中用来检测某些体液的蓝色LED灯。这种光与一种叫做樟脑醌的光敏剂和一种叫做胺的激活剂发生反应。这些材料通常用于填充牙腔的高分子复合材料。
光照射材料以光刺激两种化学反应，但不同时发展。首先是一种称为铜催化的叠氮化物 - 炔环加湿（Cuaac）咔酰的反应的反应。通过铜促进该反应，并在步骤中发生聚合。接下来是称为甲基丙烯酸酯聚合的反应，其以类似于加入生长链的链接的方式形成塑料状材料。“这在蓝光诱导顺序反应的方式中是独一无二的，”Kloxin说。
最终的结果是一种被Kloxin和Shete描述为“玻璃薄膜”的材料，比纯甲基丙烯酸酯更脆，在更高的温度下比纯CuAAC更强。由这种互穿网络材料制成的薄膜还具有形状记忆功能——当变形时，它可以在80摄氏度的温度下加热15分钟，恢复到原来的大小和形状。
这种蓝光形成互穿聚合物网络的方法节省了时间和能量，但这还不是它的唯一优势。首先，这种方法使Kloxin和Shete能够更精确地控制这对化学反应，使他们能够将聚合物网络塑造成复杂的形状。这种快速的方法还可以防止成分以某种方式分离，否则可能会妨碍互穿聚合物网络的形成。
此外，新方法不需要塑料制造中常用的溶剂或添加剂，通常添加以防止脆性骨折。Kloxin和Hadete报道的材料表现出增强的韧性，克服了这种脆性而没有任何溶剂或添加剂，也使它成为更环保的合成方法。
该团队提出了新论文中描述的方法的临时专利。“这些化学物质可以附着在其他分子上，”Kloxin表示，该团队将测试其应用以形成水凝胶，牙科材料和其他聚合物网络。
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