[发明专利]一种利用微流控合成嵌段共聚物刷的方法

说明书

本发明公开了一种利用微流控合成嵌段共聚物刷的方法，涉及高分子合成技术领域。具体公开了将聚合单体和催化剂配制成溶液，根据嵌段数串联相应数量的微反应器，并确定催化剂溶液与聚合单体溶液的接入顺序，通过对合成过程中单体进料顺序和关键反应参数(如浓度、流速、流速比、温度、时间)等进行调整，在自动化精确控制的基础上，制得分子量分布窄的大分子量嵌段共聚物刷，克服了传统合成方式难以获得较窄分子量分布产物以及现有连续流反应方式局限于有机小分子单体聚合、产物分子量较低的缺陷，为批量制备复杂结构的大分子量嵌段共聚物刷建立了普适性方法。

技术领域

本发明涉及高分子合成技术领域，特别是涉及一种利用微流控合成嵌段共聚物刷的方法。

背景技术

近年来，就高分子结构和功能多样性而言，合成高分子领域正迎来蓬勃发展期，各种具有复杂结构和功能的高分子层出不穷。可控合成技术的进步实现了多种拓扑型高分子的制备，如星型、超支化和刷型聚合物等。2009年，美国纽约州立大学布法罗分校Rzayev教授研究组和加州理工的Grubbs教授研究组分别利用可控自由基聚合和活性开环易位聚合反应首次成功制备了分子刷嵌段聚合物。

分子刷嵌段聚合物，由一条高分子主链和无数条紧密排列的高分子侧链组成，由于侧链间较大的空间排斥效应，主链呈现出极其舒展的形态。区别于线性聚合物的是，这种高分子构型特殊，分子链缠结大幅减少，自组装动力学显著加快。即使当分子量高达百万Da时，样品仍能在几分钟内自组装形成较好的微结构，且结构尺寸从几十纳米扩展到了几百纳米，进而能实现与可见光的相互作用，可应用在光子晶体显示、光学传感器、防伪标识、食品检测、光子芯片等多个领域。

而现有技术制备聚合物刷通常是在圆底烧瓶或间歇式反应釜中进行，这种传统的合成方式存在操作复杂、耗时、产量低、成本高等问题，且由于其较低的传质传热效率导致难以获得较窄分子量分布的产物。随着反应工程技术的不断进步，化学合成在向更加高效、安全和自动化的方向发展，连续流合成技术已被成功应用于不同类型的聚合反应中，但目前已报道的连续流合成仅局限于有机小分子单体的聚合，产物分子量较低，受反应溶液黏度限制，尚无法制得分子量分布窄的大分子量产物。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用微流控合成嵌段共聚物刷的方法，以解决上述现有技术存在的问题，从而在自动化精确控制分子量及分子量分布的基础上，制得分子量分布窄的大分子量嵌段共聚物刷。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供利用微流控合成嵌段共聚物刷的方法，包括以下步骤：

将所述嵌段共聚物刷的聚合单体和催化剂配制成溶液，置于注射泵的储液池；

根据所述嵌段共聚物刷的嵌段数串联相应数量的微反应器，将带有催化剂溶液的注射泵与第一个微反应器的入口连接，并按照嵌段顺序将带有相应聚合单体溶液的注射泵与对应顺序微反应器的入口连接；

根据所述嵌段共聚物刷的聚合度及嵌段比例设置流速、流速比；

在最后一个微反应器出口处收集所述嵌段共聚物刷的溶液，除去溶剂，即得所述嵌段共聚物刷。

配制溶液所用的溶剂为有机溶剂，包括二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺。

进一步地，所述微反应器至少具有两个入口和一个出口。

进一步地，所述微反应器的串联方式是将上个微反应器的出口连接下个微反应器的一个入口，所述下个微反应器的另一入口为单体的进料口。

进一步地，所述微反应器包括圆管式和微芯片式反应器。

进一步地，所述微反应器的孔道内径为10-1000μm。

所述微反应器的孔道包括直管型、“之”字型、“S”型、“沙漏”型，横截面形状包括圆形、方形、梯形、半圆形、三角形。