氟聚合物在氟化工中为高附加值产品,氟原子的独特性质赋予了氟聚合物突出的耐热、耐化学腐蚀性,低表面能,优异的介电性能等,使其在航空航天、建筑、化工、通讯、新能源、微电子、医疗等领域具有广阔的应用前景。在过去80年里,自美国“曼哈顿计划”以来,聚四氟乙烯(PTFE),聚三氟氯乙烯(PCTFE)等含氟均聚物产品引起了全球研究者广泛关注。然而,含氟均聚物的高结晶、难溶解、难熔融等性质为加工、修饰、后处理等环节带来了诸多限制。对此,研究人员开发了含氟单体自由基共聚策略,开创了一系列可用于熔融加工的氟聚合物产品,例如:PFA、Tefzel、Halar、Lumiflon等,丰富了氟聚合物种类,大大拓展了氟聚合物应用领域。
近年来,大量研究成果表明精准调控聚合物结构有望实现材料高性能化。但含氟单体聚合性能特殊,其活性聚合反应能力远远落后于其他常见单体(如丙烯酸酯、丙烯酰胺、苯乙烯等),许多氟烯烃聚合反应被证实为“假活性”,难以对共聚物链增长实现有效控制。从化学角度分析,含氟单体自由基共聚可分为含氟丙烯酸酯共聚(侧链含氟共聚物)、氟烯烃共聚(主链含氟共聚物)两大类。其中,含氟丙烯酸酯与无氟取代的丙烯酸酯、苯乙烯类似,在聚合中生成的增长链自由基受共轭作用稳定,其活性聚合方法可参考类似单体;氟烯烃(如四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯)在共聚中不仅自由基寿命极短,还受到聚合物溶解性影响,导致链增长的活性调控异常困难。
近七年来,复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室的陈茂课题组(PolyMao)专注于氟聚合物可控合成,系统性发展了氟烯烃活性自由基聚合方法,利用重要氟烯烃合成了一系列新结构氟聚合物,实现了对聚合物分子量、序列及拓扑结构的精准调节。最近,课题组受邀对本领域研究工作进行介绍,以minireview形式总结了本课题组对相关研究的思考与展望,期望对后续研究提供帮助,促进大家共同发展高性能含氟聚合物材料(详情参考Angew. Chem. Int. Ed.)。不足之处,还望各位专家学者批评指正!
原文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202310636
欢迎对课题组研究方向(氟聚合物合成与应用研究、机器学习、流动化学)感兴趣的同学联系咨询加入课题组的机会(包括研究生、博士后)。
近年来,课题组在氟聚合物合成方面的工作请参考:Nat. Synth. 2023, 2, 653-662; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202304461; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, https://doi.org/10.1002/anie.202308724; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116135; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202215628; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20443; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21470; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 7108。
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