鄭州大学: 超高速可視光誘起原子移動ラジカル重合と3Dプリンティングへの応用

鄭州大学: 超高速可視光誘起原子移動ラジカル重合と3Dプリンティングへの応用
出典:鄭州大学


中国国家自然科学基金の支援を受けて、鄭州大学のパン・シンチャン教授の研究チームは、制御された「リビング」フリーラジカル重合の方法と応用において新たな進歩を遂げました。 関連研究は最近、「炭素量子ドット触媒に基づく超高速可視光誘起水性ATRPと3Dプリンティングへの応用」というタイトルで、アメリカ化学会誌にオンラインで公開されました。 2019年に材料科学工学部の修士課程に在籍したQiao Liang氏が本論文の筆頭著者であり、2020年に博士課程に在籍したZhou Mengjie氏が共同筆頭著者である。


ATRP 技術は、従来の重合方法よりも均一なポリマーネットワークを得ることができるポリマーゲルを製造するための優れた方法であることが証明されています。しかし、従来の ATRP は重合速度が遅く、酸素耐性が低いため、付加製造 (3D プリント) の分野での応用が制限されています。 研究チームは、水性ATRPに初めて炭素量子ドット(CQD)を導入し、超高速可視光誘起重合システムを開発しました。最適化された重合反応は、可視光照射下で数分以内に高いモノマー変換率(> 90%)を達成でき、ポリマーの多分散度(PDI)は1.25未満です。 CQD の働きにより、ポリマー システムは優れた酸素耐性を示し、デジタル光処理 (DLP) 3D 印刷に適しており、印刷されたオブジェクトの寸法精度も良好です。さらに、CQD の優れた安定した光学特性は、印刷製品に興味深い発光機能も提供します (図 1)。この研究はグリーンケミストリーの観点から始まり、水性光ATRPシステムにCQDを導入し、可視光/自然光の照射によって明確な構造を持つポリマーを調製します。このATRP媒介3D印刷プロセスは、機能的で刺激に応答するハイドロゲルを調製するための新しい方法を提供します。


△図1. 炭素量子ドット(CQD)触媒による超高速水相光誘起原子移動ラジカル重合(ATRP)と、その付加製造(3Dプリンティング)への応用。

近年、従来の制御型/リビング型フリーラジカル重合法と応用の限界(反応温度が高い、金属触媒の除去が難しい、重合効率が低いなど)に対応して、研究グループは一連の新しい制御型/リビング型フリーラジカル室温重合システム(ATRP、RAFT、NMPなど)を開発し、複雑構造の共重合体の合成条件を最適化し、機能性ポリマーの合成効率を改善し、複雑構造の機能性ポリマーと機能性材料の正確な設計と制御可能な調製のためのより便利な合成手段を提供しました。

ATRP技術、フォトニクス

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