具体描述
This book is focused on recent progress in the dynamically developing field of controlled/ living radical polymerization. It is a sequel to ACS Symposium Series 685, 768, 854, and 944. Volume 1023 contains 26 chapters on mechanistic, synthetic and materials aspects of ATRP. Volume 1024 contains 24 chapters on other controlled/living radical polymerization techniques.
《聚合物合成的精妙艺术：从单体到功能材料的探索》 本书并非聚焦于某一特定聚合方法，而是带领读者踏上一段宏大而深刻的聚合物科学之旅。我们将深入探究高分子链的形成过程，不仅关注其结构与性质的内在联系，更着眼于如何通过精准的合成策略，设计并制备出具备特定功能的先进材料，以满足日益增长的科技和社会需求。 第一部分：聚合物科学的基石——分子层面上的构建 在这一部分，我们将从最基本的分子层面出发，理解构成聚合物世界的“砖石”——单体。我们会详细剖析不同类型单体的化学结构、反应活性以及它们如何通过聚合反应连接成宏观的长链。 单体的世界：结构、性质与分类 烯烃类单体： 乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯酸酯类及其衍生物。我们将深入探讨它们的π键结构如何决定其聚合倾向，以及取代基对链增长、链终止和链转移过程的影响。例如，苯乙烯的苯环不仅影响聚合速率，还可能通过自由基共振稳定作用，进而影响聚合物的立体规整度和玻璃化转变温度。丙烯酸酯类单体，由于其羰基的吸电子效应，其聚合活性与烯烃类单体有所不同，这为设计具有特定反应性的聚合物提供了基础。 二烯烃类单体： 丁二烯、异戊二烯等。重点将放在它们参与1,2-加成、1,4-加成等不同聚合模式的可能性，以及这些模式如何影响聚合物链的微观结构（如顺式/反式构型）和宏观性能（如弹性）。 极性单体： 乙烯醇、乙烯胺、乙烯基酮等。这类单体由于其分子内极性基团的存在，表现出独特的聚合行为，例如氢键的形成可能影响单体在溶液中的聚集状态，从而影响聚合速率和聚合物分子量。 环状单体： 环氧化物、内酰胺、内酯等。我们将讨论开环聚合的机理，以及环的大小、张力对聚合难易程度的影响。例如，小环如环氧乙烷易于开环聚合，而大环则可能需要更高的温度或特定的催化剂。 聚合反应的本质：链式增长与步聚式增长 链式增长机理： 聚焦于聚合引发、链增长和链终止的关键步骤。我们将详细解析不同引发体系（如热引发、光引发、氧化还原引发）如何产生活性链端，以及活性链端如何与单体不断反应，逐个连接形成聚合物链。链终止的机制，如组合、歧化、链转移，如何决定最终的聚合物分子量和分子量分布。 步聚式增长机理： 探讨官能团之间通过逐步反应（如酯化、酰胺化）形成聚合物的机理。我们将分析双官能度单体在反应过程中，随着反应进程，官能团转化率与平均分子量之间的关系。 催化剂的角色：驱动聚合反应的关键 自由基聚合催化： 探讨过氧化物、偶氮类化合物等自由基引发剂的分解机理，以及它们如何有效地产生自由基。分析氧化还原引发体系的协同作用，以及其在低温聚合中的优势。 离子聚合催化： 阴离子聚合： 强碱（如醇钠、烷基锂）催化下的烯烃聚合。重点将讨论活性链端（碳负离子）的稳定性、溶剂效应以及加合物（如路易斯酸）对聚合速率和立体规整度的影响。 阳离子聚合： 强质子酸、路易斯酸（如BF3, AlCl3）催化下的富电子单体聚合。分析碳正离子的形成和稳定性，以及链转移和终止反应如何影响聚合物结构。 配位聚合催化： 重点介绍Ziegler-Natta催化剂、Metallocene催化剂等在烯烃聚合中的应用。我们将深入理解配位聚合如何实现对聚合物立体规整度的精确控制，以及不同催化剂体系如何影响聚合物的微观结构（如等规、间规、无规聚合物）。 第二部分：精准控制与设计——构建复杂聚合物体系 在掌握了聚合反应的基础后，我们将进一步探索如何通过精妙的合成技术，突破传统聚合的局限，实现对聚合物链结构、分子量、分子量分布以及拓扑结构的精确调控。 分子量与分子量分布的调控： 高分子量聚合物的合成： 如何通过优化反应条件（单体浓度、引发剂用量、反应温度）来提高聚合速率和分子量。 低聚物与寡聚物的制备： 如何通过控制单体与引发剂的比例，或者采用特定终止策略来获得特定链长的低聚物，这些低聚物在涂料、粘合剂等领域具有重要应用。 窄分子量分布聚合物的意义： 讨论窄分子量分布聚合物在高性能材料中的优势，例如在光学材料、半导体材料中的应用，以及如何通过某些特殊的聚合方法（如活性聚合）实现这一目标。 聚合物拓扑结构的构建： 线性聚合物： 最基本的聚合物结构，但即使是线性聚合物，其分支度的控制也至关重要。 支化聚合物： 星形聚合物： 拥有多个聚合物链从一个中心核伸展开来。我们将讨论如何通过多官能团引发剂或“一锅法”合成星形聚合物，以及它们在药物递送、纳米材料中的潜在应用。 梳状聚合物： 具有主链和侧链，侧链的密度和长度可以进行调控。分析如何设计具有支化点的单体或使用“嫁接”策略来合成梳状聚合物。 网络聚合物（交联聚合物）： 通过交联剂将线性聚合物链连接成三维网络结构。讨论交联密度对材料力学性能、溶胀行为以及吸附性能的影响。 嵌段共聚物的精准合成： 定义与重要性： 嵌段共聚物由两种或两种以上性质不同的嵌段组成，它们在溶液或固态下会发生微相分离，形成有序的纳米结构。 合成策略： 逐步聚合： 首先合成一种嵌段，然后在此基础上继续聚合另一种单体。 活性聚合技术： 利用具有高度可控性的聚合方法，如活性自由基聚合（AIBN）、活性离子聚合等，实现不同单体的顺序聚合，从而得到具有精确嵌段序列和分子量的嵌段共聚物。 “一锅法”合成： 在同一反应体系中，通过改变反应条件或添加引发剂，顺序聚合不同单体。 梯度共聚物的制备与特性： 定义与优势： 梯度共聚物中单体组成沿聚合物链从一端到另一端逐渐变化。这种渐变性赋予了其独特的界面特性和性能。 合成方法： 讨论如何通过控制单体添加速率、反应活性差异等因素，实现梯度共聚物的合成。 第三部分：功能化聚合物的理性设计与应用 在本部分，我们将聚焦于如何将聚合物结构与特定的化学官能团巧妙结合，创造出具备多样化功能的先进材料，并探讨它们在各个领域的广泛应用。 响应性聚合物： pH响应性聚合物： 含有可电离基团（如羧基、胺基）的聚合物，其溶解度、溶胀度或构象会随pH值变化而改变。在药物控释、生物传感器等领域有应用。 温度响应性聚合物： 具有临界溶解温度（LCST）或临界沉淀温度（UCST）的聚合物，如聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）。在智能材料、组织工程等领域潜力巨大。 光响应性聚合物： 含有光敏基团，在光照下发生化学或物理变化的聚合物。在光刻、信息存储、光动力治疗等领域有应用。 电响应性聚合物： 在电场作用下发生形变或导电性能改变的聚合物。在人造肌肉、柔性电子器件等领域前景广阔。 导电聚合物： 共轭聚合物： 聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等，通过π电子的离域实现导电性。 聚合物复合材料： 将导电填料（如炭黑、石墨烯）分散到绝缘聚合物基体中，形成导电网络。 应用： 抗静电涂层、电磁屏蔽材料、有机电子器件（OLEDs, OPVs）、传感器等。 生物医用聚合物： 生物相容性与可降解性： 讨论聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚己内酯（PCL）等可降解聚合物在药物载体、骨组织工程、缝合线等方面的应用。 智能药物递送系统： 利用响应性聚合物设计能够靶向释放药物的载体。 组织工程支架： 构建具有三维结构和良好生物相容性的支架，促进细胞生长和组织再生。 表面与界面工程： 表面改性： 通过接枝、涂覆等方法改变聚合物表面的性质，如疏水性、亲水性、生物活性等。 自组装聚合物： 设计能够自发形成有序纳米结构的聚合物，在纳米制造、模板合成等领域有重要作用。 低表面能聚合物： 如氟聚合物，在防污、防腐蚀、润滑等领域有广泛应用。 高性能复合材料： 聚合物基复合材料： 将增强体（如玻璃纤维、碳纤维、纳米粒子）与聚合物基体结合，获得兼具高强度、高韧性和轻质化的材料。 增容剂与界面处理： 探讨如何通过化学改性或添加剂来改善增强体与聚合物基体之间的界面相容性，从而提高复合材料的整体性能。 结论：聚合物科学的未来展望 本书的最后一章将对聚合物科学的未来发展趋势进行展望。我们将探讨诸如绿色聚合、可持续性材料、人工智能在聚合物设计与合成中的应用、仿生聚合物等前沿领域。通过对这些主题的深入探讨，读者将能够深刻理解聚合物科学的无限可能性，以及它在塑造未来科技和社会发展中的关键作用。 本书旨在为化学、材料科学、工程等领域的学生、研究人员和工程师提供一个全面而深入的聚合物合成知识体系。我们相信，通过对本书内容的学习和实践，读者将能够掌握设计、合成和应用功能化聚合物的关键技能，为解决当今世界面临的挑战贡献力量。
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