聚合物交联网络具有众多优异的性能。有鉴于此，发展高效的聚合物交联策略，引起了合成化学家广泛的研究兴趣。目前广泛采用的交联手段，是将含交联基元的单体与其他单体进行共聚合。而对于不含交联点的脂肪族聚合物（如聚乙烯、聚丙烯等），尽管可通过高能γ射线辐射，产生自由基进行交联，但该方法的普适性和可控性具有明显的缺陷。因此，对于该类低官能度高分子的可控交联，仍是该领域所面临的一个重大挑战。

加拿大维多利亚大学的Jeremy E. Wulff教授及其团队在本期Science杂志上发表研究性论文，报导了一种基于双重氮杂环（bis-diazirine）的新型聚合物交联剂(见图1)。它能在温和可控（100 °C加热或350 nm紫外光照）的条件下分解，形成两个游离卡宾，通过双重碳氢键的活化而产生交联。该策略突破了低官能度脂肪族聚合物难以交联的局限，可应用于低表面能材料的高效黏合等领域。作者首先对交联剂的分子结构进行了精心筛选，获得了性能优异的双重氮杂环交联剂3(见图1)。通过凝胶渗透色谱等手段进行表征，证明该交联剂能使不同类型的聚合物（如液态石蜡、聚二甲基硅氧烷、高密度聚乙烯、聚乙烯醇等）产生交联。需要强调的是：即使对于传统方法难以实现交联的线型聚丙烯，该方法也可实现高效交联。

图1. 基于双重氮杂环的新型高分子交联策略。 (A) 由紫外光或热引发的重氮杂环分解反应；(B)在紫外光或热作用下双重氮杂环与聚乙烯的交联反应； (C)双重氮杂环交联剂的结构。

在此基础之上，作者进一步探索了交联剂3作为高密度聚乙烯(HDPE)黏合剂的应用潜力(见图2)。众所周知，HDPE材料具有极低的表面能，即使采用商业化的万能胶，也很难实现HDPE之间的高效黏合。与之相比，交联剂3在对HDPE粘结力的测试中，表现出极为优越的黏合性能，其内在机制源于交联剂与HDPE表面发生了不可逆的共价结合。Jeremy E. Wulff教授研究团队所报道的双重氮杂环型交联剂不仅可作为黏合剂，同时在油漆和涂料等领域也展现出潜在的应用价值。此外，对于纤维素和木质素等生物大分子，这种交联策略也可以解决其缺乏有效交联官能团的短板，为新型生物质功能材料的发展提供一种便捷高效的途径。 

图2. 双重氮杂环交联剂对聚乙烯产生黏合特性的机理图。

参考文献：

1. M. L. Lepage, C. Simhadri, C. Liu et al., Science 366, 875 (2019)

2. F. J. de Zwart, J. Bootsma, B. de Bruin, Science 366, 800 (2019)

3. D. Bourissou, O. Guerret, F. P. Gabbai et al., Chem. Rev. 100, 39 (2000).

4. W. Lin, Z. Shao, J.-Y. Donget al., Macromolecules 42, 3750 (2009).

原标题：对脂肪族聚合物产生高效交联的“万能交联剂”｜Science述评

作者：汪峰   中国科大教授，从事超分子聚合与自组装材料领域的研究。 

来源：ScienceAAAS

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