近日，来自普渡大学窦乐添教授团队提出了一种名为“光熔融本体聚合（PMBP）”的新方法，成功实现了无溶剂、无催化剂、无引发剂的聚二烯衍生物的高效合成与回收。这一成果为绿色化学和可持续高分子材料的发展提供了新思路。相关论文以“Photoinduced bulk polymerization strategy in melt state for recyclable polydiene derivatives”为题，发表在Nature Chemistry，第一作者为Pengfei Wu。
传统方法的挑战与PMBP的创新
聚二烯（如1,3-丁二烯衍生物）在化工领域应用广泛，但其传统合成依赖气相或溶液相工艺，需使用复杂的催化剂和引发剂，不仅成本高昂，还需繁琐的纯化步骤。此外，现有方法合成的聚合物难以化学回收，加剧了环境负担。研究团队开发的PMBP策略通过紫外光照射熔融态单体，直接生成长寿命双自由基，实现了可控链增长和高分子量聚合物的精准合成。这一方法避免了传统工艺的缺陷，同时简化了ABA三嵌段共聚物和随机共聚物的制备。
机制与优势
PMBP的核心在于紫外光激发单体形成双自由基，通过双向链增长实现高效聚合。密度泛函理论（DFT）计算表明，光激发使单体进入类似过渡态的结构，显著降低了反应能垒。实验数据显示，PMBP合成的聚己二烯酯（PME）分子量高达1210 kDa，分散度低至1.5，且几乎全部为1,4-加成结构，力学性能优异（拉伸强度2.9 MPa，应变1060%）。此外，该方法还表现出“类活性聚合”特性，可通过调控光照和温度实现反应速率的精确控制。
应用与回收性能
研究团队利用PMBP成功制备了热塑性弹性体（TPE）和类ABS-like塑料。其中，三嵌段共聚物SM(Et)S的拉伸强度达3.5 MPa，断裂伸长率615%，性能媲美商用SBS材料；ABS-like塑料的断裂应力为52 MPa，可通过注塑成型制成玩具等产品。更引人注目的是，PME类聚合物因其链中较弱的碳-碳键，可在250°C下高效解聚为单体，回收率超过80%。团队还证明，通过添加ZnO或NaCl催化剂，可进一步降低解聚温度并提高回收单体的纯度。
未来展望
这项研究不仅提供了一种环境友好的聚合策略，还为高分子材料的闭环回收提供了可行方案。研究者表示，未来将通过优化反应器设计、单体结构和光照条件，进一步提升聚合效率，并探索更温和的解聚条件。这一技术有望在包装、汽车和生物医学等领域推动可持续材料的应用。