近日，研究人員發現了一種減少聚合物中環數的新方法。 該方法可以為工業上有用的材料的制造商如塑料或凝膠的制造商提供一種簡單的方法來加強其材料。

　　簡單的技術減少了會削弱塑料和橡膠等材料的循環。塑料，橡膠和許多其他有用的材料由聚合物—長鏈排列在交聯網絡中構成。 在分子水平上，這些聚合物網絡的結構缺陷會削弱它們。

　　幾年前，麻省理工學院的研究人員首先對某些類型的這些缺陷進行了測量，這些缺陷稱為“環路”，是當聚合物網絡中的一個鏈與自身而不是另一個鏈結合時引起的。現在，同樣的研究人員發現了一種簡單的方式來減少聚合物網絡中的環的數量，從而增強了由聚合物制成的材料。

　　為了實現這一目標，研究人員簡單地將聚合物網絡的一種組成成分緩慢地添加到大量的第二組分中。使用這種方法，他們能夠在各種不同的聚合物網絡結構將環路數量減少一半。 這可以為工業上有用的材料的制造商如塑料或凝膠的制造商提供一種簡單的方法來加強其材料。

　　Firmenich職業發展副研究員麻省理工學院化學副教授Jeremiah A. Johnson說，“只要改變你將一個組件添加到另一個組件的速度，你就可以改善機械性能。

　　麻省理工學院研究生 Yuwei Gu 是本文的第一作者，于4月24日發表在國家科學院院刊上。其他作者是麻省理工學院化學工程副教授Bradley Olsen; 麻省理工學院研究生Ken Kawamoto; 前麻省理工學院博士后Mingjiang Zhong ， Mao Chen; 凱斯西儲大學助理教授Michael Hore; 凱斯西儲大學研究生Alex Jordan;前麻省理工學院客座教授和凱斯西儲大學副教授LaShanda Korley。

　　控制循環

　　2012年，Johnson的團隊設計了第一種測量聚合物網絡中環路數量的方法，并通過Olsen的理論預測驗證了這些結果。研究人員發現，根據起始材料中的聚合物鏈的濃度和其他因素，環路可約占網絡百分之九至百分之百。

　　幾年后，Johnson和Olsen開發了一種計算削弱材料的循環的方法。在最新的工作中，他們著手于減少環路形成，并且在不改變材料組成的情況下實現這個目的。

　　Johnson說：“我們為自己設定的目標是將相同的前體材料用于一種經常使用的材料，并且，在相同的條件和相同的濃度下使用相同的前體，使材料的循環量減少”。

　　在本文中，研究人員首先著重于一種被稱為星形聚合物網絡的聚合物結構。這種材料有兩個不同的結構單元：一個稱為“B4”的四個相同臂的星形，一個稱為“A2”的鏈，A2的每個分子都附著在B4的其中一個臂的末端。 然而，在典型的合成過程中，當一切都被立即混合在一起時，一些A2鏈最終結合到兩個B4臂中，形成一個環。

　　研究人員發現，如果將B4緩慢添加到A2的溶液中，則B4的每一個臂將與單個A2分子快速反應，因此A2的形成循環的機會較少。

　　在緩慢加入一半的B4溶液幾個小時后，他們一次加入了后半部分，星形亞單元連接在一起形成交聯網絡。研究人員發現，這種材料大約占使用傳統合成工藝生產的相同材料的環路的一半。

　　Johnson說，根據原材料中回路的數量，這種“慢而快”的方法可以將材料的強度提高至600%。

　　卡內基梅隆大學化學教授Krzysztof Matyjaszewski說，“基于緩慢交聯劑的添加的這種非常簡單的巧妙而強大的方法減少了分子內環化并明顯優化了聚合物網絡的機械性能。”

　　更好的產品

　　研究人員還嘗試了這種技術與四種其他類型的聚合物網絡合成反應。他們不能測量所有類型聚合物的環路數，但是它們在材料的強度方面也發現了類似的改進。

　　這種方法可能有助于提高由凝膠或其他交聯聚合物制成的任何材料的強度，包括塑料，水凈化膜，環氧樹脂粘合劑或水凝膠如隱形眼鏡。

　　Johnson實驗室正在研究將此方法應用于各種材料，包括用于生長組織工程細胞的凝膠。