东曹GPC用户专访：苏州大学高分子材料与工程部朱健教授

2023-10-10 14:20:30 东曹（上海）生物科技有限公司

近期，苏州大学高分子材料与工程部发表多篇活性聚合相关高水平论文，引起业内高度关注。本期推送内容是对苏州大学材料与化学化工学部高分子材料与工程专业负责人朱健教授的专访，我们深入了解了其团队在高分子合成领域所做的工作，并就其近期研究成果以及高分子合成未来发展方向进行了交流。

科研之路：从“活性”自由基聚合到功能性材料

朱健教授

从1995年开始，朱健便开始了高分子合成研究之路，刚开始主要研究方向是“活性”自由基聚合。传统的自由基聚合不能控制聚合物分子的结构和大小，通常聚合物分子量分布宽。活性聚合反应条件比较苛刻，分子结构的可设计性较小。

“活性”自由基聚合可以方便的实施单体的自由基聚合又可摒弃两者缺点实现聚合物合成设计。朱健表示，刚开始对“活性”自由基聚合的研究主要是对催化体系的开发，建立探索一些新的催化体系，例如对乙烯基单体的可控聚合，也将这一方法沿用到高分子聚合物的拓扑结构和分子量控制。随着对“活性”自由基聚合深入研究，朱健团队也将原来的合成方法向活性阴阳离子自由基聚合和结构调控方向进行拓展。

“在合成方法建立以后，我们开始考虑方法的实用性，所以开始了功能材料合成的研究。”含硒化合物由于其特殊的光电响应行为和生理活性，近些年在功能材料和医药行业得到了很大发展。然而，有机硒的化学行为较为独特，国内关于含硒聚合物的研究十分稀少。朱健围绕含硒聚合物开展了含硒聚合物的设计与合成，及其性能研究，建立了有机硒化合物调控的活性自由基聚合体系。通过此项研究，大大提升了活性自由基聚合方法的操作便利性，简化复杂聚合物合成步骤，为聚合物合成方法提供新途径。

近几年，3D打印成为材料领域的研究热点，但已有技术打印体量较小，限制了其实际应用。朱健将光引发聚合与3D打印相结合，制备出新颖的“活性”材料。该方法所制备材料中聚合物链含有活性末端，可进一步进行材料后修饰及功能化，在制备刺激响应性、自修复等各种功能材料领域体现出重大潜在应用。同时将催化体系和单体的比例进行优化调整，对网格结构进行调整，这样3D打印出的物体机械性能也要优于普通材料。

“在不同的应用领域，对于高分子材料的性能也有不同的要求，我们要通过功能推测出结构，将结构作为合成的目标，运用合适的聚合反应，合成目标结构，最后体现材料功能。"朱健谈到，“看似简单的研究过程，实则每一步都充满挑战性。”

GPC：高分子合成过程的“观察者”

高分子合成是分子层面的反应，人们肉眼是无法看到分子的变化，也无法去跟踪反应过程。而各种各样的分析仪器可以帮助人们去剖析和观察“看不到”的化学变化。

朱健表示，在高分子合成研究过程中用到的科学仪器种类比较多，可简单划分为物理分析和化学分析两大类，常用仪器包括凝胶渗透色谱仪 (GPC)、核磁共振波谱仪、气相色谱仪、荧光光谱仪、红外光谱仪、紫外光谱仪，以及各种质谱仪等。

其中，GPC是一种表征聚物分子量和分子量分布等特征的物理化学方法，由于仪器的不断改进，包括高效填料的使用、多种检测器的联用及与计算机的联用、仪器操作和数据处理的自动化等，使其在高分子合成领域中的应用范围不断扩大。“分子量是高分子结构参数中最基本、也是最重要的参数，目前，最高效便捷测定分子量的方法便是GPC。”

朱健提到他团队有多台GPC，其中有三台来自于东曹，三台GPC几乎是24小时“运转”。近年来，其他课题组也陆续购买了多台东曹的GPC。

朱健认为，一台好的GPC最重要的一点便是高稳定性和高重复性，东曹的GPC所有的管路系统都在一个恒温的体系中，使溶剂流量不受溶剂类型和环境温度波动的影响，提高了检测的稳定性和重复性; 其次是性价比高，能够高效缩短分析时间做到低溶剂消耗，同时保证实验的即时有效性; 最后是操作简单，实验人员能够非常方便地进行仪器控制，数据采集、分析和管理等相关操作。

瞄准“卡脖子”问题实现科技自立自强

从最简单的生活用品，到工业涂料、光刻胶，甚至航空、航天、军事领域都离不开高分子材料。朱健认为“如何将高分子合成研究，转化为实际能让人们受益的东西，是我们研究的关键。”

李克强总理曾在采访中提出“小小的圆珠笔，中国造不出来吗？”的疑问。圆珠笔的核心就是笔尖和墨水，然而我国90%的笔尖、80%的墨水都需要进口，整个行业处于“替人打工、受制于人”的不利局面。为了解决这一问题，国家在 “十三五”中设置了《制笔新型环保材料》的国家重点研发计划。朱健团队也积极的承接了本项目，他们从墨水基础材料层面着手，根据高分子结构设计方法，利用大分子乳化剂，实现高稳定性、环保性乳化墨水的研发及产业化应用；该乳化墨水相对于传统墨水具有书写细腻流畅、粘度低、触变性优异及储存稳定性高等特点。他们也与文具公司合作成功研发了超顺滑中性笔，给数百亿支笔装上“中国墨水”。

当然，朱健团队的研究工作中也不乏“光刻胶”这样关系国家产业发展的大问题。目前，中国光刻胶国产化率较低，重点技术水平与国际先进技术有较大的差距。随着半导体行业、LED及平板显示行业的快速发展，对于光刻胶的需求越发旺盛，国内光刻胶产品未来市场空间巨大。

朱健从光刻胶的应用场景及使用过程中性能要求出发，设计所需的聚合物的结构。往往光刻胶涉及到多组分单体，在合成的过程中，单体的双键含量和位置都需要严格设计，才能最终得到一个性能优异的高分子。朱健表示，目前光刻胶前期开发的工作已经完成，也有部分材料处于放大生产阶段，相信在不久的将来，国内光刻胶难题也将解决。

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