聚合物鏈小反應 大用途

聚合物粉末。（Getty Images）

文 ◎ 蔡琳、羅馨妍

聚合物是由一長串分子（單體）連接而組成的，就像一串珠子。在傳統的塑膠生產過程中，組成串的分子都是同樣大小的，而使這些分子連串的化學反應為連鎖反應，其速度非常快且不可控制。所羅門和瑞查多發現了藉由控制每個分子在分子鏈末端的連接速度，可以控制分子連接的順序和種類。這是一個對傳統方法的巨大的突破。

在澳洲聯邦科學與工業研究組織，瑞查多和所羅門開始利用自由基來分析不同的聚合物結構，這些自由基都是有高反應活性的未配對電子構成的化合物。在形成聚合物的過程中，這些自由基化合物起到了引發劑的作用，可以連接單體成為新的自由基分子。而這些分子又和其他分子連接，開始起連鎖反應。通常反應的速度非常快，直到反應終止，結果就是形成隨機組合而成的不同長度的聚合物。

瑞查多和所羅門發現了一個辦法可以在兩到三個連接形成的時候使聚合反應停止。這是他們可以控制的長度並去分析其過程。他們的做法是在每個自由基的尾端加進硝基氧，以制止它繼續反應。這項技術使他們發現了許多未知的事情，例如作為引發劑的化合物對形成的聚合物到底起到了多大的影響作用。

這項研究觀察是偶然發現的，但是卻造成了深遠巨大的影響。他們發現在一些反應終止之後，典型的硝基氧顏色會被釋出。實際上，他們發現受限制的反應是可逆的。當混合物被加熱，硝基氧會脫落，而聚合反應又會重新開始。

當瑞查多和所羅門意識到通過以上觀察研究可以控制聚合反應的速度還有聚合物的成分與結構，他們知道他們成功了。在1985年他們為此申請了專利，並於1990年登出此項研究結果，後來這個報導在聚合物化學領域被廣泛引用。全世界，尤其是美國的化學巨人杜邦注意到了他們的研究。

在成功地實現使用可逆過程形成聚合物鏈的飛躍之後，瑞查多和其他兩名在澳洲聯邦科學與工業研究組織的同事發明了更有效和靈活的方法來實現可逆加成-斷裂鏈轉移（RAFT）。1998年，他們把這項新技術發表出了來。現在此技術幾乎在全世界每個聚合物實驗室都被廣泛使用。他們與杜邦公司簽訂的發展協議還有隨後獲得的專利權，假以時日將為澳洲聯邦科學與工業研究組織帶來幾億美元的回報。

當全世界的化學品公司巨頭都在使用相關技術創造出更精密複雜的聚合物的時候，所羅門和瑞查多則致力於研究他們的項目。所羅門正在研究一種單分子層的聚合物薄膜以防止水庫及儲水池的水分蒸發。而瑞查多在繼續改進RAFT的同時，正在研究發明出一種智能生物材料以用作藥物的載體，使其能精確地針對具體器官組織起作用。同時他也在研究可以減少濾水器薄膜沉積的聚合物。◇