In situ Multiple Optical Monitoring of Bulk Polymerization

doi:10.7503/cjcu20260051

Abstract

Abstract:

Optical visualization provides a highly sensitive， non-invasive， and straightforward approach for the in situ monitoring of bulk polymerization processes. This paper synthesized a 9，14-diphenyl-9，14-dihydrodibenzo［a，c］phenazine（DPAC）-based molecule， whose distinct excited-state conformational responses under different micro- environments enabled the monitoring of microscopic dynamic changes within the system. During the polymerization of methyl methacrylate（MMA）， the system transfer from a liquid monomer to a solid polymer. Accompanying this process， the fluorescence of DPAC shifts from red to blue， reflecting the increase in local viscosity and the restriction of molecular motion. Subsequently， the gradual enhancement of phosphorescence and the extension of its lifetime indicate the rising rigidity of the polymer network. Through dual-channel monitoring based on ratio-metric fluorescence and phosphorescence， this strategy makes the visual tracking of bulk polymerization feasible.

Key words: In situ monitoring, Bulk polymerization, Vibration-induced emission

CLC Number:

O626

TrendMD:

ZHANG Ruiqing, YIN Kuo, CHEN Yanjie, GU Fan, LIU Jian, MA Xiang. In situ Multiple Optical Monitoring of Bulk Polymerization[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(5): 20260051.

Figures/Tables 3

Fig.1 Fluorescent in situ monitoring of MMA polymerization（A） Fluorescence spectra of PMMA during the first 7 h；（B） CIE diagram coordinate shifting as time；（C） normalized curve of fluorescence intensity at 580 nm over time；（D） energy landscape of the excited-state conformational transfer of DPAC units to emit dual-wavelength fluorescence under different confinement；（E） viscosity of PMMA changes over time；（F） photographs of the polymerization process.

Fig.2 Phosphorescence in situ monitoring of MMA polymerization（A） Phosphorescence intensity variation from 5 h to 14 h；（B） lifetime spectra at different times；（C） variation curves of Mw and polymer dispersity index（PDI） with time；（D） NMR spectra corresponding to various polymerization times；（E） conversion versus time curve with error bars；（F） DSC versus time curves during the polymerization process；（G） afterglow photos during polymerization.

Fig.3 Photoactivation in situ monitoring of MMA polymerization

References 31

[1]	Awaja F.， Gilbert M.， Kelly G.， Fox B.， Pigram P. J.， Prog. Polym. Sci.， 2009， 34（9）， 948—968
[2]	Jin F. L.， Li X.， Park S. J.， J. Ind. Eng. Chem.， 2015， 29， 1—11
[3]	Breschi L.， Mazzoni A.， Ruggeri A.， Cadenaro M.， Lenarda Di R.， de Stefano Dorigo E.， Dent. Mater.， 2008， 24（1）， 90—101
[4]	Rijswijk van K.， Bersee H. E. N.， Compos. Part A： Appl. Sci. Manuf.， 2007， 38（3）， 666—681
[5]	Suzuki Y.， Mishima R.， Matsumoto A.， Int. J. Chem. Kinet.， 2022， 54（6）， 361—370
[6]	Robertson I. D.， Yourdkhani M.， Centellas P. J.， Aw D. G.， Ivanoff J. E.， Goli E.， Lloyd E. M.， Dean L. M.， Sottos N. R.， Geubelle P. H.， Moore J. S.， White S. R.， Nature， 2018， 557（7704）， 223—227
[7]	Murray R. E.， Penumadu D.， Cousins D.， Beach R.， Snowberg D.， Berry D.， Suzuki Y.， Stebner A.， Appl. Compos. Mater.， 2019， 26（3）， 945—961
[8]	Jessen L. L.， Hansen K. R.， Crull G. B.， Grover T. L.， Guymon C. A.， ACS Macro Lett.， 2025， 14（6）， 847—852
[9]	Trommsdorff V. E.， Köhle H.， Lagally P.， Makromol. Chem.， 2003， 1（3）， 169—198
[10]	Leira⁃Iglesias J.， Tassoni A.， Adachi T.， Stich M.， Hermans T. M.， Nat. Nanotechnol.， 2018， 13（11）， 1021—1027
[11]	Gao C.， Silvi S.， Ma X.， Tian H.， Credi A.， Venturi M.， Chem.⁃Eur. J.， 2012， 18（52）， 16911—16921
[12]	Chen H.， Yao X. Y.， Ma X.， Tian H.， Adv. Opt. Mater.， 2016， 4（9）， 1397—1401
[13]	Zhang D.， Su J. H.， Ma X.， Tian H.， Tetrahedron， 2008， 64（36）， 8515—8521
[14]	Sun J.， Huang Z. Z.， He Z. Y.， Hu Y.， Li C. L.， Wu Z. Q.， Tian H.， Ma X.， Adv. Opt. Mater.， 2026， 14， e03796
[15]	Zhang Z. Y.， Wu Y. S.， Tang K. C.， Chen C. L.， Ho J. W.， Su J. H.， Tian H.， Chou P. T.， J. Am. Chem. Soc.， 2015， 137（26）， 8509—8520
[16]	Zheng S. D.， Ma M. Y.， Qu D. H.， Tian H.， Zhang Q.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2025， 64（34）， e202507770
[17]	Ding B. B.， Ma X.， Tian H.， Acc. Mater. Res.， 2023， 4（10）， 827—838
[18]	Gu F.， Jiang T.， Ma X.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2021， 13（36）， 43473—43479
[19]	Mori N.， Matsumoto A.， Suzuki Y.， Macromolecules， 2025， 58（9）， 4699—4707
[20]	Chen W.， Chen C. L.， Zhang Z. Y.， Chen Y. A.， Chao W. C.， Su J. H.， Tian H.， Chou P. T.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（4）， 1636—1644
[21]	Humeniuk H. V.， Rosspeintner A.， Licari G.， Kilin V.， Bonacina L.， Vauthey E.， Sakai N.， Matile S.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57（33）， 10559—10563
[22]	Sun G. C.， Pan J. J.， Wu Y. F.， Liu Y.， Chen W.， Zhang Z. Y.， Su J. H.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2020， 12（9）， 10875—10882
[23]	Wang J.， Yao X. Y.， Liu Y.， Zhou H. T.， Chen W.， Sun G. C.， Su J. H.， Ma X.， Tian H.， Adv. Opt. Mater.， 2018， 6， 1800074
[24]	Wang H.， Li Y. R.， Zhang Y. Y.， Mei J.， Su J. H.， Chem. Commun.， 2019， 55（13）， 1879—1882
[25]	Huang W.， Sun L.， Zheng Z. W.， Su J. H.， Tian H.， Chem. Commun.， 2015， 51（21）， 4462—4464
[26]	Zhou H. T.， Mei J.， Chen Y. A.， Chen C. L.， Chen W.， Zhang Z. Y.， Su J. H.， Chou P. T.， Tian H.， Small， 2016， 12（47）， 6542—6546
[27]	Zhang Z. Y.， Song W. X.， Su J. H.， Tian H.， Adv. Funct. Mater.， 2019， 30（2）， 1902803
[28]	Sun G. C.， Zhou H. T.， Liu Y.， Li Y. R.， Zhang Z. Y.， Mei J.， Su J. H.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2018， 10（23）， 20205—20212
[29]	Hirata S.， Kamatsuki T.， J. Phys. Chem. C， 2023， 127（7）， 3861—3871
[30]	Silva J. S.， Melo P. A.， Pinto J. C.， Macromol. React. Eng.， 2023， 17（4）， 2300001
[31]	Nölle J. M.， Primpke S.， Müllen K.， Vana P.， Wöll D.， Polym. Chem.， 2016， 7（24）， 4100—4105