Recent Progresses in Synthesis of Cyclic Polymers in Large-scale and Some Functionalized Composites

doi:10.7503/cjcu20250212

Abstract

Abstract:

Among various architectures of polymers， end-group-free rings have attracted growing interests due to their distinct physicochemical performances over the linear counterparts which are exemplified by reduced hydrodynamic size and slower degradation. It is key to develop facile methods to large-scale synthesis of polymer rings with tunable compositions and microstructures. Recent progresses in large-scale synthesis of polymer rings against single-chain dynamic nanoparticles， and the example applications in synchronous enhancing toughness and strength of polymer nanocomposites are summarized. Once there is the breakthrough in rational design and effective large-scale synthesis of polymer rings and their functional derivatives， a family of cyclic functional hybrids would be available， thus providing a new paradigm in developing polymer science and engineering.

Key words: Cyclic polymer, Large-scale synthesis, Single-chain nanoparticle, Performance, Composite

CLC Number:

O631.1

TrendMD:

QU Kairu, GUO Lyuzhou, WANG Wenbin, YAN Xuzhou, CAO Xuezheng, YANG Zhenzhong. Recent Progresses in Synthesis of Cyclic Polymers in Large-scale and Some Functionalized Composites[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(1): 20250212.

Figures/Tables 11

Fig.1 Schematic ring closure method to prepare cyclic polymers via three representative strategies(A) and the ring⁃expansion strategy(B)[28]（A） A2+B2 bimolecular coupling， A2 unimolecular self-cyclization， A-B unimolecular self-cyclization.Copyright 2009， the Royal Society of Chemistry.

Fig.2 Double strain⁃promoted azide⁃alkyne clicking toward the efficient ring⁃closure reactions[45]

Fig.3 Schemes of the reaction and equipment to synthesize cyclic polymers by ATRP⁃CuAAC cyclization via the evaporation/condensation/extraction/inflow process[47]

Fig.4 Schematic preparation of copolymer rings by combinational supramolecular self⁃assembly and “selective” intramolecular “click” ring closure[53]

Fig.5 Electrostatics⁃mediated ring closure at the dynamic SCNP toward large⁃scale synthesis of pure polymer rings(A) and TEM images of the ring(B) and linear(C) polymer upon the chain extension[58]

Fig.6 Structures(A) and glass transition temperatures(B) of poly(vinyl ether) based rings and linear chains of varied molecular weights[64]

Fig.7 The intrinsic viscosity([η], A)[67] and rouse model(solid lines) predicating storage modulus(G′) of polystyrene rings, and the experimental data(open circles) at a reference temperature of 160 ℃(B)[68]（A） Copyright 2017， American Chemical Society；（B） Copyright 2015， American Chemical Society.

Fig.8 Schematic illustration of the rhombic metallacycle crosslinked polymer network(CP⁃nR) formed using 60° Pt(II) acceptors(A) and the hexagonal metallacycle crosslinked polymer network(CP⁃nH) obtained with 120° Pt(II) acceptors(B)[89], schematic formation of CCN(C) and stress⁃strain profiles of LCN and CCN at a deformation rate of 100 mm/min(D)[90]

Fig.9 A self⁃crosslinked supramolecular polymer network of easier processibility and moldability[95]

Fig.10 Molecular architecture and dynamic behavior of the macromolecular [2]rotaxane crosslinker, and the mechanical performances of RCP and CCP(A)[96] and mechanical interlocking network with a densely rotaxanated backbone(B)[97]（A） Copyright 2015， American Chemical Society；（B） Copyright 2022， Springer Nature.

Fig.11 Synthesis of the interlocked catenated poly(ε⁃caprolactone)(A), wide⁃angle X⁃ray scattering(WAXS) patterns of Lin⁃PCL99 and De⁃Caten⁃PCL88 crystals(B)[106], DMA spectra of the PC copolymer containing 20%(mass fraction) of [2]catenane(C)[107], synthesis of the catenane⁃based mechanically linked polymers(D) and Pd⁃removal of catenanes to enhance the polymer chain mobility, reduce Tg and increase crystallization rate(E)[108], schematic Olympic gel(F) and dynamic light⁃scattering microrheological behaviors of the enzyme⁃active gel(G) and permanent enzyme⁃inactive gel(H)[111]

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