Polimer szczepiony

definicje IUPAC



przeszczepiona makrocząsteczka : makrocząsteczka z jednym lub kilkoma rodzajami bloków połączonych z łańcuchem głównym jako łańcuchy boczne, przy czym te łańcuchy boczne mają cechy konstytucyjne lub konfiguracyjne, które różnią się od tych w łańcuchu głównym.



makrocząsteczka grzebieniowa : makrocząsteczka zawierająca główny łańcuch z wieloma trójfunkcyjnymi punktami rozgałęzienia, z których każdy wychodzi liniowy łańcuch boczny.

Notatki






1. Jeżeli podłańcuchy między punktami rozgałęzień łańcucha głównego i końcowymi podłańcuchami łańcucha głównego są identyczne pod względem budowy i stopnia polimeryzacji, a łańcuchy boczne są identyczne pod względem budowy i stopnia polimeryzacji, makrocząsteczka jest określana jako „zwykła makrocząsteczka grzebieniowa”. 2. Jeżeli przynajmniej niektóre z punktów rozgałęzienia mają funkcyjność większą niż trzy, makrocząsteczkę można nazwać „makrocząsteczką szczoteczkową”.


W chemii polimerów polimery szczepione to segmentowane kopolimery z liniowym szkieletem jednego kompozytu i losowo rozmieszczonymi rozgałęzieniami innego kompozytu. Zdjęcie oznaczone jako „polimer szczepiony” pokazuje, w jaki sposób szczepione łańcuchy gatunku B są kowalencyjnie związane z polimerem gatunku A. Chociaż łańcuchy boczne różnią się strukturalnie od łańcucha głównego, poszczególne szczepione łańcuchy mogą być homopolimerami lub kopolimery. Polimery szczepione są syntetyzowane od wielu dziesięcioleci i są szczególnie stosowane jako materiały odporne na uderzenia, elastomery termoplastyczne , kompatybilizatory lub emulgatory do wytwarzania stabilnych mieszanek lub stopów . Jednym z lepiej znanych przykładów szczepionego polimeru jest składnik stosowany w polistyrenie o wysokiej udarności , składający się z polistyrenowego szkieletu z łańcuchami szczepionymi polibutadienem .

Kopolimer szczepiony składa się z głównego łańcucha polimeru lub szkieletu (A) kowalencyjnie związanego z jednym lub większą liczbą łańcuchów bocznych (B)

Właściwości ogólne

Kopolimery szczepione to rozgałęzione kopolimery, w których składniki łańcucha bocznego różnią się strukturalnie od składników łańcucha głównego. Kopolimery szczepione zawierające większą ilość łańcuchów bocznych są zdolne do konformacji podobnej do robaka, zwartych wymiarów cząsteczkowych i zauważalnych efektów końcowych łańcucha ze względu na ich ograniczone i ciasno dopasowane struktury. Przygotowanie kopolimerów szczepionych jest znane od dziesięcioleci. Do stworzenia ogólnych właściwości fizycznych kopolimerów szczepionych można zastosować wszystkie metody syntezy. Mogą być stosowane do materiałów odpornych na uderzenia i są często stosowane jako elastomery termoplastyczne, kompatybilizatory lub emulgatory do wytwarzania stabilnych mieszanek lub stopów. Ogólnie rzecz biorąc, metody szczepienia do syntezy kopolimerów dają materiały, które są bardziej termostabilne niż ich homopolimerowe odpowiedniki. Istnieją trzy metody syntezy, szczepienie do, szczepienie z i szczepienie przez, które są stosowane do konstruowania szczepionego polimeru.

Metody syntezy

Istnieje wiele różnych podejść do syntezy kopolimerów szczepionych. Zwykle wykorzystują znane techniki polimeryzacji, które są powszechnie stosowane, takie jak polimeryzacja rodnikowa z przeniesieniem atomu (ATRP), polimeryzacja przez metatezę z otwarciem pierścienia (ROMP), polimeryzacja anionowa i kationowa oraz polimeryzacja żyjąca w warunkach wolnorodnikowych. Niektóre inne mniej powszechne polimeryzacje obejmują polimeryzację indukowaną promieniowaniem, polimeryzację metatezy olefin z otwarciem pierścienia, reakcje polikondensacji i polimeryzację iniferterową.

Przedstawiono trzy popularne metody syntezy: szczepienie do (lewy górny róg), szczepienie od (prawy środek), szczepienie przez (lewy dolny róg) oraz ich uogólniony schemat reakcji.

Szczepienie do

Metoda szczepienia polega na zastosowaniu łańcucha głównego z grupami funkcyjnymi A rozmieszczonymi losowo wzdłuż łańcucha. Tworzenie kopolimeru szczepionego pochodzi z reakcji sprzęgania między funkcjonalnym szkieletem a końcowymi grupami rozgałęzień, które są reaktywne. Te reakcje sprzęgania są możliwe dzięki chemicznej modyfikacji szkieletu. Typowe mechanizmy reakcji stosowane do syntezy tych kopolimerów obejmują polimeryzację wolnorodnikową , polimeryzację anionową , polimeryzację rodnikową z przeniesieniem atomu i polimeryzację żyjącą techniki.

Kopolimery wytwarzane metodą szczepienia często wykorzystują techniki polimeryzacji anionowej. Ta metoda wykorzystuje reakcję sprzęgania grup elektrofilowych polimeru głównego i miejsca propagacji anionowego polimeru żywego. Ta metoda nie byłaby możliwa bez wytworzenia polimeru głównego, który ma grupy reaktywne. Ta metoda stała się bardziej popularna wraz ze wzrostem chemii kliknięć . Wysokowydajna reakcja chemiczna, zwana chemią sprzęgania rodników nitroksydowych z przeniesieniem atomu, jest przeznaczona do polimeryzacji metodą szczepienia.

Szczepienie od

W metodzie grafting-from szkielet makrocząsteczkowy jest modyfikowany chemicznie w celu wprowadzenia miejsc aktywnych zdolnych do zainicjowania funkcjonalności. Miejsca inicjujące można włączyć przez kopolimeryzację , może być włączony do reakcji popolimeryzacji lub może już być częścią polimeru. Jeśli liczba miejsc aktywnych wzdłuż szkieletu bierze udział w tworzeniu jednej gałęzi, to liczba łańcuchów wszczepionych do makrocząsteczki może być kontrolowana przez liczbę miejsc aktywnych. Chociaż można kontrolować liczbę szczepionych łańcuchów, mogą występować różnice w długościach każdego szczepionego łańcucha z powodu efektów zawady kinetycznej i sterycznej.

Szczepienia z reakcji przeprowadzono z polietylenu , polichlorku winylu i poliizobutylenu. W syntezie szczepienia z kopolimerów stosowano różne techniki, takie jak szczepienie anionowe, szczepienie kationowe, polimeryzacja rodnikowa z przeniesieniem atomu i polimeryzacja wolnorodnikowa .

Kopolimery szczepione, które stosuje się metodą szczepienia z, są często syntetyzowane za pomocą reakcji ATRP oraz anionowych i kationowych technik szczepienia.

Szczepienie przez

Szczepienie na wskroś, znane również jako metoda makromonomeru , jest jednym z prostszych sposobów syntezy szczepionego polimeru z dobrze zdefiniowanymi łańcuchami bocznymi. Zazwyczaj monomer o mniejszej masie cząsteczkowej jest kopolimeryzowany z wolnymi rodnikami z makromonomerem funkcjonalizowanym akrylanem. Stosunek stężeń molowych monomeru do makromonomeru, jak również ich zachowanie podczas kopolimeryzacji określa liczbę szczepionych łańcuchów. W miarę postępu reakcji zmieniają się stężenia monomeru do makromonomeru, co powoduje przypadkowe rozmieszczenie rozgałęzień i powstawanie kopolimerów szczepionych o różnej liczbie rozgałęzień. Ta metoda umożliwia heterogeniczne lub jednorodne dodawanie rozgałęzień w oparciu o stosunek reaktywności końcowej grupy funkcyjnej makrocząsteczki do monomeru. Różnica w rozmieszczeniu szczepionych ma znaczący wpływ na właściwości fizyczne szczepionego kopolimeru. Polietylen , polisiloksany i poli(tlenek etylenu) to wszystkie makromonomery, które zostały włączone do szkieletu polistyrenu lub poli(akrylanu metylu) .

Metodę makromonomeru (przeszczep na wskroś) można zastosować stosując dowolną znaną technikę polimeryzacji. Żywe polimeryzacje dają specjalną kontrolę nad masą cząsteczkową, rozkładem masy cząsteczkowej i funkcjonalizacją końca łańcucha.

Aplikacje

Kopolimery szczepione stały się szeroko badane ze względu na ich zwiększoną liczbę zastosowań, takich jak nośniki do podawania leków , środki powierzchniowo czynne , filtracja wody , modyfikatory reologii itp. Jest to ich unikalna struktura w stosunku do innych kopolimerów, takich jak kopolimery przemienne, okresowe, statystyczne i blokowe.

Niektóre typowe zastosowania kopolimerów szczepionych obejmują:

Polistyren wysokoudarowy (HIPS) składa się z rdzenia polistyrenowego z łańcuchami polibutadienowymi rozgałęziającymi się w każdym kierunku.

Polistyren wysokoudarowy

Pudełko na CD wykonane z polistyrenu ogólnego przeznaczenia (GPPS) i polistyrenu wysokoudarowego w części czarnej (HIPS)

Polistyren wysokoudarowy (HIPS) został odkryty przez Charlesa F. Frylinga w 1961 roku. HIPS jest tanim tworzywem sztucznym, łatwym do wytworzenia i często używanym do zastosowań konstrukcyjnych o niskiej wytrzymałości, gdy wymagana jest odporność na uderzenia, obrabialność i niski koszt. Jego główne zastosowania obejmują prototypy obrabiane maszynowo, elementy konstrukcyjne o niskiej wytrzymałości, obudowy i pokrywy. W celu wytworzenia szczepionego polimeru, polibutadien ( kauczuk ) lub dowolny podobny polimer elastomerowy rozpuszcza się w styrenie i polimeryzuje. Ta reakcja pozwala na dwie jednoczesne polimeryzacje, polimeryzację styrenu do polistyrenu i polimeryzację szczepioną styren -guma. Podczas użytku komercyjnego można go wytworzyć przez kopolimeryzację szczepioną z dodatkowym polimerem, aby nadać produktowi specyficzne właściwości. Zalety HIPS obejmują:

  • Zgodny z FDA
  • Dobra odporność na uderzenia
  • Doskonała obrabialność
  • Dobra stabilność wymiarowa
  • Łatwy do malowania i klejenia
  • Niska cena
  • Doskonałe walory estetyczne

Nowe właściwości w wyniku szczepienia

Poprzez szczepienie polimerów na szkieletach polimerowych ostateczne szczepione kopolimery uzyskują nowe właściwości od swoich polimerów macierzystych. Konkretnie, szczepione kopolimery celulozy mają różne zastosowania, które zależą od struktury polimeru szczepionego na celulozie. Niektóre z nowych właściwości, które celuloza uzyskuje dzięki szczepionym na nią różnym monomerom, obejmują:

Te właściwości dają nowe zastosowanie nieszczepionym polimerom celulozowym, które obejmują:

  • Medyczne materiały pochłaniające płyny ustrojowe
  • Zwiększona zdolność pochłaniania wilgoci przez tkaniny
  • Permselektywne membrany
  • Silniejsze właściwości zarodkowania niż nieszczepiona celuloza i adsorpcja niebezpiecznych zanieczyszczeń, takich jak jony metali ciężkich lub barwniki z roztworów wodnych, poprzez adsorpcję zmiennotemperaturową
  • Czujniki i materiały optyczne
  • Środki redukujące dla różnych związków karbonylowych
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Graft_polymer&oldid=1126977745 ”