Jump to content

Привитой полимер

Определения ИЮПАК

привитая макромолекула : Макромолекула с одним или несколькими типами блоков, соединенных
к основной цепи как боковые цепи, причем эти боковые цепи имеют конституциональную или конфигурационную структуру.
функции, которые отличаются от функций основной цепи.


гребенчатая макромолекула : Макромолекула, состоящая из основной цепи с множеством
трифункциональные точки ветвления, от каждой из которых исходит линейная боковая цепь.

Примечания

1. Если подцепи между точками ветвления основной цепи и терминалом
подцепи основной цепи идентичны по составу и степени
полимеризации, а боковые цепи идентичны по составу.
и степени полимеризации макромолекулу называют «регулярной».
гребенчатая макромолекула». 2. Если хотя бы некоторые из точек ветвления имеют функциональность больше трёх,
Макромолекулу можно назвать «макромолекулой-щеткой».


В химии полимеров привитые полимеры представляют собой сегментированные сополимеры с линейной основной цепью одного композита и случайно распределенными ветвями другого композита. На рисунке с надписью «привитой полимер» показано, как привитые цепи вида B ковалентно связаны с полимером вида A. Хотя боковые цепи структурно отличаются от основной цепи, отдельные привитые цепи могут быть гомополимерами или сополимерами. Привитые полимеры синтезируются на протяжении многих десятилетий и особенно используются в качестве ударопрочных материалов, термопластичных эластомеров , агентов совместимости или эмульгаторов для приготовления стабильных смесей или сплавов . Одним из наиболее известных примеров привитого полимера является компонент, используемый в ударопрочном полистироле , состоящий из полистироловой основной цепи с привитыми полибутадиеновыми цепями.

Привитой сополимер состоит из основной полимерной цепи или основной цепи (А), ковалентно связанной с одной или несколькими боковыми цепями (В).

Общие свойства

[ редактировать ]

Привитые сополимеры представляют собой разветвленные сополимеры, в которых компоненты боковой цепи структурно отличаются от компонентов основной цепи. Привитые сополимеры, содержащие большее количество боковых цепей, способны иметь червеобразную конформацию, компактные молекулярные размеры и заметные эффекты на концах цепи благодаря их ограниченным и плотно прилегающим структурам. [ 1 ] Получение привитых сополимеров существует уже несколько десятилетий. Для определения общих физических свойств привитых сополимеров можно использовать все методы синтеза. Их можно использовать для ударостойких материалов и часто используют в качестве термопластических эластомеров, агентов совместимости или эмульгаторов для приготовления стабильных смесей или сплавов. [ 2 ] Как правило, методы прививки для синтеза сополимеров приводят к получению материалов, которые более термостабильны, чем их гомополимерные аналоги. [ 3 ] Существует три метода синтеза: прививка, прививка от и прививка насквозь, которые используются для создания привитого полимера. [ 4 ]

Методы синтеза

[ редактировать ]

Существует множество различных подходов к синтезу привитых сополимеров. Обычно они используют знакомые методы полимеризации, которые обычно используются, такие как радикальная полимеризация с переносом атома (ATRP), метатезисная полимеризация с раскрытием цикла (ROMP), анионная и катионная полимеризация и свободнорадикальная полимеризация. Некоторые другие менее распространенные полимеризации включают радиационно-индуцированную полимеризацию, [ 5 ] метатезисная полимеризация олефинов с раскрытием цикла, [ 6 ] реакции поликонденсации, [ 7 ] и полимеризация, индуцированная инифертером. [ 8 ]

Представлены три распространенных метода синтеза: прививка к (вверху слева), прививка от (в центре справа), прививка насквозь (внизу слева), а также их обобщенная схема реакции.

Прививка к

[ редактировать ]

Метод прививки предполагает использование основной цепи с функциональными группами А, которые распределены случайным образом вдоль цепи. [ 9 ] Образование привитого сополимера происходит в результате реакции сочетания между функциональной основной цепью и реакционноспособными концевыми группами разветвлений. Эти реакции сочетания становятся возможными за счет химической модификации основной цепи. [ 10 ] Общие механизмы реакции, используемые для синтеза этих сополимеров, включают свободнорадикальную полимеризацию , анионную полимеризацию , радикальную полимеризацию с переносом атома и живой полимеризации методы .

Сополимеры, полученные методом прививки, часто используют методы анионной полимеризации. В этом методе используется реакция сочетания электрофильных групп основного полимера и места размножения анионного живого полимера. Этот метод был бы невозможен без создания полимера основной цепи, имеющего реакционноспособные группы. Этот метод стал более популярным с развитием химии кликов . Химическая реакция с высоким выходом, называемая химией сочетания нитроксильных радикалов с переносом атома, предназначена для метода прививки для полимеризации.

Прививка из

[ редактировать ]

В методе прививки основная цепь макромолекулы химически модифицируется для введения активных центров, способных инициировать функциональность. Инициирующие центры могут быть включены путем сополимеризации , могут быть включены в реакцию постполимеризации или могут уже быть частью полимера. [ 10 ] Если в образовании одной ветви участвует количество активных центров вдоль основной цепи, то количество цепей, привитых к макромолекуле, можно контролировать количеством активных центров. Несмотря на то, что количество привитых цепей можно контролировать, может существовать разница в длине каждой привитой цепи из-за эффектов кинетического и стерического затруднения. [ 9 ]

Прививку из реакций проводили из полиэтилена , поливинилхлорида и полиизобутилена. Различные методы, такие как анионная прививка, катионная прививка, радикальная полимеризация с переносом атома и свободнорадикальная полимеризация , использовались при синтезе прививок из сополимеров.

Привитые сополимеры, которые используются методом прививки, часто синтезируются с помощью реакций ATRP и методов анионной и катионной прививки.

Прививка через

[ редактировать ]

Прививка насквозь, также известная как макромономерный метод, представляет собой один из наиболее простых способов синтеза привитого полимера с четко определенными боковыми цепями. [ 10 ] Обычно мономер с более низкой молекулярной массой сополимеризуют со свободными радикалами с макромономером, функционализированным акрилатом. Соотношение молярных концентраций мономеров и макромономеров, а также их поведение при сополимеризации определяют количество привитых цепей. По мере протекания реакции концентрации мономера по отношению к макромономеру изменяются, вызывая случайное расположение разветвлений и образование привитых сополимеров с различным количеством разветвлений. Этот метод позволяет добавлять разветвления гетерогенно или гомогенно в зависимости от отношения реакционной способности концевой функциональной группы макромолекулы к мономеру. [ 11 ] Разница в распределении привитых существенно влияет на физические свойства привитого сополимера. Полиэтилен , полисилоксаны и поли(этиленоксид) представляют собой макромономеры, включенные в основную цепь полистирола или поли(метилакрилата) .

Макромономерный метод (сквозная прививка) может быть использован с использованием любого известного метода полимеризации. Живая полимеризация обеспечивает особый контроль над молекулярной массой, распределением молекулярной массы и функционализацией концов цепи.

Приложения

[ редактировать ]

Привитые сополимеры стали широко изучаться из-за увеличения числа их применений, таких как средства доставки лекарств , поверхностно-активные вещества , фильтрация воды , реологии и т. Д. модификаторы [ 12 ] Это их уникальная структура по сравнению с другими сополимерами, такими как чередующиеся, периодические, статистические и блок-сополимеры.

Некоторые распространенные применения привитых сополимеров включают:

Ударопрочный полистирол (HIPS) состоит из полистироловой основной цепи с полибутадиеновыми цепями, отходящими от нее в каждом направлении.

Ударопрочный полистирол

[ редактировать ]
Коробка для компакт-диска изготовлена ​​из полистирола общего назначения (GPPS) и ударопрочного полистирола в черной части (HIPS).

Ударопрочный полистирол (HIPS) был открыт Чарльзом Ф. Фрайлингом в 1961 году. [ 19 ] HIPS — это недорогой пластиковый материал, который легко изготовить и который часто используется в конструкциях с низкой прочностью, когда требуется ударопрочность, обрабатываемость и низкая стоимость. Его основные области применения включают механически обработанные прототипы, низкопрочные конструктивные элементы, корпуса и крышки. [ 20 ] Для получения привитого полимера полибутадиен ( каучук ) или любой подобный эластомерный полимер растворяют в стироле и полимеризуют. Эта реакция позволяет одновременно проводить две полимеризации: стирола в полистирол и привитую полимеризацию стирольного каучука. [ 19 ] При коммерческом использовании его можно получить путем привитой сополимеризации с дополнительным полимером для придания продукту специфических характеристик. К преимуществам HIPS относятся: [ 20 ]

  • Соответствует FDA
  • Хорошая ударопрочность
  • Отличная обрабатываемость
  • Хорошая стабильность размеров
  • Легко красить и клеить
  • Бюджетный
  • Отличные эстетические качества

Новые свойства в результате прививки

[ редактировать ]

Прививая полимеры на основные цепи полимера, конечные привитые сополимеры приобретают новые свойства от своих исходных полимеров. В частности, привитые сополимеры целлюлозы имеют различные применения, которые зависят от структуры полимера, привитого на целлюлозу. [ 21 ] Некоторые из новых свойств, которые целлюлоза приобретает за счет привитых к ней различных мономеров, включают:

Эти свойства открывают новые возможности применения непривитых целлюлозных полимеров, в том числе:

  • Медицинские материалы, абсорбирующие жидкости организма [ 26 ]
  • Повышенная способность тканей впитывать влагу. [ 27 ]
  • Селективные мембраны [ 28 ]
  • Более сильные зародышеобразующие свойства, чем у непривитой целлюлозы, и адсорбция опасных примесей, таких как ионы тяжелых металлов или красители, из водных растворов за счет адсорбции при колебаниях температуры. [ 23 ]
  • Датчики и оптические материалы [ 29 ]
  • Восстановители различных карбонильных соединений. [ 30 ]
  1. ^ Фэн, Чун; Ли, Юнджун; Ян, Донг; Ху, Цзяньхуа; Чжан, Сяохуань; Хуан, Сяоюй (2011). «Четко определенные привитые сополимеры: от контролируемого синтеза до многоцелевого применения». Обзоры химического общества . 40 (3): 1282–95. дои : 10.1039/b921358a . ПМИД   21107479 .
  2. ^ Матияшевский, Кшиштоф. «Привитые сополимеры» . Проверено 14 марта 2014 г.
  3. ^ Пирс, Эли М. (май 1987 г.). «Новые коммерческие полимеры 2, Ханс-Джордж Элиас и Фридрих Вохвинкель, Гордон и Брич, Нью-Йорк, 1986, 508 стр. Цена: 90 долларов». Журнал науки о полимерах, часть C: Буквы о полимерах . 25 (5): 233–234. дои : 10.1002/pol.1987.140250509 .
  4. ^ др.], Фолькер Абец... [и др. (2005). Энциклопедия полимерной науки и техники (Обновленная ред.). [Хобокен, Нью-Джерси]: Wiley Interscience. ISBN  9780471440260 .
  5. ^ Хегази, Эль-Сайед А.; Дессуки, Ахмед М.; Эль-Сави, Наим М.; Абд Эль-Гаффар, Махмуд А. (февраль 1993 г.). «Радиационно-индуцированная прививка акриловой кислоты на фторированные полимеры. II. Привитые комплексы сополимер-металл, полученные радиационной прививкой на сополимер поли(тетрафторэтилен-этилен)». Журнал науки о полимерах. Часть A: Химия полимеров . 31 (2): 527–533. Бибкод : 1993JPoSA..31..527H . дои : 10.1002/pola.1993.080310225 .
  6. ^ Грутке, Стефан; Херли, Джеймс Х.; Риссе, Вильгельм (август 1994 г.). «Макромономеры поли(фениленоксида) для синтеза привитых сополимеров посредством метатезисной полимеризации олефинов с раскрытием цикла». Макромолекулярная химия и физика . 195 (8): 2875–2885. дои : 10.1002/macp.1994.021950817 .
  7. ^ Айзенбах, Клаус Д.; Хайнеманн, Т. (июль 1995 г.). «Синтез и характеристика привитых сополимеров с молекулярно однородными боковыми цепями на основе уретана со специальными структурными элементами». Макромолекулы . 28 (14): 4815–4821. Бибкод : 1995МаМол..28.4815E . дои : 10.1021/ma00118a006 .
  8. ^ Ямасита, К.; Ито, К.; Цубои, Х.; Такахама, С.; Цуда, К.; Оцу, Т. (5 ноября 1990 г.). «Привитая сополимеризация методом инифертера; структурный анализ привитого сополимера по температуре стеклования». Журнал прикладной науки о полимерах . 40 (910): 1445–1452. дои : 10.1002/app.1990.070400903 .
  9. ^ Jump up to: а б Хаджихристидис Н., С. Писпас, Х. Ятру и DJ Лозе. «Привитые сополимеры». Привитые сополимеры. John Wiley and Sons Inc., 15 июля 2002 г. Интернет. 14 февраля 2014 г.
  10. ^ Jump up to: а б с Матияшевский, Кшиштоф. «Привитые сополимеры» . Карнеги-Меллон . Проверено 14 февраля 2014 г.
  11. ^ Ито, Коичи; Хироюки Цучида; Акио Хаяси; Тошиаки Китано (1985). «Реакционная способность макромономеров поли(этиленоксида) в радикальной сополимеризации» . Полимерный журнал . 17 (7): 827–839. дои : 10.1295/polymj.17.827 .
  12. ^ Гупта, Шришти; Сингх, Памми; Могадас, Бабак; Грим, Брэдли Дж.; Кодибагкар, Викрам Д.; Грин, Мэтью Д. (08 мая 2020 г.). «Синтез ПЭГ и силиконовых сополимеров с привитым четвертичным аммонием в качестве наноэмульгаторов» . Прикладные полимерные материалы ACS . 2 (5): 1856–1864. дои : 10.1021/acsapm.0c00103 . S2CID   216443242 .
  13. ^ Нагасе, Ю; Нарусэ, Акира; Мацуи, Киёхиде (январь 1990 г.). «Химическая модификация полисульфона: 2. Газо- и жидкостная проницаемость мембран из привитого сополимера полисульфона и полидиметилсилоксана». Полимер . 31 (1): 121–125. дои : 10.1016/0032-3861(90)90361-2 .
  14. ^ Дуале, Абдулкадир Дж.; Штайнер, Кэрол А. (январь 1991 г.). «Объемные и микроскопические свойства гидрогелей с мостиками поверхностно-активных веществ, изготовленных из амфифильного привитого сополимера». Макромолекулы . 24 (1): 112–116. Бибкод : 1991МаМол..24..112Д . дои : 10.1021/ma00001a018 .
  15. ^ МУРАМАТСУ, Нобухиро; ЁСИДА, Ясуси; КОНДО, Тамоцу (1990). «Возможное применение привитого сополимера полиамина для адресной доставки лекарств» . Химический и фармацевтический вестник . 38 (11): 3175–3176. дои : 10.1248/cpb.38.3175 . ПМИД   2085903 .
  16. ^ Айзенбах, Клаус Д.; Хайнеманн, Торстен (август 1995 г.). «Термопластичные привитые сополимерные эластомеры со складчатыми или раздвоенными боковыми цепями». Макромолекулярная химия и физика . 196 (8): 2669–2686. дои : 10.1002/macp.1995.021960818 .
  17. ^ Сёк, Данута; Качмарчик, Божена (июнь 1997 г.). «Исследование добавок совместимости привитых сополимеров для смесей полиэтилена и жидкокристаллического полиэфира: 1. ИК-Фурье исследование». Полимер . 38 (12): 2925–2931. дои : 10.1016/S0032-3861(96)00813-0 .
  18. ^ Гупта, Шришти; Сингх, Памми; Могадас, Бабак; Грим, Брэдли Дж.; Кодибагкар, Викрам Д.; Грин, Мэтью Д. (08 мая 2020 г.). «Синтез ПЭГ и силиконовых сополимеров с привитым четвертичным аммонием в качестве наноэмульгаторов» . Прикладные полимерные материалы ACS . 2 (5): 1856–1864. дои : 10.1021/acsapm.0c00103 . S2CID   216443242 .
  19. ^ Jump up to: а б Фрайлинг, Чарльз. «Ударопрочный полистирол» . Патент . Копперс Ко Инк . Проверено 14 февраля 2014 г.
  20. ^ Jump up to: а б Пластикс Интернэшнл. «(HIPS) Ударопрочный полистирол» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 февраля 2014 года . Проверено 14 февраля 2014 г.
  21. ^ Калия, Сушил; Сабаа, М.В., ред. (2013). Привитые сополимеры на основе полисахаридов (изд. 1, 2013 г.). Гейдельберг: Спрингер. ISBN  9783642365652 .
  22. ^ Вали, А.; Абдель-Мохди, ФА; Али, А.С.; Хебейш, А. (27 июня 1998 г.). «Синтез и характеристика целлюлозного ионообменника. II. Экспериментальный масштаб и использование для удаления красителей тяжелых металлов». Журнал прикладной науки о полимерах . 68 (13): 2151–2157. doi : 10.1002/(SICI)1097-4628(19980627)68:13<2151::AID-APP11>3.0.CO;2-2 .
  23. ^ Jump up to: а б Се, Цзянбин; Се, Ю-Ло (25 июля 2003 г.). «Термочувствительные поли(н-изопропилакриламидные) гидрогели, прикрепленные к целлюлозным носителям». Журнал прикладной науки о полимерах . 89 (4): 999–1006. дои : 10.1002/app.12206 .
  24. ^ Ван, Дэцянь; Тан, Джунджун; Кан, Хунлян; Ма, Лин; Цзинь, Синь; Лю, Жуйган; Хуан, Юн (февраль 2011 г.). «Синтез, самосборка и поведение высвобождения лекарств pH-чувствительных сополимеров этилцеллюлозы-привитого PDEAEMA через ATRP». Углеводные полимеры . 84 (1): 195–202. дои : 10.1016/j.carbpol.2010.11.023 .
  25. ^ Ли, Санг Бом; Копсел, Ричард Р.; Морли, Скотт В.; Матияшевский, Кшиштоф; Сунь, Юцзе; Рассел, Алан Дж. (май 2004 г.). «Постоянные, невыщелачивающиеся антибактериальные поверхности. 1. Синтез радикальной полимеризацией с переносом атома». Биомакромолекулы . 5 (3): 877–882. дои : 10.1021/bm034352k . ПМИД   15132676 .
  26. ^ Толедано-Томпсон, Т.; Лория-Бастаррачеа, Мичиган; Агилар-Вега, MJ (октябрь 2005 г.). «Характеристика целлюлозных микроволокон хенекен, обработанных эпоксидом и привитых поли(акриловой кислотой)». Углеводные полимеры . 62 (1): 67–73. дои : 10.1016/j.carbpol.2005.06.024 .
  27. ^ Мондал, Мэриленд. Ибрагим Х.; Ураки, Ясумицу; Убуката, Макото; Итояма, Коки (18 марта 2008 г.). «Привитая полимеризация виниловых мономеров на хлопковые волокна, предварительно обработанные аминами». Целлюлоза . 15 (4): 581–592. дои : 10.1007/s10570-008-9210-z . S2CID   94521304 .
  28. ^ Нисиока, Нобору; Ватасэ, Кейджи; Аримура, Кейджи; Косаи, Коити; Уно, Масакуни (декабрь 1984 г.). «Проницаемость через целлюлозные мембраны с привитыми виниловыми мономерами в гомогенной системе I. Диффузная проницаемость через целлюлозные мембраны с привитыми акрилонитрилом» . Полимерный журнал . 16 (12): 867–875. дои : 10.1295/polymj.16.867 .
  29. ^ Тан, Синдэ; Гао, Лунчэн; Фань, Синхэ; Чжоу, Цифэн (1 мая 2007 г.). «Контролируемая прививка этилцеллюлозы азобензолсодержащими полиметакрилатами путем радикальной полимеризации с переносом атома». Журнал науки о полимерах. Часть A: Химия полимеров . 45 (9): 1653–1660. Бибкод : 2007JPoSA..45.1653T . дои : 10.1002/pola.21932 .
  30. ^ Диман, Пунам К.; Каур, Индерджит; Махаджан, РК (5 апреля 2008 г.). «Синтез полимерного носителя с привитой целлюлозой и его применение для восстановления некоторых карбонильных соединений». Журнал прикладной науки о полимерах . 108 (1): 99–111. дои : 10.1002/app.27423 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7da10ea6d8642c404146965c655d3551__1720158480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7d/51/7da10ea6d8642c404146965c655d3551.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Graft polymer - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)