Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с ударопрочного полистирола )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Определения ИЮПАК
макромолекула прививки : макромолекула с одним или несколькими видами блоков, соединенных
с основной цепью в качестве боковых цепей, причем эти боковые цепи имеют структурные или конфигурационные
особенности, которые отличаются от таковых в основной цепи.


гребенчатая макромолекула : макромолекула, содержащая основную цепь с множеством
трехфункциональных точек разветвления, из каждой из которых исходит линейная боковая цепь.

Ноты

1. Если субцепи между точками разветвления основной цепи и концевыми
субцепями основной цепи идентичны по строению и степени
полимеризации, а боковые цепи идентичны по строению
и степени полимеризации, макромолекула является называется «
макромолекула регулярной гребенки».

2. Если по крайней мере некоторые из точек ветвления имеют функциональность более трех,
макромолекулу можно назвать «щеточной макромолекулой».


Привитые полимеры представляют собой сегментированные сополимеры с линейной основной цепью одного композита и случайно распределенными ветвями другого композита. Изображение, обозначенное «привитой полимер», показывает, 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 в течение многих десятилетий и особенно используются в качестве ударопрочных материалов, термопластичных эластомеров, добавок для совместимости или эмульгаторов для приготовления стабильных смесей или сплавов. Одним из наиболее известных примеров привитого полимера является ударопрочный полистирол, который состоит из основной цепи полистирола с привитыми цепями из полибутадиена.

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

Общие свойства [ править ]

Привитые сополимеры представляют собой разветвленный сополимер, в котором компоненты боковой цепи структурно отличаются от компонентов основной цепи. Привитые сополимеры, содержащие большее количество боковых цепей, обладают червеобразной конформацией, компактными молекулярными размерами и заметными концевыми эффектами цепи из-за их ограниченных и плотно прилегающих структур. [1] Приготовление привитых сополимеров существует уже несколько десятилетий. Все методы синтеза могут быть использованы для создания общих физических свойств привитых сополимеров. Их можно использовать для материалов, которые являются ударопрочными, и часто используются в качестве термопластических эластомеров, агентов совместимости или эмульгаторов для приготовления стабильных смесей или сплавов. [2]Как правило, методы прививки для синтеза сополимеров приводят к более термостабильным материалам, чем их гомополимерные аналоги. [3] Существует три метода синтеза, прививки, прививки и сквозной прививки, которые используются для создания привитого полимера. [4]

Методы синтеза [ править ]

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 живущая полимеризация. Некоторые другие менее распространенные способы полимеризации включают полимеризацию, индуцированную излучением, [5] полимеризацию метатезиса олефинов с раскрытием цикла, [6] реакции поликонденсации [7] и полимеризацию, индуцированную иницифертером. [8]

Показаны три распространенных метода синтеза: прививка (вверху слева), прививка из (в центре справа), прививка через (внизу слева) и их общая схема реакции.

Прививка к [ править ]

Прививка к методу включает использование основной цепи с функциональными группами А, которые случайным образом распределены по цепи. [9] Образование привитого сополимера происходит в результате реакции сочетания между функциональной основной цепью и концевыми группами ответвлений, которые являются реакционноспособными. 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 методы живой полимеризации .

Сополимеры, которые получают методом прививки, часто используют методы анионной полимеризации. В этом методе используется реакция связывания электрофильных групп полимера основной цепи и места распространения анионного живого полимера. Этот метод был бы невозможен без получения полимера основной цепи, который имеет реактивные группы. Этот метод стал более популярным с появлением химии щелчков . Химическая реакция с высоким выходом, называемая химией нитроксильного радикального сочетания с переносом атома, предназначена для метода прививки для полимеризации.

Прививка из [ править ]

В методе прививки макромолекулярный каркас 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 количество активных сайтов вдоль основной цепи участвует в образовании одной ветви, то количество цепей, привитых к макромолекуле, может контролироваться количеством активных сайтов. Даже несмотря на то, что количество привитых цепей можно контролировать, может быть разница в длинах каждой привитой цепи из-за эффектов кинетических и стерических препятствий. [9]

Прививка по реакциям была проведена из полиэтилена , поливинилхлорида и полиизобутилена. В синтезе прививки из сополимеров использовались различные методы, такие как анионная прививка, катионная прививка, радикальная полимеризация с переносом атома и свободнорадикальная полимеризация .

Привитые сополимеры, которые используются в способе прививки, часто синтезируют с помощью реакций ATRP и методов анионной и катионной прививки.

Прививка через [ править ]

Сквозная прививка, также известная как метод макромономеров , является одним из более простых способов синтеза привитого полимера с четко определенными боковыми цепями. [10]Обычно мономер с более низкой молекулярной массой сополимеризуется со свободными радикалами с макромономером, функционализированным акрилатом. Отношение молярных концентраций мономера к макромономеру, а также их поведение при сополимеризации определяют количество привитых цепей. По мере протекания реакции концентрации от мономера 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 на макромолекуле к мономеру. [11] Разница в распределении прививок оказывает значительное влияние на физические свойства привитого сополимера. Полиэтилен, полисилоксаны и поли (этиленоксид) - все макромономеры, включенные в основную цепь полистирола или поли (метилакрилата) .

Метод макромономера (сквозной прививки) можно использовать с использованием любого известного метода полимеризации. Живые полимеризации дают особый контроль над молекулярной массой, молекулярно-массовым распределением и функционализацией концов цепи.

Приложения [ править ]

Привитые сополимеры стали широко изучены в связи с их увеличением числа применений , как в доставки лекарственных средств, поверхностно -активных веществ , фильтрации воды , реологических модификаторов и т.д. [12] Это их уникальные конструкции по сравнению с другими сополимерами , такими как переменного, периодический, статистический, и блок сополимеры.

Некоторые общие применения привитых сополимеров включают:

  • Мембраны для разделения газов или жидкостей [13]
  • Гидрогели [14]
  • Поставщики наркотиков [15]
  • Термопластические эластомеры [16]
  • Компатибилизаторы для смесей полимеров [17]
  • Полимерные эмульгаторы [18]
  • Ударопрочный пластик
Ударный полистирол (HIPS) состоит из основной цепи полистирола с цепями полибутадиена, отходящими от нее в каждом направлении.

Ударопрочный полистирол [ править ]

Чехол для компакт-диска из полистирола общего назначения (GPPS) и ударопрочного полистирола в черной части (HIPS)

Ударопрочный полистирол (HIPS) был открыт Чарльзом Фрайлингом в 1961 году. [19] HIPS - это дешевый пластиковый материал, который легко изготовить и часто используется в конструкциях с низкой прочностью, когда ударопрочность, обрабатываемость и низкая стоимость являются требуется. Его основные области применения включают механически обработанные прототипы, малопрочные конструктивные элементы, корпуса и крышки. [20] Для получения привитого полимера полибутадиен ( каучук ) или любой аналогичный эластомерный полимер растворяют в стироле и полимеризуют. Эта реакция позволяет проводить две одновременные полимеризации: полимеризацию стирола в полистирол и полимеризацию прививки стирола с каучуком. [19]При коммерческом использовании его можно получить путем привитой сополимеризации с дополнительным полимером для придания продукту определенных характеристик. Преимущества HIPS включают: [20]

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

Новые свойства в результате прививки [ править ]

Путем прививки полимеров на полимерные основы конечные привитые сополимеры приобретают новые свойства по сравнению с исходными полимерами. В частности, привитые сополимеры целлюлозы имеют различные применения, которые зависят от структуры полимера, привитого на целлюлозу. [21] Некоторые из новых свойств, которые целлюлоза приобретает от различных мономеров, привитых к ней, включают:

  • Поглощение воды
  • Повышенная эластичность
  • Гидрофильный / гидрофобный характер
  • Ионный обмен
  • Возможности адсорбции красителя [22]
  • Термостойкость
  • Термочувствительность [23]
  • чувствительность к pH [24]
  • Антибактериальный эффект [25]

Эти свойства дают новое применение непривитым полимерам целлюлозы, которые включают:

  • Медицинские абсорбирующие жидкости тела [26]
  • Повышенная влагопоглощающая способность тканей [27]
  • Селективные мембраны [28]
  • Более сильные зародышеобразователи, чем у непривитой целлюлозы, и адсорбция опасных загрязнителей, таких как ионы тяжелых металлов или красители, из водных растворов за счет адсорбции с колебаниями температуры [23]
  • Датчики и оптические материалы [29]
  • Восстановители для различных карбонильных соединений [30]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Фэн, Чун; Ли, Юнцзюнь; 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. DOI : 10.1039 / b921358a . PMID  21107479 .
  2. ^ Matyjaszewski, Кшиштоф. «Привитые сополимеры» . Проверено 14 марта 2014 года .
  3. ↑ Пирс, Эли М. (май 1987 г.). «Новые коммерческие полимеры 2, Ганс-Джордж Элиас и Фридрих Фохвинкель, Гордон и Брич, Нью-Йорк, 1986, 508 стр. Цена: 90,00 долларов». Журнал науки о полимерах, часть C: полимерные буквы . 25 (5): 233–234. DOI : 10.1002 / pol.1987.140250509 .
  4. ^ др.], Фолькер Абец ... [и др. (2005). Энциклопедия полимерной науки и техники (Wird aktualisiert. Ed.). [Хобокен, Нью-Джерси]: Wiley-Interscience. ISBN 9780471440260.
  5. ^ Hegazy, Эль-Сайед A .; Дессуки, Ахмед М .; Эль-Сави, Наим М .; Абд Эль-Гаффар, Махмуд А. (февраль 1993 г.). «Радиационно-индуцированная привитая полимеризация акриловой кислоты на фторированных полимерах. II. Комплексы привитой сополимер-металл, полученные радиационной прививкой на сополимер поли (тетрафторэтилен-этилен)». Журнал науки о полимерах. Часть A: химия полимеров . 31 (2): 527–533. Bibcode : 1993JPoSA..31..527H . DOI : 10.1002 / pola.1993.080310225 .
  6. ^ Грутке, Стефан; Херли, Джеймс Х .; Рисе, Вильгельм (август 1994). «Макромономеры поли (фениленоксида) для синтеза привитого сополимера посредством метатезисной полимеризации олефинов с раскрытием цикла». Макромолекулярная химия и физика . 195 (8): 2875–2885. DOI : 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. Bibcode : 1995MaMol..28.4815E . DOI : 10.1021 / ma00118a006 .
  8. ^ Ямасита, К .; Ито, К .; Tsuboi, H .; Takahama, S .; 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. DOI : 10.1002 / app.1990.070400903 .
  9. ^ a b Hadjichristidis, N., S. Pispas, H. Iatrou и DJ Lohse. «Привитые сополимеры». Привитые сополимеры. John Wiley and Sons Inc., 15 июля 2002 г. Интернет. 14 февраля 2014 г.
  10. ^ a b c Матияшевский, Кшиштоф. «Привитые сополимеры» . Карнеги-Меллон . Проверено 14 февраля 2014 года .
  11. ^ Ито, Коичи; Хироюки Цучида; Акио Хаяси; Тошиаки Китано (1985). «Реакционная способность поли (этиленоксида) макромономеров в радикальной сополимеризации» . Полимерный журнал . 17 (7): 827–839. DOI : 10,1295 / polymj.17.827 .
  12. ^ Гупта, Сришти; Сингх, Памми; Могхадас, Бабак; Мрачный, Брэдли Дж .; Кодибагкар, Викрам Д .; Грин, Мэтью Д. (2020-05-08). «Синтез сополимеров силикона, привитых ПЭГ и четвертичным аммонием, в качестве наноэмульгаторов» . Прикладные полимерные материалы ACS . 2 (5): 1856–1864. DOI : 10.1021 / acsapm.0c00103 .
  13. ^ Нагасе, Ю; Нарусэ, Акира; Мацуи, Киёидэ (январь 1990 г.). «Химическая модификация полисульфона: 2. Газо- и жидкостная проницаемость мембран привитого сополимера полисульфон / полидиметилсилоксан». Полимер . 31 (1): 121–125. DOI : 10.1016 / 0032-3861 (90) 90361-2 .
  14. ^ Дуале, Абдулкадир Дж .; Штайнер, Кэрол А. (январь 1991 г.). «Объемные и микроскопические свойства гидрогелей с поверхностно-активным мостиком, изготовленных из амфифильного привитого сополимера». Макромолекулы . 24 (1): 112–116. Bibcode : 1991MaMol..24..112D . DOI : 10.1021 / ma00001a018 .
  15. ^ МУРАМАЦУ, Нобухиро; ЁСИДА, Ясуши; КОНДО, Тамоцу (1990). «Возможное применение привитого сополимера полиамина для нацеленной доставки лекарств» . Химико-фармацевтический бюллетень . 38 (11): 3175–3176. DOI : 10,1248 / cpb.38.3175 .
  16. ^ Айзенбах, Клаус Д .; Хайнеманн, Торстен (август 1995 г.). «Термопластичные эластомеры привитого сополимера со складывающимися цепями или раздвоенными боковыми цепями». Макромолекулярная химия и физика . 196 (8): 2669–2686. DOI : 10.1002 / macp.1995.021960818 .
  17. ^ Сек, Данута; Качмарчик, Божена (июнь 1997 г.). «Исследования компатибилизаторов привитых сополимеров для смесей полиэтилена и жидкокристаллического полиэфира: 1. Исследование FT ir». Полимер . 38 (12): 2925–2931. DOI : 10.1016 / S0032-3861 (96) 00813-0 .
  18. ^ Гупта, Сришти; Сингх, Памми; Могхадас, Бабак; Мрачный, Брэдли Дж .; Кодибагкар, Викрам Д .; Грин, Мэтью Д. (2020-05-08). «Синтез сополимеров силикона, привитых ПЭГ и четвертичным аммонием, в качестве наноэмульгаторов» . Прикладные полимерные материалы ACS . 2 (5): 1856–1864. DOI : 10.1021 / acsapm.0c00103 .
  19. ^ a b Фрайлинг, Чарльз. «Полистирол ударопрочный» . Патент . Копперс Co Inc . Проверено 14 февраля 2014 года .
  20. ^ a b Plastics International. "(HIPS) Полистирол ударопрочный" (PDF) . Проверено 14 февраля 2014 года .
  21. ^ редакторы, Susheel Kalia, MW Sabaa (2013). Привитые сополимеры на основе полисахаридов (1., 2013 ред.). Гейдельберг: Springer. ISBN 9783642365652.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  22. ^ Waly, A .; Абдель-Мохди, ФА; Али, А.С.; Хебейш, А. (27 июня 1998 г.). «Синтез и характеристика целлюлозного ионообменника. II. Опытный масштаб и использование в удалении красителей и 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. ^ а б Се, Цзянбин; Се, Ю-Ло (25 июля 2003 г.). «Термочувствительные поли (н-изопропилакриламид) гидрогели, нанесенные на целлюлозные основы». Журнал прикладной науки о полимерах . 89 (4): 999–1006. DOI : 10.1002 / app.12206 .
  24. ^ Ван, Дэцянь; Тан, Джунджун; Канг, Хунлян; Ма, Линь; Цзинь, Синь; Лю, Жуйган; Хуанг, Юн (февраль 2011 г.). «Синтез, самосборка и высвобождение лекарственного средства поведения pH-чувствительных сополимеров этилцеллюлозы-прививки-PDEAEMA через ATRP». Углеводные полимеры . 84 (1): 195–202. DOI : 10.1016 / j.carbpol.2010.11.023 .
  25. ^ Ли, Санг Бом; Koepsel, Ричард Р .; Морли, Скотт У .; Матияшевский, Кшиштоф; Солнце, Юджи; Рассел, Алан Дж. (Май 2004 г.). «Постоянные, не выщелачивающие антибактериальные поверхности. 1. Синтез радикальной полимеризацией с переносом атома». Биомакромолекулы . 5 (3): 877–882. DOI : 10.1021 / bm034352k . PMID 15132676 . 
  26. ^ Толедано-Томпсон, Т .; Loría-Bastarrachea, MI; Агилар-Вега, MJ (октябрь 2005 г.). «Характеристика микроволокон целлюлозы henequen, обработанных эпоксидом и привитых поли (акриловой кислотой)». Углеводные полимеры . 62 (1): 67–73. DOI : 10.1016 / j.carbpol.2005.06.024 .
  27. ^ Мондаль, штат Мэриленд Ибрагим Х .; Ураки, Ясумицу; Убуката, Макото; Итояма, Коки (18 марта 2008 г.). «Прививочная полимеризация виниловых мономеров на хлопковых волокнах, предварительно обработанных аминами». Целлюлоза . 15 (4): 581–592. DOI : 10.1007 / s10570-008-9210-Z .
  28. ^ Нисиока, Нобору; Ватасэ, Кейджи; Аримура, Кейджи; Косай, Коити; Уно, Масакуни (декабрь 1984 г.). «Проницаемость через целлюлозные мембраны, привитые виниловыми мономерами в гомогенной системе I. Диффузионная проницаемость через привитые акрилонитрилом целлюлозные мембраны» . Полимерный журнал . 16 (12): 867–875. DOI : 10,1295 / polymj.16.867 .
  29. ^ Тан, Синдэ; Гао, Лунчэн; Фань, Синхэ; Чжоу, Цифэн (1 мая 2007 г.). «Контролируемая прививка этилцеллюлозы с азобензолсодержащими полиметакрилатами посредством радикальной полимеризации с переносом атома». Журнал науки о полимерах. Часть A: химия полимеров . 45 (9): 1653–1660. Bibcode : 2007JPoSA..45.1653T . DOI : 10.1002 / pola.21932 .
  30. ^ Дхиман, 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. DOI : 10.1002 / app.27423 .