a la cadena principal como cadenas laterales, estas cadenas laterales tienen características constitucionales o configuracionales
que difieren de las de la cadena principal.
macromolécula en peine : Macromolécula que comprende una cadena principal con múltiples
puntos de ramificación trifuncionales de cada uno de los cuales emana una cadena lateral lineal.
Notas
1. Si las subcadenas entre los puntos de ramificación de la cadena principal y las
subcadenas terminales de la cadena principal son idénticas con respecto a la constitución y el grado
de polimerización, y las cadenas laterales son idénticas con respecto a la constitución
y el grado de polimerización, la macromolécula es denominada "
macromolécula de peine regular ".
macromolécula puede denominarse "macromolécula en cepillo".
Los polímeros de injerto son copolímeros segmentados con un esqueleto lineal de un compuesto y ramas distribuidas al azar de otro compuesto. La imagen etiquetada como "polímero de injerto" muestra cómo las cadenas injertadas de la especie B se unen covalentemente a la especie de polímero A. Aunque las cadenas laterales son estructuralmente distintas de la cadena principal, las cadenas injertadas individuales pueden ser homopolímeros o copolímeros. Los polímeros de injerto se han sintetizado durante muchas décadas y se utilizan especialmente como materiales resistentes al impacto, elastómeros termoplásticos, compatibilizadores o emulsionantes para la preparación de mezclas o aleaciones estables. Uno de los ejemplos más conocidos de polímero de injerto es el poliestireno de alto impacto, que consta de un esqueleto de poliestireno con cadenas injertadas de polibutadieno.
Propiedades generales
Los copolímeros de injerto son un copolímero ramificado en el que los componentes de la cadena lateral son estructuralmente diferentes a los de la cadena principal. Los copolímeros de injerto que contienen una mayor cantidad de cadenas laterales son capaces de una conformación similar a un gusano, una dimensión molecular compacta y efectos notables en los extremos de la cadena debido a sus estructuras de ajuste estrecho y confinado. [1] La preparación de copolímeros de injerto existe desde hace décadas. Se pueden emplear todos los métodos de síntesis para crear propiedades físicas generales de copolímeros de injerto. Se pueden usar para materiales que son resistentes a los impactos y, a menudo, se usan como elastómeros termoplásticos, compatibilizadores o emulsionantes para la preparación de mezclas o aleaciones estables. [2] Generalmente, los métodos de injerto para la síntesis de copolímeros dan como resultado materiales que son más termoestables que sus homólogos de homopolímeros. [3] Hay tres métodos de síntesis, injerto, injerto e injerto a través, que se utilizan para construir un polímero de injerto. [4]
Métodos de síntesis
Hay muchos enfoques diferentes para sintetizar copolímeros de injerto. Por lo general, emplean técnicas de polimerización familiares que se usan comúnmente, como la polimerización por radicales por transferencia de átomos (ATRP), la polimerización por metátesis con apertura de anillo (ROMP), las polimerizaciones aniónicas y catiónicas y la polimerización viva por radicales libres. Algunas otras polimerizaciones menos comunes incluyen la polimerización inducida por radiación, [5] polimerización por metátesis de olefinas con apertura de anillo, [6] reacciones de policondensación, [7] y polimerización inducida por iniferter. [8]
Injerto a
El método de injerto implica el uso de una cadena principal con grupos funcionales A que se distribuyen aleatoriamente a lo largo de la cadena. [9] La formación del copolímero de injerto se origina a partir de la reacción de acoplamiento entre el esqueleto funcional y los grupos terminales de las ramas que son reactivas. Estas reacciones de acoplamiento son posibles modificando químicamente el esqueleto. [10] Los mecanismos de reacción comunes utilizados para sintetizar estos copolímeros incluyen polimerización por radicales libres , polimerización aniónica , polimerización por radicales por transferencia de átomos y técnicas de polimerización viva .
Los copolímeros que se preparan con el método de injerto a menudo utilizan técnicas de polimerización aniónica. Este método usa una reacción de acoplamiento de los grupos electrofílicos del polímero de la cadena principal y el sitio de propagación de un polímero vivo aniónico. Este método no sería posible sin la generación de un polímero de cadena principal que tenga grupos reactivos. Este método se ha vuelto más popular con el auge de la química de los clics . Una reacción química de alto rendimiento llamada química de acoplamiento de radicales de nitróxido de transferencia de átomo es para el método de injerto a la polimerización.
Injerto de
En el método de injerto, la estructura macromolecular se modifica químicamente para introducir sitios activos capaces de iniciar la funcionalidad. Los sitios de iniciación se pueden incorporar por copolimerización , se pueden incorporar en una reacción de post-polimerización o ya pueden ser parte del polímero. [10] Si el número de sitios activos a lo largo de la columna vertebral participa en la formación de una rama, entonces el número de cadenas injertadas en la macromolécula puede controlarse mediante el número de sitios activos. Aunque se puede controlar el número de cadenas injertadas, puede haber una diferencia en las longitudes de cada cadena injertada debido a los efectos de impedimento cinético y estérico. [9]
Se han realizado injertos de reacciones a partir de polietileno , cloruro de polivinilo y poliisobutileno. Diferentes técnicas como el injerto aniónico, catiónico injerto, la polimerización radical átomo de transferencia , y polimerización por radicales libres se han utilizado en la síntesis de injerto a partir de copolímeros.
Los copolímeros de injerto que se emplean con el método de injerto se sintetizan a menudo con reacciones ATRP y técnicas de injerto aniónico y catiónico.
Injerto a través
El injerto, también conocido como método de macromonómeros , es una de las formas más sencillas de sintetizar un polímero de injerto con cadenas laterales bien definidas. [10] Normalmente, un monómero de menor peso molecular se copolimeriza con radicales libres con un macromonómero funcionalizado con acrilato. La relación de concentraciones molares de monómero a macromonómero, así como su comportamiento de copolimerización, determina el número de cadenas que se injertan. A medida que avanza la reacción, las concentraciones de monómero a macromonómero cambian provocando la colocación aleatoria de ramificaciones y la formación de copolímeros de injerto con diferente número de ramificaciones. Este método permite añadir ramificaciones de forma heterogénea u homogénea en función de la relación de reactividad del grupo funcional terminal en el macromolecular al monómero. [11] La diferencia en la distribución de los injertos tiene efectos significativos sobre las propiedades físicas del copolímero injertado. Polietileno , polisiloxanos y poli (óxido de etileno) son todos macromonómeros que se han incorporado en una cadena principal de poliestireno o poli (acrilato de metilo) .
El método de macromonómero (injerto a través) se puede emplear usando cualquier técnica de polimerización conocida. Las polimerizaciones vivas dan un control especial sobre el peso molecular, la distribución del peso molecular y la funcionalización del extremo de la cadena.
Aplicaciones
Los copolímeros de injerto se estudiaron ampliamente debido a su mayor número de aplicaciones, como en vehículos de administración de fármacos , tensioactivos , filtración de agua , modificadores de reología , etc. [12] Son sus estructuras únicas en relación con otros copolímeros como alternados, periódicos, estadísticos y de bloque. copolímeros.
Algunas aplicaciones comunes de los copolímeros de injerto incluyen:
- Membranas para la separación de gases o líquidos [13]
- Hidrogeles [14]
- Distribuidores de drogas [15]
- Elastómeros termoplásticos [16]
- Compatibilizadores para mezclas de polímeros [17]
- Emulsionantes poliméricos [18]
- Plásticos resistentes a impactos
Poliestireno de alto impacto
El poliestireno de alto impacto (HIPS) fue descubierto por Charles F. Fryling en 1961. [19] HIPS es un material plástico de bajo costo que es fácil de fabricar y se usa a menudo para aplicaciones estructurales de baja resistencia cuando la resistencia al impacto, la maquinabilidad y el bajo costo son requerido. Sus principales aplicaciones incluyen prototipos mecanizados, componentes estructurales de baja resistencia, carcasas y cubiertas. [20] Para producir el polímero de injerto, se disuelve polibutadieno ( caucho ) o cualquier polímero elastomérico similar en estireno y se polimeriza. Esta reacción permite dos polimerizaciones simultáneas, la de estireno a poliestireno y la polimerización por injerto de estireno- caucho. [19] Durante el uso comercial, se puede preparar mediante copolimerización de injerto con polímero adicional para dar al producto características específicas. Las ventajas de HIPS incluyen: [20]
- Cumple con la FDA
- Buena resistencia al impacto
- Excelente maquinabilidad
- Buena estabilidad dimensional
- Fácil de pintar y pegar.
- Bajo costo
- Excelentes cualidades estéticas
Nuevas propiedades como resultado del injerto.
Al injertar polímeros en cadenas principales de polímeros, los copolímeros injertados finales obtienen nuevas propiedades de sus polímeros originales. Específicamente, los copolímeros de injerto de celulosa tienen varias aplicaciones diferentes que dependen de la estructura del polímero injertado sobre la celulosa. [21] Algunas de las nuevas propiedades que la celulosa obtiene de diferentes monómeros injertados en ella incluyen:
- Absorción de agua
- Elasticidad mejorada
- Carácter hidrofílico / hidrofóbico
- Intercambio iónico
- Capacidades de adsorción de colorantes [22]
- Resistencia al calor
- Termosensibilidad [23]
- Sensibilidad al pH [24]
- Efecto antibacteriano [25]
Estas propiedades dan una nueva aplicación a los polímeros de celulosa no injertados que incluyen:
- Materiales absorbentes de fluidos corporales médicos [26]
- Mayor capacidad de absorción de la humedad en los tejidos [27]
- Membranas permselectivas [28]
- Propiedades nucleantes más fuertes que la celulosa no injertada y adsorción de contaminantes peligrosos como iones de metales pesados o tintes de soluciones acuosas mediante adsorción por cambios de temperatura [23]
- Sensores y materiales ópticos [29]
- Agentes reductores para diversos compuestos de carbonilo [30]
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