Polymère greffé - Graft polymer
à la chaîne principale en tant que chaînes latérales, ces chaînes latérales ayant des
caractéristiques constitutionnelles ou configurationnelles qui diffèrent de celles de la chaîne principale.
macromolécule en peigne : macromolécule comprenant une chaîne principale avec de multiples
points de ramification trifonctionnels de chacun desquels une chaîne latérale linéaire émane.
Remarques
1. Si les sous-chaînes entre les points de ramification de la chaîne principale et les sous-
chaînes terminales de la chaîne principale sont identiques en ce qui concerne la constitution et le degré
de polymérisation, et les chaînes latérales sont identiques en ce qui concerne la constitution
et le degré de polymérisation, la macromolécule est appelée «
macromolécule en peigne régulier ».
macromolécule peut être appelée «macromolécule en brosse».
Les polymères greffés sont des copolymères segmentés avec un squelette linéaire d'un composite et des branches distribuées de manière aléatoire d'un autre composite. L'image étiquetée "polymère greffé" montre comment les chaînes greffées de l'espèce B sont liées de manière covalente à l'espèce polymère A. Bien que les chaînes latérales soient structurellement distinctes de la chaîne principale, les chaînes greffées individuelles peuvent être des homopolymères ou des copolymères. Les polymères greffés sont synthétisés depuis de nombreuses décennies et sont notamment utilisés comme matériaux résistants aux chocs, élastomères thermoplastiques, compatibilisants ou émulsifiants pour la préparation de mélanges ou d'alliages stables. Un des exemples les plus connus de polymère greffé est le polystyrène choc, qui consiste en un squelette en polystyrène avec des chaînes greffées en polybutadiène.
Les propriétés générales
Les copolymères greffés sont un copolymère ramifié où les composants de la chaîne latérale sont structurellement différents de celui de la chaîne principale. Les copolymères greffés contenant une plus grande quantité de chaînes latérales sont capables d'une conformation semblable à un ver, d'une dimension moléculaire compacte et d'effets de fin de chaîne notables en raison de leurs structures confinées et ajustées. La préparation de copolymères greffés existe depuis des décennies. Tous les procédés de synthèse peuvent être utilisés pour créer des propriétés physiques générales des copolymères greffés. Ils peuvent être utilisés pour des matériaux résistants aux chocs, et sont souvent utilisés comme élastomères thermoplastiques, compatibilisants ou émulsifiants pour la préparation de mélanges ou d'alliages stables. Généralement, les méthodes de greffage pour la synthèse de copolymères aboutissent à des matériaux qui sont plus thermostables que leurs homologues homopolymères. Il existe trois méthodes de synthèse, de greffage, de greffage et de greffage, qui sont utilisées pour construire un polymère greffé.
Méthodes de synthèse
Il existe de nombreuses approches différentes pour synthétiser des copolymères greffés. Habituellement, ils utilisent des techniques de polymérisation familières qui sont couramment utilisées telles que la polymérisation radicalaire par transfert d'atome (ATRP), la polymérisation par métathèse par ouverture de cycle (ROMP), les polymérisations anioniques et cationiques et la polymérisation vivante radicalaire. Une autre polymérisation moins courante comprend la polymérisation induite par rayonnement, la polymérisation par métathèse d'oléfine par ouverture de cycle, les réactions de polycondensation et la polymérisation induite par l'iniferter.
Greffage à
Le procédé de greffage à la méthode implique l'utilisation d'une chaîne principale avec des groupes fonctionnels A répartis aléatoirement le long de la chaîne. La formation du copolymère greffé provient de la réaction de couplage entre le squelette fonctionnel et les groupements terminaux des ramifications réactives. Ces réactions de couplage sont rendues possibles en modifiant chimiquement le squelette. Des mécanismes communs de réaction utilisées pour la synthèse de ces copolymères comprennent franco polymérisation radicalaire , la polymérisation anionique , par transfert d' atome-polymérisation radicalaire , et la polymérisation vivante techniques.
Les copolymères qui sont préparés avec le procédé de greffage utilisent souvent des techniques de polymérisation anionique. Ce procédé utilise une réaction de couplage des groupes électrophiles du polymère de squelette et du site de propagation d'un polymère vivant anionique. Ce procédé ne serait pas possible sans la génération d'un polymère de squelette qui a des groupes réactifs. Cette méthode est devenue plus populaire avec l'essor de la chimie des clics . Une réaction chimique à haut rendement appelée chimie de couplage radicalaire de nitroxyde de transfert d'atome est pour la méthode de greffage pour la polymérisation.
Greffage de
Dans le procédé de greffage à partir, le squelette macromoléculaire est modifié chimiquement afin d'introduire des sites actifs capables d'initier la fonctionnalité. Les sites initiateurs peuvent être incorporés par copolymérisation , peuvent être incorporés dans une réaction de post-polymérisation, ou peuvent déjà faire partie du polymère. Si le nombre de sites actifs le long du squelette participe à la formation d'une branche, alors le nombre de chaînes greffées à la macromolécule peut être contrôlé par le nombre de sites actifs. Même si le nombre de chaînes greffées peut être contrôlé, il peut y avoir une différence dans les longueurs de chaque chaîne greffée en raison des effets d'encombrement cinétique et stérique.
Le greffage à partir de réactions a été réalisé à partir de polyéthylène , de polychlorure de vinyle et de polyisobutylène. Différentes techniques telles que le greffage anionique, le greffage cationique, la polymérisation radicalaire par transfert d'atome et la polymérisation radicalaire ont été utilisées dans la synthèse du greffage à partir de copolymères.
Les copolymères greffés qui sont employés avec le procédé de greffage à partir de sont souvent synthétisés avec des réactions ATRP et des techniques de greffage anionique et cationique.
Greffage à travers
Le greffage, également connu sous le nom de méthode macromonomère , est l'un des moyens les plus simples de synthétiser un polymère greffé avec des chaînes latérales bien définies. Typiquement, un monomère de poids moléculaire inférieur est copolymérisé avec des radicaux libres avec un macromonomère à fonction acrylate. Le rapport des concentrations molaires monomère sur macromonomère ainsi que leur comportement de copolymérisation détermine le nombre de chaînes greffées. Au fur et à mesure que la réaction progresse, les concentrations de monomère en macromonomère changent, provoquant un placement aléatoire de branches et la formation de copolymères greffés avec un nombre différent de branches. Ce procédé permet d'ajouter des branches de manière hétérogène ou homogène en fonction du rapport de réactivité du groupe fonctionnel terminal sur le macromoléculaire au monomère. La différence de répartition des greffons a des effets importants sur les propriétés physiques du copolymère greffé. Le polyéthylène , les polysiloxanes et le poly (oxyde d'éthylène) sont tous des macromonomères qui ont été incorporés dans un squelette polystyrène ou poly (acrylate de méthyle) .
Le procédé de macromonomère (greffage) peut être utilisé en utilisant toute technique de polymérisation connue. Les polymérisations vivantes donnent un contrôle spécial sur le poids moléculaire, la distribution du poids moléculaire et la fonctionnalisation en bout de chaîne.
Applications
Les copolymères greffés sont devenus largement étudiés en raison de leur nombre accru d'applications comme dans les véhicules d' administration de médicaments , les surfactants , la filtration de l'eau , les modificateurs de rhéologie , etc.
Certaines applications courantes des copolymères greffés comprennent:
- Membranes pour la séparation de gaz ou de liquides
- Hydrogels
- Livreurs de médicaments
- Élastomères thermoplastiques
- Compatibilisants pour les mélanges de polymères
- Émulsifiants polymères
- Plastiques résistants aux chocs
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Polystyrène résistant aux chocs
Le polystyrène à fort impact (HIPS) a été découvert par Charles F. Fryling en 1961. Le HIPS est un matériau plastique à faible coût, facile à fabriquer et souvent utilisé pour des applications structurelles à faible résistance lorsque la résistance aux chocs, l'usinabilité et le faible coût sont nécessaires. Ses principales applications comprennent les prototypes usinés, les composants structurels à faible résistance, les boîtiers et les couvercles. Afin de produire le polymère greffé, du polybutadiène ( caoutchouc ) ou tout polymère élastomère similaire est dissous dans du styrène et polymérisé. Cette réaction permet deux polymérisations simultanées, celle du styrène en polystyrène et celle de la polymérisation par greffage du styrène- caoutchouc. Lors d'une utilisation commerciale, il peut être préparé par copolymérisation par greffage avec un polymère supplémentaire pour donner au produit des caractéristiques spécifiques. Les avantages de HIPS comprennent:
- Conforme à la FDA
- Bonne résistance aux chocs
- Excellente usinabilité
- Bonne stabilité dimensionnelle
- Facile à peindre et à coller
- À bas prix
- Excellentes qualités esthétiques
Nouvelles propriétés à la suite du greffage
En greffant des polymères sur des squelettes polymères, les copolymères greffés finaux acquièrent de nouvelles propriétés de leurs polymères parents. Plus précisément, les copolymères greffés de cellulose ont diverses applications différentes qui dépendent de la structure du polymère greffé sur la cellulose. Certaines des nouvelles propriétés que la cellulose gagne à partir de différents monomères greffés sur celle-ci comprennent:
- Absorption d'eau
- Élasticité améliorée
- Caractère hydrophile / hydrophobe
- Échange d'ion
- Capacités d'adsorption de colorant
- Résistance à la chaleur
- Thermosensibilité
- sensibilité au pH
- Effet antibactérien
Ces propriétés donnent une nouvelle application aux polymères de cellulose non greffés qui comprennent:
- Matériaux absorbant les fluides corporels médicaux
- Capacité d'absorption d'humidité améliorée dans les tissus
- Membranes permselectives
- Propriétés de nucléation plus fortes que la cellulose non greffée et adsorption de contaminants dangereux comme les ions de métaux lourds ou les colorants de solutions aqueuses par adsorption à variation de température
- Capteurs et matériaux optiques
- Agents réducteurs pour divers composés carbonylés