پلیمرهای پیوندی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

در شیمی پلیمر ، پلیمرهای پیوندی نوعی کوپلیمرهای چند بخشی هستند که زنجیره اصلی آنها شامل یک شاخۀ کامپوزیت خطی و انشعاباتی از کامپوزیت های دیگر با توزیع تصادفی می باشد. تصویر با برچسب "کوپلیمر پیوند" نشان می دهد که چگونه زنجیره های پیوندی گونه B به صورت کووالانسی به گونه پلیمری A متصل می شوند.

اگرچه زنجیره های جانبی از نظر ساختاری از زنجیره اصلی متمایز هستند، هر یک از زنجیره های پیوندی منفرد می تواند هوموپلیمر یا کوپلیمر باشد. چندین دهه است که پلیمرهای پیوندی سنتز می شوند و به ویژه به عنوان مواد مقاوم در برابر ضربه، الاستومر ترموپلاستیک (گرمانرم) ، سازگارکننده، یا امولسیفایر برای تهیه مخلوطی از آلیاژهای پایدار بکار می روند. یک مورد شناخته شده پلیمر پیوندی، پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه است که از یک زنجیره اصلی پلی استایرن با زنجیره های پیوندی پلی بوتادین تشکیل شده است.

کوپلیمر پیوند از یک زنجیره پلیمری اصلی (A) تشکیل شده است که به صورت کووالانسی به یک یا چند زنجیره جانبی (B) پیوند خورده است.

مشخصات کلی[ویرایش]

کوپلیمرهای پیوندی شامل یک کوپلیمر انشعابی هستند که در آن، اجزای زنجیره جانبی، ساختاری متفاوت از زنجیره اصلی دارند. کوپلیمرهای پیوندی که حاوی تعداد بیشتری زنجیره جانبی هستند، به علت ساختار متراکم و در هم پیچیده، قابل شکل دهی کِرم مانند، با ابعاد مولکولی فشرده و خصوصیات قابل توجهی در انتهای زنجیره هستند. [۱]

چندین دهه روی تهیه کوپلیمرهای پیوندی تحقیق شده است. تمام روش های سنتز را می توان برای ایجاد خواص فیزیکی کلی در کوپلیمر پیوندی استفاده کرد. آنها را می توان برای موادی استفاده کرد که در برابر ضربه مقاوم هستند و اغلب از آنها به عنوان الاستومر ترموپلاستیک، سازگار کننده یا امولسیفایر برای تهیه مخلوط پایدار آلیاژها استفاده می شود. [۲] به طور کلی، روش های پیوند برای سنتز کوپلیمر منجر به موادی می شود که نسبت به هوموپلیمرهای خود، در برابر حرارت بیشتر مقاوم هستند [۳] سه روش سنتز وجود دارد (پیوند زدن به، پیوند زدن از، و پیوند زدن از طریقِ) که برای ساختن پلیمر پیوندی استفاده می شوند.

روش های سنتز[ویرایش]

روش های مختلفی برای سنتز کوپلیمرهای پیوندی وجود دارد. معمولاً این روش ها تکنیک های پلیمریزاسیون شناخته شده و معمول را به کار می گیرند، مانند پلیمریزاسیون رادیکال انتقال اتم (ATRP)، پلیمریزاسیون متاثزیس حلقه گُشا (ROMP)، پلیمریزاسیون آنیونی و کاتیونی، و پلیمریزاسیون زنده رادیکال آزاد. برخی انواع پلیمریزاسیون های کمتر رایج، شامل پلیمریزاسیون تشعشعی، [۴] پلیمریزاسیون متاثزیس اُلفین حلقه گُشا، [۵] واکنش های چند تراکمی (polycondensation)، [۶] و پلیمریزاسیون اینفرتری می باشد. [۷]

سه روش متداول سنتز: پیوند به (بالا سمت چپ)، پیوند از (وسط سمت راست)، پیوند از طریق (پایین سمت چپ)، و طرح واکنش تعمیم یافته آنها مشخص شده است.

پیوند زدن به[ویرایش]

روش "پیوند زدن به" شامل استفاده از یک زنجیره اصلی با گروه های عاملی A است که به طور تصادفی در طول زنجیره توزیع شده اند. [۸] تشکیل کوپلیمر پیوندی ناشی از واکنش جفت شدن بین زنجیره اصلی عاملی و گروه های انتهاییِ انشعاباتی است که واکنش پذیرند. واکنش جفت شدن، با دگرگونی شیمیایی زنجیره اصلی امکان پذیر می شود. [۹] مکانیسم های واکنش متداول مورد استفاده برای سنتز این کوپلیمرها شامل پلیمریزاسیون رادیکال آزاد، پلیمریزاسیون آنیونی، پلیمریزاسیون رادیکال انتقال اتم، و روش های پلیمریزاسیون زنده هستند.

کوپلیمرهایی که با روش "پیوند زدن به" تهیه می شوند اغلب از تکنیک پلیمریزاسیون آنیونی استفاده می کنند. در این روش، از واکنش جفت شدن گروه های الکتروفیل زنجیره اصلی و نقطه تکثیر یک پلیمر زنده آنیونی استفاده می شود. این روش بدون ایجاد یک پلیمر زنجیره اصلی دارای گروه های واکنش پذیر، ممکن نیست. این روش با ظهور شیمی کلیکی محبوبیت بیشتری پیدا کرده است. یک واکنش شیمیایی پُربازده موسوم به شیمیِ جفت کردن رادیکال نیتروکسیدِ انتقال اتمی، برای پلیمریزاسیون به روش "پیوند زدن به"، بکار می رود.

پیوند زدن از[ویرایش]

در روش "پیوند زدن از"، زنجیره اصلی ماکرومولکولی از نظر شیمیایی دگرگون می شود تا بتوان نقاط فعال با قابلیت شروع عاملی را ایجاد کرد. نقاط شروع را می توان یا با کوپلیمریزاسیون ایجاد کرد، یا طی یک واکنش مابعد پلیمریزاسیون ایجاد نمود، یا اینکه از همان ابتدا بخشی از پلیمر باشند. [۹]

اگر تعداد نقاط فعالی که در امتداد زنجیره اصلی در تشکیل یک انشعاب شرکت می کنند مشخص باشد، آنگاه تعداد زنجیره های پیوند شده به ماکرومولکول را می توان با تعداد نقاط فعال کنترل کرد. حتی اگر تعداد زنجیره های پیوندی قابل کنترل باشد، ممکن است به دلیل اثر ممانعت جنبشی و مکانی، زنجیره پیوندی طول متفاوتی داشته باشد. [۸]

واکنش های "پیوند زدن از" ، با کمک پلی اتیلن ، پلی وینیل کلراید و پلی ایزوبوتیلن انجام شده است. تکنیک های مختلف مانند پیوند آن یونی، پیوند کاتیونی، پلیمریزاسیون رادیکال انتقال اتم و پلیمریزاسیون رادیکال آزاد در سنتز به روش "پیوند زدن از" کوپلیمرها، استفاده شده است.

کوپلیمرهای پیوندی که در روش "پیوند زدن از"، استفاده می شوند، اغلب با واکنش ATRP و تکنیک های پیوند آنیونی و کاتیونی سنتز می شوند.

پیوند زدن از طریق[ویرایش]

روش "پیوند زدن از طریقِ"، که همچنین به عنوان روش ماکرومونومر شناخته می شود، یکی از روش های ساده تر سنتز پلیمر پیوندی با زنجیره های جانبی کاملاً مشخص است. [۹] معمولاً یک مونومر با وزن مولکولی کمتر، به کمک رادیکال های آزاد با یک ماکرومونومرِ عاملی شدۀ آکریالت ، کوپلیمریزه می شود. نسبت غلظت مولی مونومر به ماکرومونومر و همچنین رفتار کوپلیمریزاسیونی آنها، تعداد زنجیره هایی که پیوند می شوند را تعیین می کند.

همانطور که واکنش ادامه می یابد، نسبت غلظت مونومر به ماکرومونومر تغییر کرده و موجب استقرار تصادفی انشعابات و تشکیل کوپلیمر پیوندی با تعداد مختلف انشعابات می شود. این روش امکان می دهد تا انشعابات به طور ناهمگن یا همگن، بر اساس نرخ واکنش گروه عاملی انتهایی با ماکرومولکول، به مونومر افزوده شوند.[۱۰] تفاوت توزیع پیوندها تأثیر قابل توجهی بر خواص فیزیکی کوپلیمر پیوندی دارد. پلی اتیلن ، پلی سیلوکسان و پلی (اتیلن اکساید) همگی ماکرومونومرهایی هستند که در زنجیره اصلی پلی استایرن یا پلی (متیل آکریالت) ترکیب شده اند.

روش (پیوند زدن از طریق) ماکرومونومر را می توان با استفاده از هر تکنیک پلیمریزاسیون شناخته شده به کار برد. پلیمریزاسیون زنده، امکان کنترل وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی و عاملیت انتهای زنجیره را فراهم می کند.

کاربردها[ویرایش]

کوپلیمرهای پیوندی به دلیل افزایش کاربردها در اموری مانند عوامل دارورسانی، سورفکتانت ها ، تصفیه آب ، اصلاح کننده های رئولوژی، و غیره، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند. [۱۱] این به خاطر ساختار منحصر به فرد آنها نسبت به سایر کوپلیمرها مانند کوپلیمرهای تناوبی، دوره ای، آماری و بلوکی می باشد.

برخی از کاربردهای رایج کوپلیمرهای پیوندی عبارتند از:

پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه (HIPS) شامل زنجیره اصلی پلی استایرن با زنجیره های پلی بوتادین است که از آن در هر جهت منشعب می شوند.

پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه[ویرایش]

جعبه سی دی ساخته شده از پلی استایرن عمومی (GPPS) و پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه در قسمت سیاه (HIPS)

پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه (HIPS) توسط چارلز فرایلینگ در سال 1961 کشف شد. [۱۸] HIPS یک ماده پلاستیکی ارزان با ساخت آسان است و اغلب در کاربرد سازه های کم استحکام، در مواردی که مقاومت در برابر ضربه، قابلیت ماشین کاری و ارزانی مورد نیاز است استفاده می شود. کاربرد اصلی آن شامل تولید پیش نمونۀ ماشینکاری شده، عناصر ساختاری کم استحکام، محفظه ها و پوشش ها می باشد. [۱۹] برای تهیه پلیمر پیوندی، پلی بوتادین ( لاستیک ) یا هر پلیمر الاستومری مشابه را در استایرن حل کرده و پلیمریزه می کنند. این واکنش امکان دو نوع پلیمریزاسیون همزمان را فراهم می کند، پلیمریزاسیون استایرن به پلی استایرن و پلیمریزاسیون پیوندی استایرن- لاستیک. [۱۸] در کاربردهای تجاری، می توان آن را با کوپلیمریزاسیون پیوندی همراه پلیمر های اضافی تهیه کرد تا ویژگی های خاصی به محصول بدهد.

مزایای HIPS عبارتند از: [۱۹]

  • سازگاری با مقررات FDA
  • مقاومت خوب در برابر ضربه
  • قابلیت ماشینکاری عالی
  • ثبات ابعادی مناسب
  • رنگ آمیزی و چسباندن آسان
  • کم هزینه
  • کیفیت عالی از لحاظ زیبایی شناسی

خواص جدید حاصل از عمل پیوند زدن[ویرایش]

با پیوند پلیمر روی زنجیره اصلی پلیمری، کوپلیمر پیوندی نهایی خواص جدیدی نسبت به پلیمر مادر خود کسب می کند. به طور خاص، کوپلیمرهای پیوندی سلولز کاربردهای مختلفی دارند که به ساختار پلیمر پیوند شده به سلولز بستگی دارد.

برخی از مشخصات جدیدی که سلولز از مونومرها ی مختلف پیوند شده به آن کسب می کند عبارتند از:

این خواص، کاربردهای جدیدی برای پلیمرهای سلولزی پیوند نشده پدید می آورد، از جمله:

  • مواد جاذب مایعات بدن در پزشکی [۲۴]
  • افزایش توان جذب رطوبت در پارچه [۲۵]
  • غشاء با نفوذ پذیری انتخابی [۲۶]
  • خواص هسته زایی قوی تر از سلولز پیوند نشده، و جذب آلاینده های خطرناک مانند یون فلزات سنگین یا رنگدانه محلول های آبی، بر اساس جذب سطحی مبتنی بر نوسان دما
  • حسگرها و مواد دارای کاربردهای انتشار نور [۲۷]
  • عوامل احیا کننده برای انواع ترکیبات کربونیل [۲۸]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

 

  1. ↑ Feng, Chun; Li, Yongjun; Yang, Dong; Hu, Jianhua; Zhang, Xiaohuan; Huang, Xiaoyu (2011). "Well-defined graft copolymers: from controlled synthesis to multipurpose applications". Chemical Society Reviews. 40 (3): 1282–95. doi:10.1039/b921358a. PMID 21107479.
  2. ↑ Matyjaszewski, Krzysztof. "Graft Copolymers". Retrieved 14 March 2014.
  3. ↑ Pearce, Eli M. (May 1987). "New commercial polymers 2, by Hans-George Elias and Friedrich Vohwinkel, Gordon and Breach, New York, 1986, 508 pp. Price: $90.00". Journal of Polymer Science Part C: Polymer Letters. 25 (5): 233–234. doi:10.1002/pol.1987.140250509.
  4. ↑ Hegazy, El-Sayed A.; Dessouki, Ahmed M.; El-Sawy, Naeem M.; Abd El-Ghaffar, Mahmoud A. (February 1993). "Radiation-induced graft polymerization of acrylic acid onto fluorinated polymers. II. Graft copolymer–metal complexes obtained by radiation grafting onto poly(tetrafluoroethylene-ethylene) copolymer". Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 31 (2): 527–533. Bibcode:1993JPoSA..31..527H. doi:10.1002/pola.1993.080310225.
  5. ↑ Grutke, Stefan; Hurley, James H.; Risse, Wilhelm (August 1994). "Poly(phenylene oxide) macromonomers for graft copolymer synthesis via ring-opening olefin metathesis polymerization". Macromolecular Chemistry and Physics. 195 (8): 2875–2885. doi:10.1002/macp.1994.021950817.
  6. ↑ Eisenbach, Claus D.; Heinemann, T. (July 1995). "Synthesis and Characterization of Graft Copolymers with Molecularly Uniform Urethane-Based Side Chains with Special Structural Elements". Macromolecules. 28 (14): 4815–4821. Bibcode:1995MaMol..28.4815E. doi:10.1021/ma00118a006.
  7. ↑ Yamashita, K.; Ito, K.; Tsuboi, H.; Takahama, S.; Tsuda, K.; Otsu, T. (5 November 1990). "Graft copolymerization by iniferter method; structural analyses of graft copolymer by glass transition temperature". Journal of Applied Polymer Science. 40 (910): 1445–1452. doi:10.1002/app.1990.070400903.
  8. ↑ ۸٫۰ ۸٫۱ Hadjichristidis, N., S. Pispas, H. Iatrou, and D. J. Lohse. "Graft Copolymers." Graft Copolymers. John Wiley and Sons Inc, 15 July 2002. Web. 14 Feb. 2014.
  9. ↑ ۹٫۰ ۹٫۱ ۹٫۲ Matyjaszewski, Krzysztof. "Graft Copolymers". Carnegie Mellon. Retrieved 14 February 2014.
  10. ↑ Ito, Koichi; Hiroyuki Tsuchida; Akio Hayashi; Toshiaki Kitano (1985). "Reactivity of Poly(ethylene oxide) Macromonomers in Radical Copolymerization". Polymer Journal. 17 (7): 827–839. doi:10.1295/polymj.17.827.
  11. ↑ Gupta, Srishti; Singh, Pummy; Moghadas, Babak; Grim, Bradley J.; Kodibagkar, Vikram D.; Green, Matthew D. (2020-05-08). "Synthesis of PEG and Quaternary Ammonium Grafted Silicone Copolymers as Nanoemulsifiers". ACS Applied Polymer Materials. 2 (5): 1856–1864. doi:10.1021/acsapm.0c00103.
  12. ↑ Nagase, Yu; Naruse, Akira; Matsui, Kiyohide (January 1990). "Chemical modification of polysulphone: 2. Gas and liquid permeability of polysulphone/polydimethylsiloxane graft copolymer membranes". Polymer. 31 (1): 121–125. doi:10.1016/0032-3861(90)90361-2.
  13. ↑ Dualeh, Abdulkadir J.; Steiner, Carol A. (January 1991). "Bulk and microscopic properties of surfactant-bridged hydrogels made from an amphiphilic graft copolymer". Macromolecules. 24 (1): 112–116. Bibcode:1991MaMol..24..112D. doi:10.1021/ma00001a018.
  14. ↑ MURAMATSU, Nobuhiro; YOSHIDA, Yasushi; KONDO, Tamotsu (1990). "Possible application of polyamine graft copolymer to targeting drug delivery". Chemical & Pharmaceutical Bulletin. 38 (11): 3175–3176. doi:10.1248/cpb.38.3175.
  15. ↑ Eisenbach, Claus D.; Heinemann, Torsten (August 1995). "Thermoplastic graft copolymer elastomers with chain-folding or bifurcated side chains". Macromolecular Chemistry and Physics. 196 (8): 2669–2686. doi:10.1002/macp.1995.021960818.
  16. ↑ Se¸k, Danuta; Kaczmarczyk, Bożena (June 1997). "Investigations of graft copolymer compatibilizers for blends of polyethylene and liquid crystalline polyester: 1. FT i.r. study". Polymer. 38 (12): 2925–2931. doi:10.1016/S0032-3861(96)00813-0.
  17. ↑ Gupta, Srishti; Singh, Pummy; Moghadas, Babak; Grim, Bradley J.; Kodibagkar, Vikram D.; Green, Matthew D. (2020-05-08). "Synthesis of PEG and Quaternary Ammonium Grafted Silicone Copolymers as Nanoemulsifiers". ACS Applied Polymer Materials. 2 (5): 1856–1864. doi:10.1021/acsapm.0c00103.
  18. ↑ ۱۸٫۰ ۱۸٫۱ Fryling, Charles. "High Impact Polystyrene". Patent. Koppers Co Inc. Retrieved 14 February 2014.
  19. ↑ ۱۹٫۰ ۱۹٫۱ Plastics International. "(HIPS) High Impact Polystyrene" (PDF). Retrieved 14 February 2014.
  20. ↑ Waly, A.; Abdel-Mohdy, F. A.; Aly, A. S.; Hebeish, A. (27 June 1998). "Synthesis and characterization of cellulose ion exchanger. II. Pilot scale and utilization in dye-heavy metal removal". Journal of Applied Polymer Science. 68 (13): 2151–2157. doi:10.1002/(SICI)1097-4628(19980627)68:13<2151::AID-APP11>3.0.CO;2-2.
  21. ↑ Xie, Jiangbing; Hsieh, You-Lo (25 July 2003). "Thermosensitive poly(n-isopropylacrylamide) hydrogels bonded on cellulose supports". Journal of Applied Polymer Science. 89 (4): 999–1006. doi:10.1002/app.12206.
  22. ↑ Wang, Deqian; Tan, Junjun; Kang, Hongliang; Ma, Lin; Jin, Xin; Liu, Ruigang; Huang, Yong (February 2011). "Synthesis, self-assembly and drug release behaviors of pH-responsive copolymers ethyl cellulose-graft-PDEAEMA through ATRP". Carbohydrate Polymers. 84 (1): 195–202. doi:10.1016/j.carbpol.2010.11.023.
  23. ↑ Lee, Sang Beom; Koepsel, Richard R.; Morley, Scott W.; Matyjaszewski, Krzysztof; Sun, Yujie; Russell, Alan J. (May 2004). "Permanent, Nonleaching Antibacterial Surfaces. 1. Synthesis by Atom Transfer Radical Polymerization". Biomacromolecules. 5 (3): 877–882. doi:10.1021/bm034352k. PMID 15132676.
  24. ↑ Toledano-Thompson, T.; Loría-Bastarrachea, M.I.; Aguilar-Vega, M.J. (October 2005). "Characterization of henequen cellulose microfibers treated with an epoxide and grafted with poly(acrylic acid)". Carbohydrate Polymers. 62 (1): 67–73. doi:10.1016/j.carbpol.2005.06.024.
  25. ↑ Mondal, Md. Ibrahim H.; Uraki, Yasumitsu; Ubukata, Makoto; Itoyama, Koki (18 March 2008). "Graft polymerization of vinyl monomers onto cotton fibres pretreated with amines". Cellulose. 15 (4): 581–592. doi:10.1007/s10570-008-9210-z.
  26. ↑ Nishioka, Noboru; Watase, Keiji; Arimura, Keiji; Kosai, Kouichi; Uno, Masakuni (December 1984). "Permeability through Cellulose Membranes Grafted with Vinyl Monomers in a Homogeneous System I. Diffusive Permeability through Acrylonitrile Grafted Cellulose Membranes". Polymer Journal. 16 (12): 867–875. doi:10.1295/polymj.16.867.
  27. ↑ Tang, Xinde; Gao, Longcheng; Fan, Xinghe; Zhou, Qifeng (1 May 2007). "Controlled grafting of ethyl cellulose with azobenzene-containing polymethacrylates via atom transfer radical polymerization". Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 45 (9): 1653–1660. Bibcode:2007JPoSA..45.1653T. doi:10.1002/pola.21932.
  28. ↑ Dhiman, Poonam K.; Kaur, Inderjeet; Mahajan, R. K. (5 April 2008). "Synthesis of a cellulose-grafted polymeric support and its application in the reductions of some carbonyl compounds". Journal of Applied Polymer Science. 108 (1): 99–111. doi:10.1002/app.27423.

پیوند به بیرون[ویرایش]

برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=پلیمرهای_پیوندی&oldid=37469239»