Macromolécula de injerto : Macromolécula con una o más especies de bloques conectados
a la cadena principal como cadenas laterales, teniendo estas cadenas laterales
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". 2. Si al menos algunos de los puntos de ramificación tienen una funcionalidad superior a tres, la
macromolécula puede denominarse "macromolécula en cepillo".
En química de polímeros , los polímeros de injerto son copolímeros segmentados con una columna vertebral lineal de un compuesto y ramas distribuidas aleatoriamente de otro compuesto. La imagen denominada "polímero de injerto" muestra cómo las cadenas injertadas de la especie B están unidas 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 un componente utilizado en poliestireno de alto impacto , que consiste en una columna vertebral de poliestireno con cadenas injertadas de polibutadieno .
Los copolímeros de injerto son copolímeros ramificados en los 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 tener una conformación similar a un gusano, una dimensión molecular compacta y efectos finales de cadena notables debido a sus estructuras confinadas y ajustadas. [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 los copolímeros de injerto. Se pueden utilizar para materiales resistentes al impacto y, a menudo, se utilizan como elastómeros, compatibilizadores o emulsionantes termoplásticos 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 homopolímeros. [3] Hay tres métodos de síntesis, injerto a, injerto desde e injerto a través, que se utilizan para construir un polímero de injerto. [4]
Existen 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]
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 la columna vertebral funcional y los grupos terminales de las ramas que son reactivas. Estas reacciones de acoplamiento son posibles modificando químicamente la estructura principal. [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 utiliza una reacción de acoplamiento de los grupos electrófilos del polímero principal y el sitio de propagación de un polímero vivo aniónico. Este método no sería posible sin la generación de un polímero principal que tenga grupos reactivos. Este método se ha vuelto más popular con el aumento de la química del clic . Una reacción química de alto rendimiento llamada química de acoplamiento de radicales nitróxido de transferencia atómica es para el método de injerto para la polimerización.
En el método de injerto, la estructura macromolecular se modifica químicamente para introducir sitios activos capaces de iniciar la funcionalidad. Los sitios de iniciación pueden incorporarse mediante copolimerización , pueden incorporarse en una reacción posterior a la polimerización o pueden ya 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 efectos de impedimento cinético y estérico. [9]
Se han realizado injertos a partir de reacciones a partir de polietileno , cloruro de polivinilo y poliisobutileno. En la síntesis de injertos a partir de copolímeros se han utilizado diferentes técnicas, como el injerto aniónico, el injerto catiónico, la polimerización por radicales por transferencia de átomos y la polimerización por radicales libres .
Los copolímeros de injerto que se emplean con el método de injerto a menudo se sintetizan con reacciones ATRP y técnicas de injerto aniónico y catiónico.
El injerto directo, también conocido como método del macromonómero , 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 entre las concentraciones molares de monómero y 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 ramas y la formación de copolímeros de injerto con diferente número de ramas. Este método permite agregar ramificaciones de forma heterogénea u homogénea en función de la relación de reactividad del grupo funcional terminal de la macromolecular al monómero. [11] La diferencia en la distribución de los injertos tiene efectos significativos sobre las propiedades físicas del copolímero injertado. El polietileno , los polisiloxanos y el poli(óxido de etileno) son todos macromonómeros que se han incorporado en una estructura principal de poliestireno o poli(acrilato de metilo) .
El método del macromonómero (injerto directo) se puede emplear usando cualquier técnica de polimerización conocida. Las polimerizaciones vivas brindan un control especial sobre el peso molecular, la distribución del peso molecular y la funcionalización del extremo de la cadena.
Los copolímeros de injerto se estudiaron ampliamente debido a su mayor número de aplicaciones, como vehículos de administración de fármacos , tensioactivos , filtración de agua , modificadores de reología , etc. [12] Son sus estructuras únicas en relación con otros copolímeros, como los alternos, periódicos, estadísticos y de bloque. copolímeros.
Algunas aplicaciones comunes de los copolímeros de injerto incluyen:
El poliestireno de alto impacto (HIPS) fue descubierto por Charles F. Fryling en 1961. [19] El HIPS es un material plástico de bajo costo, fácil de fabricar y a menudo utilizado para aplicaciones estructurales de baja resistencia cuando la resistencia al impacto, la maquinabilidad y el bajo costo son factores determinantes. 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 de la polimerización por injerto de estireno -caucho. [19] Durante el uso comercial, se puede preparar mediante copolimerización por injerto con polímero adicional para darle al producto características específicas. Las ventajas de HIPS incluyen: [20]
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 en la celulosa. [21] Algunas de las nuevas propiedades que obtiene la celulosa a partir de diferentes monómeros injertados en ella incluyen:
Estas propiedades dan una nueva aplicación a los polímeros de celulosa no injertados que incluyen:
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