macromolécula de injerto : Una 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 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 se denomina ''
macromolécula de peine regular''. 2. Si al menos algunos de los puntos de ramificación tienen una funcionalidad mayor que tres, la
macromolécula puede denominarse ''macromolécula de cepillo''.
En la química de polímeros , los polímeros de injerto son copolímeros segmentados con una estructura principal 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 un polímero de injerto es un componente utilizado en el poliestireno de alto impacto , que consiste en una estructura principal 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 una conformación similar a la de un gusano, una dimensión molecular compacta y notables efectos de extremo de cadena debido a sus estructuras confinadas y de ajuste apretado. [1] La preparación de copolímeros de injerto ha existido durante décadas. Se pueden emplear todos los métodos de síntesis para crear propiedades físicas generales de los copolímeros de injerto. Se pueden utilizar para materiales que son resistentes al impacto y, a menudo, se utilizan como elastómeros termoplásticos, compatibilizadores o emulsionantes para la preparación de mezclas o aleaciones estables. [2] En general, los métodos de injerto para la síntesis de copolímeros dan como resultado materiales que son más termoestables que sus contrapartes homopolímeras. [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, se emplean técnicas de polimerización conocidas que se utilizan comúnmente, como la polimerización radical por transferencia de átomos (ATRP), la polimerización por metátesis por 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] la polimerización por metátesis de olefinas por apertura de anillo, [6] las reacciones de policondensación, [7] y la 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 cadena principal funcional y los grupos terminales de las ramificaciones que son reactivas. Estas reacciones de acoplamiento son posibles modificando la cadena principal químicamente. [10] Los mecanismos de reacción comunes utilizados para sintetizar estos copolímeros incluyen polimerización por radicales libres , polimerización aniónica , polimerización por radicales con 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 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 clic . Una reacción química de alto rendimiento llamada química de acoplamiento de radicales de nitróxido de transferencia de átomos es para el método de injerto a para la polimerización.
En el método de injerto, la cadena principal macromolecular se modifica químicamente para introducir sitios activos capaces de iniciar la funcionalidad. Los sitios iniciadores se pueden incorporar por copolimerización , se pueden incorporar en una reacción posterior a la polimerización o pueden ser ya parte del polímero. [10] Si el número de sitios activos a lo largo de la cadena principal participa en la formación de una ramificación, entonces el número de cadenas injertadas a la macromolécula se puede controlar por 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 llevado a cabo reacciones de injerto a partir de polietileno , cloruro de polivinilo y poliisobutileno. Se han utilizado diferentes técnicas, como injerto aniónico, injerto catiónico, polimerización radical por transferencia de átomos y polimerización por radicales libres, en la síntesis de injerto a partir de copolímeros.
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 método de injerto, también conocido como método de 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 de las 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, lo que provoca la colocación aleatoria de las 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 la macromolecular con el monómero. [11] La diferencia en la distribución de los injertos tiene efectos significativos en las propiedades físicas del copolímero injertado. El polietileno , los polisiloxanos y el poli(óxido de etileno) son macromonómeros que se han incorporado a una cadena principal de poliestireno o poli(acrilato de metilo) .
El método de macromonómero (injerto directo) se puede emplear utilizando 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 creciente número de aplicaciones, como en vehículos de administración de fármacos , surfactantes , filtración de agua , modificadores de reología , etc. [12] Son sus estructuras únicas en relación con otros copolímeros, como los copolímeros alternados, periódicos, estadísticos y de bloque.
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 que es fácil de fabricar y que se usa a menudo para aplicaciones estructurales de baja resistencia cuando se requiere resistencia al impacto, maquinabilidad y bajo costo. 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 de 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 del HIPS incluyen: [20]
Al injertar polímeros en cadenas principales de polímeros, los copolímeros injertados finales obtienen nuevas propiedades de sus polímeros originales. En concreto, los copolímeros injertados de celulosa tienen diversas aplicaciones diferentes que dependen de la estructura del polímero injertado en la celulosa. [21] Algunas de las nuevas propiedades que la celulosa obtiene de los diferentes monómeros injertados en ella incluyen:
Estas propiedades dan una nueva aplicación a los polímeros de celulosa no injertados que incluyen: