Polímero de injerto

El método de injerto implica el uso de una cadena principal con grupos funcionales A distribuidos aleatoriamente a lo largo de la cadena. ^{[ 10 ]} La formación del copolímero de injerto se origina a partir de la reacción de acoplamiento entre la cadena principal funcional y los grupos terminales reactivos de las ramificaciones. Estas reacciones de acoplamiento son posibles mediante la modificación química de la cadena principal. ^{[ 11 ]} Los mecanismos de reacción comunes utilizados para sintetizar estos copolímeros incluyen la polimerización por radicales libres , la polimerización aniónica , la polimerización por radicales con transferencia de átomos y las técnicas de polimerización viva .

Los copolímeros preparados mediante el método de injerto suelen emplear técnicas de polimerización aniónica. Este método utiliza una reacción de acoplamiento entre los grupos electrófilos del polímero base y el sitio de propagación de un polímero vivo aniónico. Este método no sería posible sin la generación de un polímero base con grupos reactivos. Su popularidad ha aumentado con el auge de la química click . Para el método de injerto en la polimerización, se emplea una reacción química de alto rendimiento denominada acoplamiento radicalario de nitróxido por transferencia de átomos.

En el método de injerto desde la cadena principal, la cadena principal macromolecular se modifica químicamente para introducir sitios activos capaces de iniciar la funcionalidad. Los sitios iniciadores pueden incorporarse mediante copolimerización , en una reacción posterior a la polimerización o pueden formar parte del polímero. ^{[ 11 ]} 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 puede controlarse mediante el número de sitios activos. Aunque se pueda controlar el número de cadenas injertadas, puede haber diferencias en la longitud de cada cadena injertada debido a efectos cinéticos y de impedimento estérico. ^{[ 10 ]}

Se han realizado injertos a partir de reacciones con polietileno , cloruro de polivinilo y poliisobutileno. Se han utilizado diferentes técnicas, como el injerto aniónico, el injerto catiónico, la polimerización radicalaria por transferencia de átomos y la polimerización radicalaria libre , en la síntesis de injertos a partir de copolímeros.

Los copolímeros de injerto que se emplean con el método de injerto desde la superficie se sintetizan a menudo mediante reacciones ATRP y técnicas de injerto aniónico y catiónico.

El injerto, también conocido como método del macromonómero , es una de las formas más sencillas de sintetizar un polímero de injerto con cadenas laterales bien definidas. ^{[ 11 ]} Típicamente, 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, lo que provoca 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 según la relación de reactividad del grupo funcional terminal en la macromolécula con respecto al monómero. ^{[ 12 ]} 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 macromonómeros (injerto) puede emplearse con cualquier técnica de polimerización conocida. Las polimerizaciones vivas permiten un control especial sobre el peso molecular, su distribución y la funcionalización de los extremos de la cadena.

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 que se usa frecuentemente 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, el polibutadieno ( caucho ) o cualquier polímero elastomérico similar se disuelve en estireno y se polimeriza. Esta reacción permite dos polimerizaciones simultáneas: la del estireno a poliestireno y la de la polimerización de injerto de estireno -caucho. ^{[ 19 ]} Durante su uso comercial, se puede preparar mediante copolimerización de injerto con polímero adicional para darle al producto características específicas. Las ventajas del 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

Al injertar polímeros en las cadenas principales de polímeros, los copolímeros injertados finales adquieren nuevas propiedades de sus polímeros de origen. Específicamente, los copolímeros de injerto de celulosa tienen diversas aplicaciones que dependen de la estructura del polímero injertado en la celulosa. ^{[ 21 ]} Algunas de las nuevas propiedades que la celulosa adquiere a partir de diferentes monómeros injertados en ella incluyen:

• Absorción de agua
• Elasticidad mejorada
• Carácter hidrófilo/hidrofóbico
• Intercambio iónico
• Capacidades de adsorción de colorantes ^{[ 22 ]}
• Resistencia al calor
• Termosensibilidad ^{[ 23 ]}
• Sensibilidad al pH ^{[ 24 ]}
• Efecto antibacteriano ^{[ 25 ]}

Estas propiedades otorgan nuevas aplicaciones a los polímeros de celulosa no injertados, entre los que se incluyen:

• Materiales absorbentes de fluidos corporales médicos ^{[ 26 ]}
• Mayor capacidad de absorción de humedad en los tejidos ^{[ 27 ]}
• Membranas permoselectivas ^{[ 28 ]}
• Propiedades de nucleación más fuertes que la celulosa no injertada y adsorción de contaminantes peligrosos como iones de metales pesados ​​o colorantes de soluciones acuosas mediante adsorción por cambio de temperatura ^{[ 23 ].}
• Sensores y materiales ópticos ^{[ 29 ]}
• Agentes reductores para diversos compuestos carbonílicos ^{[ 30 ]}