현장 중합

In situ polymerization
마이크로캡슐 내장 나노입자의 자기 치유 중합으로 고분자 나노 복합물(왼쪽: 핑크색 나노입자 및 파란색 마이크로캡슐, 중간: 묘사된 부위에 가해지는 손상, 오른쪽: 손상 부위를 처리하기 위한 마이크로캡슐 내장 나노입자의 중합)을 제조하는 예.

중합체 화학에서 현장 중합은 "중합 혼합물"에서 발생하는 제조 방법으로 나노입자에서 고분자 나노복합체를 개발하는 데 사용된다.다양한 프로세스에서 사용하기 위해 제자리(즉, 반응 혼합물에서 자체적으로 분리될 수 없는)에서 합성되어야 하는 수많은 불안정한 올리고머(분자)가 있다.현장 중합 프로세스는 시작 단계에 이어 일련의 중합 단계로 구성되며, 이를 통해 고분자 분자와 [1]나노 입자 사이에 하이브리드가 형성됩니다.나노입자는 처음에는 비교적 분자량이 낮은 액체 모노머 또는 전구체 안에 퍼져 있다.균질혼합물이 형성되면 열원, 방사선원 등에 피폭되는 적절한 개시제를 첨가하여 중합반응을 개시한다.[1]중합기구가 완성된 후 나노입자에 결합된 고분자 분자로 이루어진 나노복합체를 제조한다.

폴리머 나노복합체를 형성하기 위해 전구체 폴리머 분자의 현장 중합을 수행하기 위해서는 저점도 프리폴리머(일반적으로 1 파스칼 미만), 단기간 중합, 유리한 기계적 특성을 가진 폴리머의 사용 및 측면 형성을 포함하는 특정 조건이 충족되어야 한다.중합 [1]공정에서 생산되는 제품.

장점과 단점

현장 중합 프로세스에는 비용 효율적인 재료의 사용, 자동화 용이성, 다른 많은 가열 및 경화 방법과의 통합 기능 등 몇 가지 장점이 있습니다.그러나 이 조제법의 단점으로는 사용 가능한 재료의 제한, 중합 공정의 짧은 시간, 고가의 기기가 [1]필요하다는 점이 있다.

다음 섹션에서는 현장 중합 기술을 사용하여 생성된 폴리머 나노 컴포지트의 다양한 예와 그 실제 용도에 대해 설명합니다.

클레이 나노콤포지트

20세기 말 무렵, 토요타 자동차는 현장 [2]중합에 의해 제조된 클레이 폴리아미드-6 나노 복합체의 최초의 상용화를 고안했다.도요타가 폴리머층 규산염 나노복합체의 기반을 마련하자 이후 이 분야에 대한 광범위한 연구가 이뤄졌다.점토 나노 콤포지트는 나노필러의 미세한 부분을 폴리머 [3]매트릭스에 추가하면 강도, 열 안정성 및 장벽 투과 능력이 크게 향상됩니다.점토나노콤포지트를 제조하는 표준기술은 현장중합으로, 이 중합은 단량체와 점토표면의 인터칼레이션으로 이루어지며, 이어서 유기 양이온에서 관능기가 개시되어 [3]중합이 이루어진다.쩡과 리의 연구는 점토 나노 복합체의 [3]현장 중합 공정에서 개시제의 역할을 조사했다.주요 연구 결과 중 하나는 보다 유리한 나노 복합 제품이 보다 극성 모노머와 [3]이니시에이터로 생산되었다는 것입니다.

카본나노튜브(CNT)

현장 중합은 탄소나노튜브를 이용한 고분자 이식 나노튜브를 제조하는 중요한 방법이다.

특성.

탄소나노튜브 구조 묘사

카본나노튜브(CNT)는 높은 전도성, 넓은 표면적, 뛰어난 열안정성 등 기계적, 열적, 전자적 특성이 뛰어나 다양한 실제 [4]응용 분야를 개발하기 위해 연구되어 왔습니다.카본 나노튜브는 필러 재료로서의 복합재 강화와 열전도성 복합재료를 [4][5]통한 에너지 생산 등 두 가지 용도에 크게 기여했습니다.

CNT의 종류

현재 카본나노튜브의 주요 유형은 단벽나노튜브(SWNT)와 다벽나노튜브(MWNT)[4]입니다.

CNT를 사용한 현장 중합의 장점

현장 중합은 다른 방법에 비해 폴리머 이식 나노튜브의 준비에 몇 가지 이점을 제공합니다.무엇보다도, 이것은 고분자 고분자를 CNT [4]벽에 부착할 수 있게 해줍니다.또한 생성된 복합체는 대부분의 유형의 [4]폴리머와 혼합할 수 있다.용액이나 용융가공과는 달리 현장 중합은 불용성 및 열적으로 불안정한 [4]고분자를 만들 수 있다.마지막으로 현장 중합은 공정 [4]초기에 폴리머와 CNT 사이의 보다 강력한 공유 상호작용을 달성할 수 있습니다.

적용들

최근 현장 중합 공정의 개선으로 기계적 특성이 강화된 고분자-탄소 나노튜브 복합재료의 생산으로 이어지고 있다.에너지 관련 용도에서는 CNT/PMMA 복합 [5][6]전극을 예로 들 수 있는 카본 나노튜브가 전극을 만드는 데 사용되었습니다.현장 중합은 이러한 [5][6]전극의 구축 과정을 간소화하기 위해 연구되어 왔다.Huang, Vanhaecke 및 Chen은 현장 중합이 잠재적으로 전도성 CNT의 복합물을 [6]대규모로 생산할 수 있다는 것을 발견했습니다.현장 중합에서 이러한 위업을 달성할 수 있는 몇 가지 측면은 작동에 관해 비용 효율이 높고 최소한의 샘플이 필요하며 감도가 높으며 많은 유망한 환경 및 생체 분석 응용 프로그램을 [6]제공한다는 것입니다.

바이오 의약품

단백질, DNA, 그리고 RNA는 암에서 [7]전염병까지 다양한 질병과 질병을 치료할 수 있는 가능성을 가진 생물 의약품의 몇 가지 예에 불과합니다.그러나 안정성 저하, 효소 분해에 대한 민감성, 생물학적 장벽 투과 능력 부족 등 일부 바람직하지 않은 특성으로 인해 의료 전달에 있어 이러한 바이오 의약품의 적용이 심각하게 [7]저해되고 있다.현장 중합에 의한 고분자-바이오머 분자 나노 복합체의 형성은 이러한 장애를 극복하고 바이오 [7]의약품의 전반적인 효과를 향상시킬 수 있는 혁신적인 수단을 제공합니다.최근의 연구는 생체 [7]의약품의 안정성, 생물 활성 및 생물학적 장벽을 넘는 능력을 개선하기 위해 현장 중합이 어떻게 구현될 수 있는지를 보여 주었다.

생체 분자 고분자 나노 복합체의 종류

현장 중합에 의해 형성되는 두 가지 주요 나노 복합물은 1) 선형 또는 별 모양의 생체 분자 선형 고분자 하이브리드이며, 개별 고분자 사슬과 생체 분자 표면 사이의 공유 결합과 2) 생체 분자 가교 고분자 나노 캡슐을 포함하는 나노 캡슐이다.고분자 [7]껍데기 안에 있습니다.

생체 분자의 현장 중합 방법

생체분자-선형 폴리머 하이브리드는 "그랜딩-프롬" 중합에 의해 형성되며, 이는 표준 "그랜딩-프롬"[7] 중합과는 다른 현장 접근법입니다."기증" 중합은 선택된 생체 분자에 고분자를 쉽게 부착하는 것을 수반하는 반면, "기증" 방법은 [7]개시자와 함께 사전 변형된 단백질에서 일어납니다.이식 대상 중합(Grapting to)의 예로는 원자 전달 래디컬 중합(ATRP)과 가역적 부가-파쇄 전이([7]RAFT)가 있다.이 방법들은 둘 다 좁은 분자량 분포를 초래하고 블록공중합체를 [7]만들 수 있다는 점에서 유사하다.한편, 각각은 케이스 바이 케이스로 분석할 필요가 있는 별개의 속성을 가지고 있습니다.예를 들어 ATRP는 산소에 민감하지만 RAPT는 산소에 민감하지 않습니다.또한 ATRP보다 [7]단량체와의 호환성이 훨씬 뛰어납니다.

가교제를 이용한 래디칼 중합은 또 다른 현장 중합법이며, 이 과정은 생체분자 가교 폴리머 나노캡슐의 [7]형성을 초래한다.이 과정은 공유 또는 [7]비공유 접근방식을 통해 나노겔/나노캡슐을 생성합니다.공유가 접근법에서 두 단계는 아크릴로일기를 단백질에 결합하고 이어서 현장 유리기 [7]중합이다.비공유성 접근법에서는 단백질이 나노캡슐 [7]안에 갇힌다.

단백질 나노겔

나노겔은 가교 폴리머 네트워크에 의해 결합되는 미세한 하이드로겔 입자이며 다양한 생물의학 응용 분야를 가진 바람직한 약물 전달 방식을 제공합니다.현장 중합은 단백질의 저장과 전달을 용이하게 하는 단백질 나노겔을 준비하는데 사용될 수 있다.in sit 중합법에 의한 나노겔의 제조는 가교체, 단량체와 함께 수용액에 유리단백질이 분산된 후 래디칼 개시제를 첨가하여 단백질 코어를 둘러싼 나노겔 폴리머 쉘의 중합으로 이어진다.고분자 나노겔의 추가적인 변형을 통해 특정 표적 세포에 전달이 가능하다.현장 중합 나노겔은 1) 화학변형을 통한 직접 공유결합, 2) 비공유 캡슐화, 3) 미리 형성된 가교성 고분자의 가교로 3가지 종류가 있다.단백질 나노겔은 암 치료, 예방접종, 진단, 재생의학, 기능상실 유전질환 치료 등에 매우 적합합니다.현장 중합 나노겔은 적절한 양의 단백질을 처리 부위에 전달할 수 있으며, pH, 온도, 산화환원 전위 등 특정 화학적, 물리적 요인이 나노겔의 [8]단백질 전달 과정을 관리합니다.

요소포름알데히드(UF) 및 멜라민포름알데히드(MF)

요소포름알데히드수지

요소포름알데히드(UF) 및 멜라민포름알데히드(MF) 캡슐화 시스템도 현장 중합법을 이용하는 다른 예이다.이러한 유형의 현장 중합에서는 화학 캡슐화 기법이 계면 코팅과 매우 유사합니다.현장 중합에서 구별되는 특징은 코어 재료에 반응물이 포함되어 있지 않다는 것입니다.모든 중합은 연속상과 코어 재료 사이의 계면 양쪽이 아닌 연속상으로 발생합니다.이러한 포름알데히드 시스템의 현장 중합은 일반적으로 물 속의 유상을 유화시키는 것을 포함한다.다음으로 수용성 요소/멜라민 포름알데히드 수지 단량체를 첨가하여 분산시킨다.시작 단계는 혼합물의 pH를 낮추기 위해 산을 첨가할 때 발생합니다.수지의 가교로 중합 공정을 완료하고 고분자 봉입 오일 [9][10]방울의 셸을 생성한다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d Advani, Suresh G.; Hsaio, Kuang-Ting (2012). Manufacturing techniques for polymer matrix composites (PMCs). Woodhead Publishing Limited. doi:10.1533/9780857096258. ISBN 9780857090676.
  2. ^ Yano, Kazuhisa; Usuki, Arimitsu; Okada, Akane (August 1997). "Synthesis and properties of polyimide-clay hybrid films". Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 35 (11): 2289–2294. Bibcode:1997JPoSA..35.2289Y. doi:10.1002/(sici)1099-0518(199708)35:11<2289::aid-pola20>3.0.co;2-9. ISSN 0887-624X.
  3. ^ a b c d Zeng, Changchun; Lee, L. James (June 2001). "Poly(methyl methacrylate) and Polystyrene/Clay Nanocomposites Prepared by in-Situ Polymerization". Macromolecules. 34 (12): 4098–4103. Bibcode:2001MaMol..34.4098Z. doi:10.1021/ma010061x. ISSN 0024-9297.
  4. ^ a b c d e f g Goh, S.H. (2011), "Mechanical properties of polymer–polymer-grafted carbon nanotube composites", Polymer–Carbon Nanotube Composites, Elsevier, pp. 347–375, doi:10.1533/9780857091390.2.347, ISBN 9781845697617
  5. ^ a b c Huang, Fan; Vanhaecke, Estelle; Chen, De (February 2010). "In situ polymerization and characterizations of polyaniline on MWCNT powders and aligned MWCNT films". Catalysis Today. 150 (1–2): 71–76. doi:10.1016/j.cattod.2009.05.017. ISSN 0920-5861.
  6. ^ a b c d Yao, Xiao; Wu, Huixia; Wang, Joseph; Qu, Song; Chen, Gang (2007-01-12). "Carbon Nanotube/Poly(methyl methacrylate) (CNT/PMMA) Composite Electrode Fabricated by In Situ Polymerization for Microchip Capillary Electrophoresis". Chemistry - A European Journal. 13 (3): 846–853. doi:10.1002/chem.200600469. ISSN 0947-6539. PMID 17048282.
  7. ^ a b c d e f g h i j k l m n Jia, Xiangqian; Wang, Luyao; Du, Juanjuan (2018-05-16). "In situ polymerization on biomacromolecules for nanomedicines". Nano Research. 11 (10): 5028–5048. doi:10.1007/s12274-018-2080-2. ISSN 1998-0124.
  8. ^ Ye, Yanqi; Yu, Jicheng; Gu, Zhen (2015). "Versatile Protein Nanogels Prepared by In Situ Polymerization". Macromolecular Chemistry and Physics. 217 (3): 333–343. doi:10.1002/macp.201500296.
  9. ^ Cabeza, L.F. (2015), "Preface", Advances in Thermal Energy Storage Systems, Elsevier, pp. xix, doi:10.1016/b978-1-78242-088-0.50028-6, ISBN 9781782420880
  10. ^ Gulrajani, M. (2013). Advances In The Dyeing And Finishing Of Technical Textiles. Elsevier Science. ISBN 9780857097613. OCLC 865332612.