Reazioni radicali di crossover delle alcossiammine

Sintesi e reazioni dei polimeri

Polymer Journal, volume 48, pagine 147–155 (2016) Citare questo articolo

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Sono state dimostrate con successo le reazioni di scambio covalente dinamico delle catene laterali nelle spazzole polimeriche sulle nanoparticelle ed è stata studiata la disperdibilità delle nanoparticelle dopo le reazioni di scambio in alcuni solventi. Una spazzola polimerica con catene laterali di alcossiammina scambiabili è stata preparata mediante polimerizzazione radicalica a trasferimento atomico avviata in superficie su nanoparticelle di silice. I polimeri fluorurati e ionici sono stati innestati sulla spazzola polimerica tramite reazioni di scambio radicalico delle porzioni alcossiamminiche. La composizione chimica delle spazzole polimeriche sulle nanoparticelle prima e dopo le reazioni di scambio è stata studiata mediante spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS). Le misurazioni XPS hanno indicato che le catene laterali delle spazzole polimeriche sono state convertite nei polimeri corrispondenti. Inoltre, le catene laterali innestate potrebbero essere staccate dalla superficie delle nanoparticelle attraverso un ulteriore processo di scambio radicalico mediante trattamento con alcossiammine. I risultati dell'XPS indicano che la struttura della spazzola polimerica staccata è quasi la stessa dell'originale, dimostrando così la reversibilità delle reazioni. Inoltre, la disperdibilità delle nanoparticelle in soluzione potrebbe essere modificata dalle reazioni di innesto reversibili.

Nanoparticelle, nanotubi e nanofogli sono recentemente diventati oggetto di crescente ricerca a causa delle loro applicazioni nell'elettronica, nella fotonica, nel rinforzo di materiali polimerici e nei campi biomedici.1, 2, 3, 4 Per queste applicazioni, la disperdibilità dei nanomateriali in mezzi specifici è importante. Di conseguenza, è stata condotta un'intensa ricerca sull'introduzione di gruppi funzionali sulla superficie dei nanomateriali per modificarne le proprietà di dispersione. Un approccio pratico è la modifica della superficie con spazzole polimeriche.5, 6 La struttura di una spazzola polimerica contiene catene polimeriche direttamente attaccate a materiali organici o inorganici. Pertanto, le catene polimeriche modificate possono coprire la superficie dei nanomateriali e impedirne l'aggregazione a causa dell'impedimento sterico delle catene polimeriche allungate perpendicolarmente. Inoltre, utilizzando il metodo dell'innesto da con precise tecniche di polimerizzazione, sono state sintetizzate spazzole polimeriche ad elevata densità di innesto7, 8, 9, 10, 11, 12.13, 14, 15, 16 Ad oggi, sono state preparate diverse spazzole polimeriche sul superficie dei nanomateriali.17, 18, 19, 20, 21, 22 Inoltre, sono state sviluppate spazzole polimeriche con strutture convertibili23 per consentire la modifica delle loro proprietà.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 Ad esempio, la struttura superficiale e le proprietà dei polimeri ionici possono essere modificate modificando il pH della soluzione.24, 25, 26 I nanomateriali con spazzole di polimeri ionici possono essere commutati dallo stato disperso a quello aggregato in uno stato acquoso soluzione. Un'altra strategia è quella di modificare la temperatura per controllare i nanomateriali sfruttando la transizione di fase del polimero; quando le nanoparticelle con spazzole di poli(N-isopropilacrilammide) vengono riscaldate e raffreddate, mostrano cambiamenti nella loro disperdibilità e struttura.32, 33, 34, 35 Tuttavia, la maggior parte dei sistemi precedentemente riportati non può alterare in modo reversibile le strutture e le composizioni delle spazzole, limitandone le applicazioni.

Recentemente, è stato studiato l'uso del legame reversibile per la progettazione e la sintesi molecolare36 per fabbricare materiali con nuove caratteristiche. In particolare, la chimica basata su legami covalenti reversibili, nota come "chimica covalente dinamica", ha attirato molta attenzione perché consente la creazione di nuove molecole e materiali che non potrebbero essere prodotti con i metodi tradizionali.37, 38, 39 La maggior parte dei legami covalenti dinamici sono stabili in condizioni ambientali, mentre iniziano ad equilibrarsi tra gli stati quando vengono applicati stimoli esterni, come riscaldamento, aggiunte chimiche o irradiazione luminosa. Pertanto, i materiali contenenti legami covalenti dinamici sono stabili, ma possono reagire ulteriormente. In particolare, quando il concetto di chimica covalente dinamica viene applicato ai materiali polimerici,40,41 vengono progettati polimeri che hanno strutture, composizioni e proprietà riorganizzabili.