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Explorando el mundo secreto de los polímeros: ¿Por qué la polimerización catiónica viva es beneficiosa tanto para el mundo académico como para el empresarial?
La polimerización catiónica viva es una técnica que puede producir polímeros altamente regulados, lo que ha atraído gran atención tanto de la academia como de la comunidad comercial. Esta tecnología no sólo puede sintetizar polímeros con una distribución de peso molecular baja, sino también producir estructuras poliméricas muy especiales como polímeros estrella o copolímeros en bloque. Esto hace que la polimerización catiónica viva desempeñe un papel importante en la investigación y el desarrollo actuales de polímeros.
La clave de la polimerización catiónica viva es que tiene un proceso de iniciación y propagación bien definido y controlado, al tiempo que minimiza la posibilidad de reacciones secundarias, terminación y transferencia de cadena.
Fundamento técnico
En la polimerización carbocatiónica, el sitio activo es el carbocatión, acompañado de un contraión cercano. Sus pasos básicos de reacción son: cuando el monómero A entra en contacto con el monómero B, se forma una cadena de polimerización a través de una reacción química específica. En este proceso, el control de la amplificación de la cadena, la transferencia de la cadena y la terminación de la cadena es crucial. Idealmente, la tasa de intercambio entre el equilibrio químico de las especies poliméricas iónicas activas y las especies covalentes estacionarias es más rápida que la tasa de polimerización.
Los monómeros utilizados en la reacción de polimerización son muy variados, entre ellos éter vinílico, α-metil vinil éter, isobutileno, estireno y N-vinilbenzotiazol.
Historia
El desarrollo de la polimerización catiónica viva comenzó en las décadas de 1970 y 1980, con investigadores notables como Higashimura y Sawamoto que realizaron experimentos clave en sistemas de polimerización múltiple que hicieron avanzar la tecnología. Durante este período, la comunidad académica descubrió por primera vez un método de síntesis de polímeros utilizando yodo y ácido como iniciadores, lo que condujo al proceso de macroingeniería de polímeros.
Polimerización de isobutileno La polimerización viva del isobutileno se lleva a cabo generalmente a temperaturas inferiores a 0 °C en un sistema de disolventes mixtos que contiene un disolvente no polar, como el hexano, y un disolvente polar, como el cloroformo o el diclorometano. En este proceso, el iniciador puede ser alcohol, halógeno o éter, y el co-iniciador incluye cloruro de boro y similares. El módulo de polímero exitoso puede alcanzar 160.000 g/mol y el índice de polidispersidad se puede controlar a 1,02.Polimerización de éteres alcohólicos
Los éteres de alcohol (por ejemplo, del tipo CH2=CHOR) se han estudiado ampliamente como monómeros muy reactivos en la polimerización catiónica viva. Los sistemas relacionados se basan principalmente en yodo y ácido yodhídrico e involucran catalizadores como el cloruro de zinc. Polimerización por apertura de anilloEn la polimerización catiónica viva por apertura de anillo, el monómero suele ser una molécula heterocíclica como el epóxido o el tetrahidrofurano. La especie que se propaga en este proceso no es un catión de carbono, sino un ion oxonio. Sin embargo, su terminación es relativamente difícil y a menudo se produce debido al ataque nucleofílico de la cadena polimérica en crecimiento. Para este tipo de polimerización se utilizan a menudo iniciadores con fuerte afinidad electrónica como el ácido trifluorado.
En el proceso de agregación de la vida, cómo equilibrar la agregación y la terminación es la clave del éxito o el fracaso.
Desde la perspectiva del valor comercial, la polimerización catiónica viva no solo ha provocado un aumento en la demanda del mercado de productos poliméricos controlados con precisión, sino que también ha hecho posible la aplicación de muchos materiales emergentes debido a su madurez tecnológica y estabilidad. La futura investigación sobre polímeros también enfrenta muchos desafíos nuevos, incluido cómo mejorar aún más la eficiencia y la selectividad de las reacciones de polimerización. Al mismo tiempo, como tecnología en constante innovación, ¿la polimerización catiónica viva se convertirá en un catalizador para futuros cambios industriales?
