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El secreto de la polimerización in situ: ¿por qué esta tecnología puede mejorar drásticamente el rendimiento de los polímeros y las nanopartículas?
En química de polímeros, la polimerización in situ se define como un método de preparación realizado en una "mezcla de polimerización" que se utiliza para desarrollar nanocompuestos poliméricos a partir de nanopartículas. La implementación de este método puede mejorar significativamente las propiedades generales del material a nivel microscópico, lo que se ha demostrado en numerosas aplicaciones.
El proceso de polimerización in situ implica un paso de iniciación, seguido de múltiples pasos de polimerización, que finalmente dan como resultado una mezcla de moléculas de polímero y nanopartículas.
Las nanopartículas se dispersan inicialmente en monómeros líquidos o precursores de bajo peso molecular para iniciar la polimerización formando una mezcla homogénea. A medida que se completa el mecanismo de polimerización, se produce un nanocompuesto, que es una combinación de moléculas de polímero y nanopartículas. Para permitir una polimerización in situ exitosa, se deben cumplir varias condiciones necesarias, incluido el uso de polímeros precursores de baja viscosidad (generalmente menos de 1 Pascal), tiempos de polimerización cortos, polímeros con propiedades mecánicas adecuadas y sin necesidad de polimerización durante la polimerización. subproductos.
Ventajas y Desventajas
El proceso de polimerización in situ ofrece varias ventajas, incluido el uso de materiales rentables, la facilidad de automatización y la capacidad de integrarse con una variedad de métodos de calentamiento y curado. Sin embargo, este método también tiene algunas desventajas, como las limitaciones de los materiales disponibles, el corto tiempo que lleva realizar el proceso de polimerización y el alto costo del equipo requerido.
Nanocompuestos de arcilla
A finales del siglo XX, Toyota Motor Corporation desarrolló la primera aplicación comercial de nanocompuestos de arcilla-poliamida-6, que se prepararon mediante tecnología de polimerización in situ. Esta área en particular fue estudiada intensamente después de que Toyota sentara las bases. Agregar una pequeña cantidad de nanorellenos a la matriz polimérica puede mejorar significativamente la resistencia, la estabilidad térmica y las capacidades de penetración de barrera de los nanocompuestos de arcilla.
Un estudio realizado por Zeng y Lee examinó el papel de los iniciadores durante la polimerización in situ, y un hallazgo importante fue que el uso de iniciadores y monómeros más polares daba como resultado productos nanocompuestos más favorables.
Nanotubos de carbono (CNT)
La polimerización in situ desempeña un papel fundamental en la preparación de nanotubos modificados con polímeros utilizando nanotubos de carbono. Debido a sus excepcionales propiedades mecánicas, térmicas y electrónicas, los nanotubos de carbono han sido estudiados exhaustivamente para desarrollar diversas aplicaciones prácticas desde su descubrimiento.
Aplicación
Los nanotubos de carbono se han utilizado para fabricar electrodos, y un ejemplo específico es el electrodo compuesto CNT/PMMA. Para simplificar el proceso de construcción de dichos electrodos, se ha investigado la polimerización in situ para aumentar la escala de producción. Los estudios han demostrado que este método es rentable, requiere volúmenes de muestra bajos, es muy sensible y tiene un gran potencial para aplicaciones ambientales y bioanalíticas.
Biofarmacéutica
Los productos biofarmacéuticos como las proteínas, el ADN y el ARN tienen el potencial de tratar una variedad de enfermedades, pero sus aplicaciones son limitadas debido a su escasa estabilidad, susceptibilidad a la degradación enzimática y su capacidad insuficiente para atravesar barreras biológicas. Los nanocompuestos de polímero-biomacromolécula formados por polimerización in situ ofrecen un enfoque innovador para superar estos obstáculos.
Estudios recientes han demostrado que la polimerización in situ puede mejorar la estabilidad, la bioactividad y la capacidad de los productos biofarmacéuticos para atravesar barreras biológicas.
Nanogel de proteínas
Los nanogeles de proteínas se pueden utilizar para almacenar y administrar medicamentos y tienen una amplia gama de aplicaciones biomédicas. Este tipo de nanogel se prepara mediante un método de polimerización in situ colocando proteínas libres en una fase acuosa y agregando agentes reticulantes y monómeros para formar una cubierta de nanogel polimérico que rodea el núcleo de la proteína.
Urea formaldehído y melamina formaldehído
Los sistemas de inclusión de urea-formaldehído y melamina-formaldehído son otro ejemplo de utilización de la polimerización in situ. Este tipo de sistema implica una tecnología de inclusión química similar a la utilizada en los recubrimientos interfaciales, donde todas las reacciones de polimerización ocurren en fase continua sin la necesidad de agregar reactivos al material del núcleo.
A través de estas diversas aplicaciones, podemos ver que la importancia de la tecnología de polimerización in situ radica en su capacidad para cambiar las propiedades del material a nivel microscópico, lo que le permite mostrar un amplio potencial en muchos campos, como la biomedicina, la ciencia de los materiales, etc. potencial de aplicación. De cara al futuro, ¿puede esta tecnología impulsar el desarrollo de materiales más innovadores?
