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Esplorare il mondo segreto dei polimeri: perché la polimerizzazione cationica vivente è vantaggiosa sia per il mondo accademico che per quello imprenditoriale?
La polimerizzazione cationica vivente è una tecnica che può produrre polimeri altamente regolamentati, il che ha attirato grande attenzione sia nel mondo accademico che in quello commerciale. Questa tecnologia non solo consente di sintetizzare polimeri con una bassa distribuzione del peso molecolare, ma anche di produrre strutture polimeriche molto speciali, come polimeri a stella o copolimeri a blocchi. Ciò fa sì che la polimerizzazione cationica vivente svolga un ruolo importante nell'attuale ricerca e sviluppo sui polimeri.
La chiave della polimerizzazione cationica vivente è che ha un processo di inizio e propagazione ben definito e controllato, riducendo al minimo la possibilità di reazioni collaterali, terminazione e trasferimento di catena.
Fondamenti tecnici
Nella polimerizzazione carbocationica, il sito attivo è il carbocatione, accompagnato da un controione vicino. I passaggi fondamentali della reazione sono: quando il monomero A entra in contatto con il monomero B, si forma una catena di polimerizzazione attraverso una specifica reazione chimica. In questo processo, il controllo dell'amplificazione della catena, del trasferimento della catena e della terminazione della catena è fondamentale. Idealmente, la velocità di scambio tra l'equilibrio chimico della specie polimerica ionica attiva e la specie covalente stazionaria è più veloce della velocità di polimerizzazione.
I monomeri utilizzati nella reazione di polimerizzazione sono numerosi e comprendono etere vinilico, α-metil etere vinilico, isobutilene, stirene e N-vinilbenzotiazolo.
Storia
Lo sviluppo della polimerizzazione cationica vivente è iniziato negli anni '70 e '80, con ricercatori illustri come Higashimura e Sawamoto che hanno condotto esperimenti chiave in molteplici sistemi di polimerizzazione che hanno fatto progredire la tecnologia. Durante questo periodo, la comunità accademica scoprì per la prima volta un metodo di sintesi dei polimeri che utilizzava iodio e acido come iniziatori, che diede origine al processo di macroingegneria dei polimeri.
Polimerizzazione dell'isobutileneLa polimerizzazione dell'isobutilene vivo viene solitamente effettuata a temperature inferiori a 0 °C in un sistema di solventi misti contenente un solvente apolare come l'esano e un solvente polare come il cloroformio o il diclorometano. In questo processo, l'iniziatore può essere alcol, alogeno o etere, mentre il co-iniziatore può includere cloruro di boro e simili. Il modulo polimerico di successo può raggiungere 160.000 g/mole e l'indice di polidispersità può essere controllato a 1,02.
Polimerizzazione dell'etere alcolico
Gli eteri alcolici (ad esempio, di tipo CH2=CHOR) sono stati ampiamente studiati come monomeri molto reattivi nella polimerizzazione cationica vivente. I sistemi correlati si basano principalmente su iodio e acido iodidrico e coinvolgono catalizzatori come il cloruro di zinco.
Polimerizzazione ad apertura di anello
Nella polimerizzazione con apertura di anello cationico vivente, il monomero è solitamente una molecola eterociclica come l'epossido o il tetraidrofurano. La specie propagante in questo processo non è un catione di carbonio, ma uno ione ossonio. Tuttavia, la sua terminazione è relativamente difficile e spesso avviene a causa dell'attacco nucleofilo da parte della catena polimerica in crescita. Per questo tipo di polimerizzazione vengono spesso utilizzati iniziatori con forte affinità elettronica, come l'acido trifluorurato.
Nel processo di aggregazione della vita, la chiave del successo o del fallimento è trovare un equilibrio tra aggregazione e conclusione.
Dal punto di vista del valore commerciale, la polimerizzazione cationica vivente non solo ha portato a un aumento della domanda di mercato di prodotti polimerici controllati con precisione, ma ha anche reso possibile l'applicazione di molti materiali emergenti grazie alla sua maturità tecnologica e stabilità. Anche la futura ricerca sui polimeri dovrà affrontare numerose nuove sfide, tra cui quella di migliorare ulteriormente l'efficienza e la selettività delle reazioni di polimerizzazione. Allo stesso tempo, trattandosi di una tecnologia in continua innovazione, vale la pena riflettere se la polimerizzazione cationica vivente diventerà un catalizzatore per i futuri cambiamenti industriali.
