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その場重合の秘密: なぜこの技術がポリマーやナノ粒子の性能を劇的に向上させることができるのか?
ポリマー化学では、in situ 重合は、ナノ粒子からポリマー ナノ複合材料を開発するために使用される「重合混合物」内で実行される調製方法として定義されます。この方法を実行すると、材料の全体的な特性を顕微鏡レベルで大幅に向上させることができ、これは多くの用途で実証されています。
in-situ 重合プロセスには、開始ステップとそれに続く複数の重合ステップが含まれ、最終的にポリマー分子とナノ粒子の混合物が生成されます。
ナノ粒子は最初に液体モノマーまたは低分子量前駆体に分散され、均一な混合物を形成して重合を開始します。重合機構が完了すると、ポリマー分子とナノ粒子の組み合わせであるナノ複合材料が生成されます。 in situ 重合を成功させるには、低粘度の前駆体ポリマー (通常は 1 パスカル未満) の使用、短い重合時間、適切な機械的特性を持つポリマー、重合中に重合を必要としないことなど、いくつかの必要条件を満たす必要があります。副産物。
メリットとデメリット
現場重合プロセスには、コスト効率の高い材料の使用、自動化の容易さ、さまざまな加熱および硬化方法との統合機能など、いくつかの利点があります。しかし、この方法には、入手可能な材料の制限、重合プロセスの実行にかかる時間が短い、必要な装置のコストが高いなど、いくつかの欠点もあります。
粘土ナノ複合材料
20 世紀の終わりに、トヨタ自動車株式会社は、その場重合技術によって調製された粘土 - ポリアミド - 6 ナノ複合材料の最初の商業的応用を開発しました。この分野は、トヨタが基礎を築いた後に集中的に研究されました。ポリマーマトリックスに少量のナノフィラーを添加すると、粘土ナノ複合材料の強度、熱安定性、バリア貫通能力を大幅に向上させることができます。
Zeng と Lee による研究では、その場重合中の開始剤の役割が調査され、大きな発見は、より極性の高いモノマーと開始剤を使用すると、より好ましいナノ複合製品が得られるということでした。
カーボン ナノチューブ (CNT)
その場重合は、カーボン ナノチューブを使用したポリマー修飾ナノチューブの調製において極めて重要な役割を果たします。カーボンナノチューブは、その優れた機械的、熱的、電子的特性により、その発見以来、さまざまな実用的な用途を開発するために広範に研究されてきました。
アプリケーション
カーボン ナノチューブは電極の製造に使用されており、具体的な例の 1 つは CNT/PMMA 複合電極です。このような電極の構築プロセスを簡素化するために、生産規模を拡大するためにその場での重合が研究されてきました。研究によれば、この方法は費用対効果が高く、必要なサンプル量が少なく、感度が高く、環境および生物分析への応用に大きな可能性を秘めています。
バイオ医薬品
タンパク質、DNA、RNA などのバイオ医薬品にはさまざまな病気を治療できる可能性がありますが、安定性が低く、酵素分解を受けやすく、生物学的障壁を通過する能力が不十分であるため、その用途は限られています。 in situ 重合によって形成されるポリマー - 生体高分子ナノ複合材料は、これらの障害を克服する革新的なアプローチを提供します。
最近の研究では、in situ 重合により、バイオ医薬品の安定性、生物活性、生物学的障壁を透過する能力が向上することが示されています。
プロテイン ナノゲル
タンパク質ナノゲルは、薬物の保存と送達に使用でき、幅広い生物医学用途があります。このタイプのナノゲルは、遊離タンパク質を水相に置き、架橋剤とモノマーを添加してタンパク質コアを取り囲むポリマーナノゲルシェルを形成することにより、その場重合法を使用して調製されます。
尿素ホルムアルデヒドおよびメラミンホルムアルデヒド
尿素-ホルムアルデヒドおよびメラミン-ホルムアルデヒド埋め込みシステムは、現場重合を利用した別の例です。このタイプのシステムには、界面コーティングで使用されるのと同様の化学埋め込み技術が含まれており、すべての重合反応が連続相で発生し、コア材料に反応物を追加する必要はありません。
これらの多様な応用を通じて、in situ 重合技術の重要性は、顕微鏡レベルで材料特性を変化させる能力にあり、生物医学、材料科学、科学などの多くの分野で幅広い可能性を示すことができることがわかります。などの応用可能性。将来に向けて、この技術はより革新的な材料の開発を促進できるでしょうか?
