Language
Country/Area
No result found
Bí mật của quá trình trùng hợp tại chỗ: Tại sao công nghệ này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của polyme và hạt nano?
Trong hóa học polyme, trùng hợp tại chỗ được định nghĩa là phương pháp điều chế được thực hiện trong "hỗn hợp trùng hợp" được sử dụng để phát triển polyme nanocompozit từ các hạt nano. Việc thực hiện phương pháp này có thể cải thiện đáng kể các tính chất tổng thể của vật liệu ở cấp độ vi mô, điều này đã được chứng minh trong nhiều ứng dụng.
Quá trình trùng hợp tại chỗ bao gồm bước bắt đầu, sau đó là nhiều bước trùng hợp, cuối cùng tạo ra hỗn hợp các phân tử polyme và hạt nano.
Các hạt nano ban đầu được phân tán trong các monome lỏng hoặc tiền chất có trọng lượng phân tử thấp để bắt đầu quá trình trùng hợp bằng cách tạo thành một hỗn hợp đồng nhất. Khi cơ chế trùng hợp hoàn tất, một nanocompozit được tạo ra, là sự kết hợp giữa các phân tử polymer và hạt nano. Để có thể trùng hợp tại chỗ thành công, cần phải đáp ứng một số điều kiện cần thiết, bao gồm việc sử dụng các polyme tiền chất có độ nhớt thấp (thường dưới 1 Pascal), thời gian trùng hợp ngắn, các polyme có tính chất cơ học phù hợp và không cần trùng hợp trong quá trình trùng hợp. sản phẩm phụ.
Ưu điểm và nhược điểm
Quy trình trùng hợp tại chỗ mang lại một số lợi ích, bao gồm việc sử dụng vật liệu tiết kiệm chi phí, dễ tự động hóa và khả năng tích hợp với nhiều phương pháp gia nhiệt và xử lý khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm như hạn chế về vật liệu sẵn có, thời gian thực hiện quá trình trùng hợp ngắn và chi phí thiết bị cần thiết cao.
Vật liệu nano đất sét
Vào cuối thế kỷ 20, Tập đoàn ô tô Toyota đã phát triển ứng dụng thương mại đầu tiên của vật liệu nanocompozit đất sét-polyamit-6, được điều chế thông qua công nghệ trùng hợp tại chỗ. Lĩnh vực đặc biệt này đã được nghiên cứu chuyên sâu sau khi Toyota đặt nền móng. Việc thêm một lượng nhỏ chất độn nano vào ma trận polymer có thể cải thiện đáng kể độ bền, độ ổn định nhiệt và khả năng xuyên qua rào cản của vật liệu nanocompozit đất sét.
Một nghiên cứu của Zeng và Lee đã xem xét vai trò của chất xúc tác trong quá trình trùng hợp tại chỗ và một phát hiện quan trọng là việc sử dụng nhiều monome và chất xúc tác phân cực hơn sẽ tạo ra các sản phẩm nanocomposite thuận lợi hơn.
Ống nano cacbon (CNT)
Quá trình trùng hợp tại chỗ đóng vai trò then chốt trong việc điều chế ống nano biến đổi polyme bằng cách sử dụng ống nano carbon. Do các đặc tính cơ, nhiệt và điện tử vượt trội của chúng, ống nano carbon đã được nghiên cứu rộng rãi để phát triển các ứng dụng thực tế khác nhau kể từ khi được phát hiện.
Ứng dụng
Các ống nano carbon đã được sử dụng để chế tạo điện cực và một ví dụ cụ thể là điện cực tổng hợp CNT/PMMA. Để đơn giản hóa quá trình chế tạo các điện cực như vậy, quá trình trùng hợp tại chỗ đã được nghiên cứu để tăng quy mô sản xuất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp này có hiệu quả về mặt chi phí, yêu cầu thể tích mẫu thấp, độ nhạy cao và có tiềm năng lớn cho các ứng dụng phân tích sinh học và môi trường.
Dược phẩm sinh học
Các dược phẩm sinh học như protein, DNA và RNA có khả năng điều trị nhiều loại bệnh, nhưng ứng dụng của chúng bị hạn chế do tính ổn định kém, dễ bị thoái hóa enzyme và không đủ khả năng xuyên qua các rào cản sinh học. Các vật liệu nanocompozit polyme-đại phân tử sinh học được hình thành bằng phản ứng trùng hợp tại chỗ mang lại một cách tiếp cận sáng tạo để khắc phục những trở ngại này.
Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng trùng hợp tại chỗ có thể cải thiện tính ổn định, hoạt tính sinh học và khả năng xuyên qua các rào cản sinh học của dược phẩm sinh học.
Gel nano protein
Gel nano protein có thể được sử dụng để lưu trữ và vận chuyển thuốc và có nhiều ứng dụng y sinh. Loại nanogel này được điều chế bằng phương pháp trùng hợp tại chỗ bằng cách đặt các protein tự do vào pha nước và thêm các tác nhân liên kết ngang và monome để tạo thành lớp vỏ nanogel polymer bao quanh lõi protein.
Urê formaldehyde và melamine formaldehyde
Hệ thống nhúng urê-formaldehyde và melamine-formaldehyde là một ví dụ khác về việc sử dụng phản ứng trùng hợp tại chỗ. Loại hệ thống này bao gồm công nghệ nhúng hóa học tương tự như công nghệ được sử dụng trong lớp phủ bề mặt, với tất cả các phản ứng trùng hợp xảy ra trong pha liên tục mà không cần thêm bất kỳ chất phản ứng nào vào vật liệu lõi.
Thông qua những ứng dụng đa dạng này, chúng ta có thể thấy tầm quan trọng của công nghệ trùng hợp tại chỗ nằm ở khả năng thay đổi tính chất vật liệu ở cấp độ vi mô, cho phép nó thể hiện tiềm năng rộng lớn trong nhiều lĩnh vực như y sinh, khoa học vật liệu, v.v. tiềm năng ứng dụng. Đối mặt với tương lai, liệu công nghệ này có thể thúc đẩy sự phát triển của các vật liệu sáng tạo hơn không?
