Ученые научились выращивать полимеры разной длины

09:43, 27/06
- Валентин Устинов -
просмотров: 106

Ученые разработали новый метод получения полимеров различной длины. Это открывает путь для использования новых классов полимерных материалов в ранее немыслимых областях применения.
Трудно представить повседневную жизнь без материалов из синтетических полимеров. Одежда, автозапчасти, компьютеры или упаковка – все они сделаны из полимерных материалов. В природе тоже присутствует много полимеров, например ДНК или белки.

Полимеры построены на универсальной архитектуре: они состоят из базовых строительных блоков, называемых мономерами. Синтез полимера включает связывание мономеров вместе с образованием длинных цепей.

Ограничения в процессах полимеризации

Важным промышленным процессом получения полимеров является свободнорадикальная полимеризация (FRP). Каждый год химическая промышленность использует FRP для производства 200 миллионов тонн полимеров различных типов, таких как полиакрил, поливинилхлорид (ПВХ) и полистирол.

Хотя этот метод производства имеет много преимуществ, он также имеет свои ограничения. FRP производит неконтролируемую смесь бесчисленных полимеров различной длины; другими словами, его дисперсия высока. Дисперсия – это мера того, насколько однородна или неоднородна длина полимерных цепей в материале. Свойства материала в значительной степени определяются этой дисперсностью.

В случае обычных полимеров требуются полимеры как с низкой, так и с высокой дисперсностью. Фактически, для многих высокотехнологичных применений, включая фармацевтику или 3D-печать, высокая дисперсность может быть даже преимуществом.

Полимеры с новыми свойствами

Однако, если химики хотят производить полимерные материалы с очень специфическими свойствами, они должны в первую очередь иметь возможность регулировать дисперсность. Это позволит им производить широкий спектр полимерных материалов, которые либо содержат однородные полимерные частицы, то есть имеют низкую дисперсность, либо сильно диспергированы с большим количеством полимеров различной длины. До сих пор это вряд ли было возможно.

Группа исследователей во главе с Афиной Анастасаки, профессором полимерных материалов на кафедре материаловедения, в настоящее время разработала метод контроля радикальной полимеризации, что позволяет исследователям систематически и полностью контролировать дисперсность полимерных материалов. Результаты их исследований были недавно опубликованы в журнале Chem.

В прошлом, чтобы иметь возможность контролировать процесс радикальной полимеризации, по крайней мере, до некоторой степени, химики использовали бы один катализатор. Хотя это гарантирует, что полученные полимерные цепи становятся равномерно длинными, это не позволяет контролировать общую дисперсность по желанию.

Два катализатора делают свое дело

Теперь исследователи ETH одновременно используют два катализатора с разными эффектами – один очень активен, а другой слабо активен. Это позволило им точно отрегулировать дисперсность в зависимости от соотношения, в котором они смешали два катализатора. Если более активный катализатор был более распространенным, получали более однородные полимеры, что означало, что полученный материал имел низкую дисперсность. Однако, если менее активный катализатор был более распространенным, образовывалось большое количество различных полимерных молекул.

Это открытие означает, что Анастасаки и ее коллеги создали основу для разработки новых полимерных материалов. Кроме того, их процесс также является доступным в промышленных масштабах; он работает не только в лаборатории, но и при применении к большим количествам веществ. Другое преимущество этого метода заключается в том, что даже полимеры с высокой дисперсностью могут продолжать расти после завершения самого процесса полимеризации, что ранее считалось невозможным.

Высокая эффективность и масштабируемость подхода уже вызвали интерес у промышленности. Полимеры, полученные с помощью нового процесса, могут быть использованы в медицине, вакцинах, косметике или 3D-печати.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Информационно- новостной портал