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自由基聚合的应用领域

自由基聚合的应用包括制造聚苯乙烯、热塑性嵌段共聚物弹性体、心血管支架、化学表面活性剂和润滑剂等。嵌段共聚物用于各种应用,包括粘合剂、鞋类和玩具等。

自由基聚合也用于研究,例如碳纳米管的功能化。碳纳米管固有的电子特性导致它们在溶液中形成大的聚集体,从而阻碍了有用的应用。在 CNT 壁上添加小的化学基团可以消除这种倾向并调整对周围环境的响应。使用聚合物代替较小的分子可以改变 CNT 的特性(相反,纳米管可以改变聚合物的机械和电子特性)。例如,研究人员首先通过链自由基聚合使聚苯乙烯聚合,然后在 130 °C 下将其与碳纳米管混合以产生自由基并将它们接枝到碳纳米管壁上,从而用聚苯乙烯涂覆碳纳米管。链增长聚合(“接枝到”)合成具有预定特性的聚合物。聚合物的纯化可用于在接枝前获得更均匀的长度分布。相反,“接枝自”,使用自由基聚合技术,如原子转移自由基聚合 (ATRP) 或氮氧介导聚合 (NMP),允许高分子量聚合物快速生长。

自由基聚合也有助于纳米复合水凝胶的合成。这些凝胶由被网络聚合物包裹的遇水膨胀的纳米级粘土(尤其是那些被归类为蒙脱石的粘土)制成。它们通常具有生物相容性并具有机械特性(如柔韧性和强度),可用于合成组织等应用。合成涉及自由基聚合。粘土分散在水中,在水中形成非常小的多孔板。接着加入引发剂和催化剂,接着加入有机单体,通常是丙烯酰胺或丙烯酰胺衍生物。选择的引发剂与粘土的相互作用比有机单体更强,因此它优先吸附到粘土表面。加热混合物和水溶剂以引发聚合。聚合物从引发剂中生长出来,而引发剂又与粘土结合。由于重组和歧化反应,不断增长的聚合物链相互结合,形成牢固的交联网络聚合物,粘土颗粒充当多个聚合物链段的支化点。在此上下文中使用的自由基聚合允许从多种基材合成聚合物(合适粘土的化学性质各不相同)。链增长聚合特有的终止反应产生具有柔韧性、机械强度和生物相容性的材料。

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自由基聚合物玻璃 PTMA 的导电性是普通半导体聚合物的 10 倍左右。 PTMA 属于一类电活性聚合物,可用于透明太阳能电池、手机显示器的抗静电和防眩光涂层、飞机的抗静电覆盖物以防止雷击、柔性闪存驱动器和热电设备,将电能转化为热能反之亦然。广泛的实际应用需要将电导率再增加 100 到 1,000 倍。

该聚合物是使用脱保护创建的,其中包括用氧原子替换侧基中的特定氢原子。 PTMA 中产生的氧原子在其外壳中有一个未配对的电子,使其易于传输电荷。脱保护步骤可产生四种不同的化学官能团,其中两种有望提高电导率。

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