Sintesi di polimeri

I polimeri sono una classe di materiali composti da piccole unità chimiche ripetute. L’elemento costitutivo o unità ripetuta di un polimero si chiama monomero. La polimerizzazione, o sintesi polimerica, è una reazione chimica in cui i monomeri sono uniti insieme da legami covalenti per formare strutture polimeriche. La lunghezza della catena polimerica è caratterizzata dal numero delle unità ripetute nella catena, detto grado di polimerizzazione (DP). Il peso molecolare del polimero è il prodotto del peso molecolare dell’unità ripetuta moltiplicato per il DP. Le proprietà di base dei polimeri dipendono essenzialmente da peso molecolare, struttura (lineare o ramificata) e DP.  

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Sulla base del tipo di reazioni chimiche in gioco, le polimerizzazioni sono raggruppate in due classi che vanno sotto il nome di polimerizzazioni per condensazione e polimerizzazioni per addizione. Nella polimerizzazione per condensazione o polimerizzazione a stadi, avviene una reazione di condensazione fra due diversi monomeri bi- o tri-funzionali durante la quale si assiste all’eliminazione di piccole molecole (spesso acqua). Nella polimerizzazione per addizione, o polimerizzazione a catena, la crescita del polimero avviene per aggiunta di monomeri ai siti attivi della catena polimerica, con la rigenerazione dei siti attivi alla fine di ogni stadio di crescita. Per produrre la specie iniziatrice provvista di centri attivi, è necessario un iniziatore. Il centro attivo può essere un radicale libero, un catione, un anione o un complesso organometallico.

Le proprietà e le prestazioni dei polimeri dipendono strettamente dai tipi di monomero e dal metodo di polimerizzazione usato per la sintesi. La polimerizzazione radicalica vivente, detta anche polimerizzazione radicalica controllata (CRP), consente un miglior controllo sul peso molecolare, sulla distribuzione dei pesi molecolari, sulla funzionalità e sulla composizione del polimero. La CRP può essere impiegata con un’ampia varietà di monomeri vinilici per creare polimeri con proprietà diversificate a seconda delle applicazioni.

Esistono tre tecniche fondamentali di CRP:

• polimerizzazione radicalica per trasferimento atomico (ATRP)
• polimerizzazione a trasferimento di catena con addizione-frammentazione reversibile (RAFT)
• polimerizzazione mediata da nitrossido (NMP) 

L’ATRP è particolarmente adatta per la sintesi di polimeri da impiegare in applicazioni che richiedono una attenta modulazione di proprietà superficiali quali l’adesione o l’idrofilia o per la funzionalizzazione di nanoparticelle. I polimeri ottenuti per RAFT e ATRP possono essere modificati dopo la polimerizzazione e trovano ampio impiego in campo biomedico per applicazioni di drug delivery e di ingegneria dei tessuti. I copolimeri a blocchi per applicazioni biomediche sono comunemente sviluppati tramite RAFT o ATRP. I copolimeri a blocchi sviluppati mediante NMP sono essenziali per la dispersione di pigmenti, per dispositivi di memoria e nella produzione industriale di compositi.

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