Практическое применение грп
Как уже указывалось выше, ГРП обладают уникальными свойствами, отличающими их от других классов полимеров. Источником этих уникальных отличительных свойств является необычная топологическая структура "core-shell" с очень высокой локальной концентрацией концов цепей в периферическом слое (shell) макромолекул и с очень высокой локальной концентрацией узлов разветвления в сердцевине (core). В результате гидродинамический объем макромолекул ГРП по достижении определенной степени разветвленности перестает расти с увеличением их размера и поэтому он, начиная с некоторой величины Mn (обычно уже при Mn>104) становится значительно меньше гидродинамического объема линейных макромолекул с тем же значением Mn. Такая более компактная упаковка макромолекул ГРП и большое количество свободных концов цепей на их периферии и является основной структурно-физической причиной появления у ГРП их уникальных свойств, в том числе и существования их даже в высококонцентрированных растворах в виде изолированных макромолекул, а не агрегатов. Последнее обеспечивает максимальную эффективность ГРП при использовании их в качестве модификаторов. На макроскопическом уровне топологические особенности ГРП проявляются в виде таких уникальных свойств как высокая растворимость и термодинамическая совместимость, высокая сорбционная способность в совокупности со способностью транспортировки веществ-сорбатов в средах, в которых сорбат нерастворим (эта способность позволяет использовать ГРП как в качестве наноконтейнеров, так и в качестве нанореакторов с высокой локальной концентрацией реагентов). Все эти свойства оказались настолько востребованными в аспекте практического применения, что ГРП стремительно распространились не только в области полимерного материаловедения, но также и в области медицины, биологии, электроники и др. При этом эффективность применения ГРП оказалась столь необычно высокой (улучшение свойств на 100-200% !), что это и явилось причиной связанной с ГРП революции в полимерном материаловедении.
Сейчас трудно назвать область, куда не успели бы уже проникнуть ГРП с неизменным положительным эффектом. Особенно высокой эффективность ГРП оказалась в качестве модификаторов полимерных материалов (конструкционных, лакокрасочных, органических стекол, полимерных нанокомпозитов), в качестве полимерной основы материалов для электроники, микроэлектроники и источников тока нового поколения (изоляторов с рекордно низкой диэлектрической проницаемостью, полиэлектролитов, полупроводников, полимерных плазмонов), в качестве электрооптических материалов (включая солнечные батареи), в качестве наноконтейнеров функциональных добавок (красителей, фототропных веществ и др. для оптических органических стекол), в качестве фармакологических наноконтейнеров в медицине, в качестве сенсоров для сверхчувствительных анализаторов химического и экологического назначения, в качестве наноразмерных реакторов химического и биохимического назначения.
Различные направления практического применения ГРП обобщены в виде табл.7.1.
Таблица 7.1 – Основные направления практического применения ГРП.
Область применения |
Достигнутая цель |
1. Конструкционные полимерные материалы. |
|
1.1. Густосетчатые полимеры (полиэпоксиды, полиэфиры и др.). |
Уменьшение хрупкости отвержденных поли-мерных матриц, улучшение реологии исходных неотвержденных масс. |
1.2. Высоконаполненные компози-ты (включая стоматологические). Полимер-полимерные композиты (бленды). Пористые материалы. |
Поверхностная модификация наполнителей, улучшение реологических свойств исходных композиций, увеличение содержания напол-нителя в композите. Улучшение морфоло-гической структуры полимер-полимерных композитов за счет повышения термо-динамической совместимости компонентов. |
1.3. Органические стекла (включая полимерные оптические материалы). |
Наноразмерные локальные резервуары функциональных добавок (фототропных веществ, красителей и др.). Супертон-кослойные функциональные покрытия поверхности органических стекол. Изме-нение морфологической структуры стекол радикальной полимеризацией путем при-менения полинепредельных ГРП в качестве сшивающих агентов. |
2. Лакокрасочные материалы, защитные и антикоррозионные покрытия. Герметики. Ламинаты. Упаковочные тонкослойные материалы. |
Экологически чистые (без органических растворителей) составы (включая водо-эмульсионные), фотоотверждение, улуч-шение адгезии, снижение хрупкости и уров-ня внутренних напряжений, улучшение свойств (глянец и др.). |
3. Типографские краски. |
Эффект мгновенной фотосушки при УФ-облучении, улучшение свойств. |
4. Высокоэффективные источники тока нового поколения. |
Высокоэффективные полимерные электро-литы; чрезвычайно тонкие (мономолекуляр-ные ~10 нм) антиполяризационные покрытия для электродов. |
5. Полимерные нанокомпозиты. 6. Металлополимеры. |
Предотвращение агрегации наночастиц (или частиц металлов) и как следствие их чрезвычайно равномерное распределение в объеме материала. Улучшение свойств. |
7. Полиолефины, поликарбонаты и др. кристаллизующиеся поли-меры.
|
Наноразмерные зародыши кристаллизации, равномерно распределенные в объеме полимера, обеспечивающие уменьшение раз-меров сферолитов, сужение функции распре-деления их в объеме и как следствие повышение прочности. Снижение вязкости расплава. Окрашивание. |
8. Смазочные масла. |
Наноконтейнеры, растворимые в маслах, наполненные нерастворимыми присадками (антиоксиданты и др.). |
9. Голография. |
Улучшение разрешающей способности при записи информации лазерным лучом в объеме полимера в виде голограмм. |
10. Получение полимерных изде-лий микроскопических размеров при помощи лучевых инстру-ментов (microfabrication) для микроэлектроники и др. областей. |
Повышение точности микрофабрикации. |
|
|
11. Медицина, косметика, биология, биотехнология. |
Наноконтейнеры на основе ГРП для фармо-калогических препаратов, обеспечивающих либо пролонгирование, либо транспорти-ровку внутри организма. |
12. Полимерные сенсоры. |
Повышение чувствительности сенсоров за счет формирования тончайших сенсорных пленок с улучшенной однородностью. |
1 Добавки агентов передачи цепи уменьшают лишь P, не влияя при этом на величину .