Wpływ geometrii cząstek na wydajność etapu inicjowania polimeryzacji ATRP inicjowanej z powierzchni

Projekt dotyczy zagadnień związanych z syntezą materiałów hybrydowych – ma na celu wyjaśnienie pewnych zależności, które wpływają na właściwości końcowe tych materiałów. W rozumieniu ogólnym hybryda oznacza połączenie różnych indywiduów w jedną, spójną całość. W tym szczególnym przypadku wspomniane materiały hybrydowe to nieorganiczne cząstki krzemionki, do których doczepione są łańcuchy organicznych polimerów, czyli związków, których cząsteczki składają się z bardzo wielu powtarzających się jednostek o identycznej budowie, zwanych merami. Takie układy, ze względu na swoistą geometrię, nazywane są również szczotkami polimerowymi. Od chwili opracowania stanowią one obiekt dużego zainteresowania, nie tylko ze względu na bardzo ciekawą strukturę przestrzenną, ale głównie ze względu na szerokie spektrum ich potencjalnych zastosowań, na przykład jako nanokompozyty, czynniki stabilizujące zawiesiny, materiały smarne, adhezyjne, czy wypełnienia kolumn chromatograficznych. Szczotki polimerowe można otrzymać między innymi przez inicjowanie z powierzchni cząstek sferycznych reakcji polimeryzacji odpowiednich monomerów (cząsteczek związków chemicznych o stosunkowo niedużej masie cząsteczkowej). Wykorzystanie w procesie syntezy badanych materiałów kontrolowanej polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomu ATRP (ang. atom transfer radical polymerization) zapewnia doskonałą kontrolę rozmiarów pojedynczych hybryd, a więc ich precyzyjne projektowanie, wręcz „szycie na miarę” poszczególnych potrzeb, biorąc pod uwagę pożądane właściwości. Możliwa jest również kontrola składu i funkcyjności pojedynczych łańcuchów. Ma to ogromne znaczenie w syntezie różnych kopolimerów (polimerów, których łańcuchy zawierają dwa lub więcej rodzajów merów). W przypadku szczotek polimerowych szczególną uwagę poświęca się dodatkowo kontroli gęstości szczepiania łańcuchów na powierzchni, w celu ingerencji w ich strukturę przestrzenną (konformacje). Wpływa ona bowiem na powstawanie splątań pomiędzy pojedynczymi łańcuchami, a tym samym pozwala na uzyskanie zupełnie innych właściwości dla tego samego typu materiału. Zmienia się wówczas chociażby przenikalność takiego układu czy stopień jego zwilżania. Czasem można zaobserwować zmianę charakteru samego polimeru, na przykład z twardego i kruchego może przekształcić się w układ miękki i elastyczny.

W projekcie podjęte zostaną próby oszacowania wpływu wielkości cząstek na wydajność inicjowania reakcji polimeryzacji ATRP z powierzchni, dla różnych klas monomerów o odmiennej objętości właściwej pojedynczej cząsteczki. Oszacowanie tych zależności pozwoli na dokładniejsze poznanie mechanizmu reakcji inicjowanej z powierzchni nieorganicznych cząstek, co w rezultacie może zwiększyć liczbę możliwych zastosowań tej grupy materiałów.

Dr inż. Joanna Pietrasik

Pracuje na Politechnice Łódzkiej na Wydziale Chemicznym, w Instytucie Technologii Polimerów i Barwników. Jest współautorką 40 publikacji w zagranicznych czasopismach przedmiotowych, otrzymała wyróżnienia Fundacji Kościuszkowskiej, Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz Presidential Green Chemistry Award. Odbyła staże w Stanach Zjednoczonych (Carnegie Mellon University, Pittsburgh), Francji (Laboratoire des Materiaux Polymers et Biomateriaux, Lyon), Belgii (Ghent University, Department of Organic Chemistry, Ghent) oraz  Chinach (Sun Yat-sen University, School of Chemistry and Chemical Engineering, Key Laboratory for Polymeric Composite and Functional Materials of Ministry of Education P.R. China, Materials Science Institute). Aktywnie współpracuje z Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN w Łodzi, z Instytutem Chemii Organicznej PAN w Warszawie oraz z Wydziałem Chemii na Uniwersytecie Warszawskim. Prowadzi prace badawcze nad zastosowaniem kontrolowanych polimeryzacji rodnikowych do syntezy funkcjonalnych materiałów polimerowych o ściśle określonej architekturze pojedynczych makrocząsteczek.

Data publikacji:05.09.2012