グラフトポリマー

グラフト法では、鎖に沿ってランダムに分布した官能基 A を持つ主鎖を使用します。^{[ 10 ]}グラフト共重合体の形成は、官能基を持つ主鎖と反応性のある分岐の末端基との間のカップリング反応に由来します。これらのカップリング反応は、主鎖を化学的に修飾することによって可能になります。 ^{[ 11 ]}これらの共重合体を合成するために使用される一般的な反応機構には、フリーラジカル重合、アニオン重合、原子移動ラジカル重合、リビング重合技術などがあります。

グラフト重合法で調製される共重合体は、しばしばアニオン重合技術を利用する。この方法は、主鎖ポリマーの求電子基とアニオンリビングポリマーの成長部位とのカップリング反応を利用する。反応性基を有する主鎖ポリマーの生成がなければ、この方法は不可能である。この方法は、クリックケミストリーの台頭とともに普及が進んでいる。グラフト重合法には、原子移動ニトロキシドラジカルカップリング化学と呼ばれる高収率の化学反応が用いられる。

グラフト重合法では、高分子の主鎖を化学的に修飾して、機能を開始できる活性部位を導入します。開始部位は、共重合によって組み込むことも、重合後反応で組み込むことも、あるいは既にポリマーの一部となっていることもあります。^{[ 11 ]}主鎖に沿った活性部位の数が1つの分岐の形成に関与する場合、高分子にグラフトされる鎖の数は活性部位の数によって制御できます。グラフトされる鎖の数は制御できますが、速度論的および立体障害効果により、各グラフト鎖の長さに違いが生じる可能性があります。^{[ 10 ]}

ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイソブチレンからのグラフト重合反応が実施されてきた。共重合体からのグラフト重合の合成には、アニオングラフト重合、カチオングラフト重合、原子移動ラジカル重合、フリーラジカル重合など、さまざまな手法が用いられてきた。

グラフト重合法に用いられるグラフト共重合体は、ATRP反応やアニオン性およびカチオン性グラフト重合技術を用いて合成されることが多い。

グラフト法（マクロモノマー法とも呼ばれる）は、明確な側鎖を持つグラフトポリマーを合成するより簡単な方法の 1 つです。^{[ 11 ]}通常、低分子量のモノマーが、アクリレート官能基化マクロモノマーとフリーラジカルで共重合されます。モノマーとマクロモノマーのモル濃度の比、およびそれらの共重合挙動によって、グラフトされる鎖の数が決まります。反応が進むにつれて、モノマーとマクロモノマーの濃度が変化し、分岐がランダムに配置され、分岐の数が異なるグラフト共重合体が形成されます。この方法では、高分子の末端官能基とモノマーの反応性比に基づいて、分岐を不均一または均一に付加することができます。 ^{[ 12 ]}グラフトの分布の違いは、グラフト共重合体の物理的特性に大きな影響を与えます。ポリエチレン、ポリシロキサン、およびポリエチレンオキシドはすべて、ポリスチレンまたはポリ（メタクリル酸メチル）主鎖に組み込まれたマクロモノマーです。

マクロモノマー（グラフト重合）法は、既知のあらゆる重合技術を用いて適用できる。リビング重合では、分子量、分子量分布、および末端官能基化を特に精密に制御できる。

高耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）は、1961年にチャールズ・F・フライリングによって発見されました。^{[ 19 ]} HIPSは、低コストで加工が容易なプラスチック材料であり、耐衝撃性、機械加工性、低コストが求められる低強度構造用途によく使用されます。主な用途には、機械加工されたプロトタイプ、低強度構造部品、ハウジング、カバーなどがあります。^{[ 20 ]}グラフトポリマーを製造するには、ポリブタジエン（ゴム）または同様のエラストマーポリマーをスチレンに溶解して重合します。この反応により、スチレンからポリスチレンへの重合とスチレン-ゴムのグラフト重合という2つの同時重合が可能になります。^{[ 19 ]}商業用途では、製品に特定の特性を与えるために、追加のポリマーとのグラフト共重合によって製造することができます。HIPSの利点には、次のものがあります。^{[ 20 ]}

• FDA準拠
• 優れた耐衝撃性
• 優れた被削性
• 寸法安定性に優れている
• 塗装や接着が簡単
• 低コスト
• 優れた美的特性

ポリマーをポリマー主鎖にグラフトすることで、最終的なグラフト共重合体は元のポリマーとは異なる新しい特性を獲得します。具体的には、セルロースグラフト共重合体は、セルロースにグラフトされたポリマーの構造に応じて、さまざまな用途があります。^{[ 21 ]}セルロースにグラフトされた異なるモノマーによってセルロースが獲得する新しい特性には、次のようなものがあります。

• 水の吸収
• 弾力性の向上
• 親水性／疎水性
• イオン交換
• 染料吸着能力^{[ 22 ]}
• 耐熱性
• 温度感受性^{[ 23 ]}
• pH感受性^{[ 24 ]}
• 抗菌効果^{[ 25 ]}

これらの特性により、グラフト化されていないセルロースポリマーに新たな用途がもたらされる。具体的には以下の通りである。

• 医療用体液吸収材^{[ 26 ]}
• 布地の吸湿能力の向上^{[ 27 ]}
• 選択透過膜^{[ 28 ]}
• 未グラフトセルロースよりも強い核形成特性を持ち、温度スイング吸着により水溶液から重金属イオンや染料などの有害汚染物質を吸着する^{[ 23 ]。}
• センサーと光学材料^{[ 29 ]}
• 様々なカルボニル化合物の還元剤^{[ 30 ]}