پلیمرهای پاسخگو به کربن دی‌اکسید (CO2): 2- کاربردها

نوع مقاله: تالیفی

نویسندگان

دانششکده علوم شیمی و نفت، گروه پلیمر و مواد، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در سال‌های اخیر، علاقه به سامانه‌های پاسخگو به CO2 توجه پژوهشی زیادی را به‌خود جلب کرده‌است. گاز بی‌خطر، ارزان، فراوان و غیرسمی CO2 قابلیت آن را دارد تا به‌عنوان محرک سبز برای مواد پاسخگو به CO2 استفاده شود. در میان مواد پاسخگو به CO2 توسعه یافته، مواد بر پایه پلیمر از اهمیت خاصی برخوردارند. برای پاسخگویی پلیمرها به CO2، وجود بخش‌های پاسخگو به این گاز در ساختار پلیمر لازم است. این بخش‌ها می‌توانند ناشی از عامل سطح‌فعال، مونومر و آغازگر باشند. این پلیمرها تغییرات برگشت‌پذیر در ساختارهای شیمیایی یا خواص فیزیکی در پاسخ به افزودن یا حذف CO2 نشان می‌دهند. افزون بر این، پلیمرهای یادشده برای به‌کارگیری در گستره‌ای از زمینه‌ها شامل رهایش کنترل‌شده دارو، جذب سلول‌های برگشت‌پذیر، کاتالیزکردن، لاتکس‌های تغییرپذیر و جداسازی آب-روغن بررسی شده‌اند. پلیمرهای پاسخگو به CO2 به‌شکل لاتکس‌ها، حلال‌ها، ژل‌ها، عوامل سطح‌فعال و غشاهای نانوالیاف الکتروریسی‌شده استفاده می‌شوند. در این مقاله، جنبه‌های کاربردی مواد پاسخگو به CO2 با تاکید بر مواد پلیمری مرور می‌شود. ابتدا جنبه‌های عمومی پاسخگویی به CO2 شرح داده می‌شود. سپس، مثال‌های فراوانی از کاربرد شیمی پاسخگویی به CO2 در تهیه پلیمرهای پاسخگو به CO2 ارائه می‌شود. هدف از این کار، برجسته‌کردن کاربردهایی است که برای استفاده در زمینه‌های تجاری نویدبخش هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

CO2-Responsive Polymers. II. Applications

نویسندگان [English]

  • Sajad Avar
  • Abbas Rezaee Shirin-Abadi
Department of Polymer & Materials Chemistry, Faculty of Chemistry & Petroleum Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Interest in CO2-responsive systems has received significant research attention in recent years. CO2, which is a benign, inexpensive, abundant, and non-toxic gas, could be used as a green trigger for CO2 responsive materials. Among the CO2-responsive materials that have been developed, polymer-based materials are of particular interest. To have CO2-responsivity in polymers, CO2-responsive moieties in the structure of polymer are required; these moieties can be originated from a surfactant, monomer and initiator. These polymers exhibit reversible changes in chemical structures and/or physical properties in response to the addition or removal of CO2, and are being considered for application in a variety of fields including controlled drug delivery, reversible cells capture, catalysis, switchable latexes, and oil/water separation. CO2 responsive polymers have been used in the form of latexes, solvents, gels, surfactants, and electrospun nanofibrous membranes. This review article focuses on applied aspects of CO2-responsive materials by emphasizing on polymeric materials. In this review paper, first, we present the general aspects of CO2-responsivity, and then provide numerous examples of applying the chemistry of CO2-responsivness to the preparation of CO2-responsive polymers. We intend to highlight those applications which are more promising commercially.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CO2-responsive
  • CO2-switchable
  • green trigger
  • switchable surfactant
  • switchable latex
1.Zhang Q., Lei L., and Zhu S., Gas-Responsive Polymers, ACS Macro Lett., 6, 515–522, 2017.
2.Darabi A., Jessop P.G., and Cunningham M.F., CO2-Responsive
Polymeric Materials: Synthesis, Self-Assembly, and Functional Applications, Chem. Soc. Rev., 45, 4391–4436, 2016.
3.Cunningham M.F. and Jessop P.G., An Introduction to the Principles and Fundamentals of CO2-Switchable Polymers and Polymer Colloids, Eur. Polym. J., 76, 208–215, 2016.
4.Rezaee Shirin-abadi A., Jessop P.G., and Cunningham M.F., In Situ Use of Aqueous RAFT Prepared Poly(2-(diethylamino)( ethyl methacrylate)( as a Stabilizer for Preparation of CO2 Switchable Latexes, Macromol. React. Eng., 11, 1–9, 2016.
5.Han D., Tong X., Boissière O., and Zhao Y., General Strategy for Making CO2-Switchable Polymers, ACS Macro Lett., 1, 57–61, 2012.

6.Yu B., Fan W., and Zhao Y., Gelation of Triblock Copolymers in Aqueous Solution through CO2-Triggered Electrostatic Interaction, Macromol. Chem. Phys., 218, 1–10, 2017.
7.Khakzad F., Reza A., Salehi-mobarakeh H., Rezaee Shirin-abadi A., and Cunningham M.F., Redispersible PMMA Latex Nanoparticles Containing Spiropyran with Photo-, pH- and CO2-Responsivity, Polymer, 101, 274–283, 2016.
8.Lin S., Das A., and Theato P., CO2-Responsive Graft Copolymers:Synthesis and Characterization, Polym. Chem., 8, 1206–1216, 2017.
9.Liang C., Liu Q., and Xu Z., Surfactant-Free Switchable Emulsions Using CO2-Responsive Particles, ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 6898–6904, 2014.
10.Guo J., Wang N., Wu J., Ye Q., Zhang Ch., Xing X.-H., and Yuan J., Hybrid Nanoparticles with CO2-Responsive Shells and Fluorescence-Labelled Magnetic Cores, J. Mater. Chem. B, 2, 437–442, 2014.
11.Liu H., Lin S., Feng Y., and Theato P., CO2-Responsive PolymerMaterials, Polym. Chem., 8, 12–23, 2017.
12.Su X., Nishizawa K., Bultz E., Sawamoto M., Ouchi M., and Jessop P.G., Living CO2-Switchable Latexes Prepared via Emulsion ATRP and AGET Miniemulsion ATRP, Macromolecules,49, 6251–6259 2016.
13.Zhang J., Xu D., Guo J., Sun Z., Qian W., and Zhang Y., CO2-Responsive Imidazolium-Type Poly (Ionic Liquid)( Gels, Macromol.Rapid Commun., 37, 1–6, 2016.
14.Han D., Boissiere O., Kumar S., Tong X., Tremblay L., and Zhao Y., Two-Way CO2-Switchable Triblock Copolymer Hydrogel,Macromolecules, 45, 7440–7445, 2012.
15.Jing X.W., Huang Z.Y., Lu H.S., and Wang B.G., CO2-SensitiveAmphiphilic Triblock Copolymer Self-Assembly Morphology Transition and Accelerating Drug Release from Polymeric Vesicle, Chin. J. Polym. Sci., 1, 1-7 2017.
16.Chalmers B.A., Magee C., Cheung D.L., Zetterlund P.B., and Aldabbagh F., CO2-Responsive Polyacrylamide Copolymer Vesicles with Acid-Sensitive Morpholine Moieties and Large Hydrophobic RAFT End-Group, Eur. Polym. J., 97, 129–137, 2017.
17.Yan Q., Zhou R., Fu C., Zhang H., Yin Y., and Yuan J., CO2-Responsive Polymers Vesicles that Breathe, Angew. Chem., 123, 5025–5029, 2011.
18.Jing X.W., Huang Z.Y., Lu H.S., and Wang B.G., CO2-Sensitive Amphiphilic Triblock Copolymer Self-Assembly Morphology Transition and Accelerating Drug Release from Polymeric Vesicle, Chin. J. Polym. Sci., 36, 18-24, 2018.
19.Lin S. and Theato P., CO2-Responsive Polymers, Macromol. Rapid Commun., 13, 1118-1133, 2013.
20.Yue M., Imai K., Yamashita C., Miura Y., and Hoshino Y., Effects of Hydrophobic Modifications and Phase Transitions of Polyvinylamine Hydrogel Films on Reversible CO2 Capture Behavior: Comparison between Copolymer Films and Blend Films for Temperature-Responsive CO2 Absorption, Macromol. Chem. Phys., 218, 1–7, 2017.
21. Chu Z., Dreiss C.A., and Feng Y., Smart Wormlike Micelles, Chem. Soc. Rev., 42, 7174-7203, 2013.
22.Wang J., Huang Z., Zheng C., and Lu H., CO2/N2-Switchable Viscoelastic Fluids Based on a Pseudogemini Surfactant System, J. Dispersion Sci. Technol., 38, 1705–1710, 2017.
23.Akther N., Sodiq A., Giwa A., Daer S., Arafat H.A., and Hasan S.W., Recent Advancements in Forward Osmosis Desalination: A review, Chem. Eng. J., 281, 502–522, 2015.
24.Cai Y., Shen W., Wang R., William B., Krantz B., and Hu X., CO2 Switchable Dual Responsive Polymers as Draw Solutes for Forward Osmosis Desalination, Chem. Commun., 49, 8377-8379, 2013.
25. Großeheilmann J. and Kragl U., Simple and Effective Catalyst Separation by Novel CO2-induced Switchable Organocatalysts, Chem Sus Chem, 10, 2685–2691, 2017.
26.Hegh D.Y., Mackay S.M., and Tan E.W., CO2-Triggered from Switchable Surfactant Impregnated Liposomes, RSC Adv., 4, 31771-31774, 2014.
27. Madill E.A.W., Garcia-valdez O., and Cunningham M.F., CO2-Responsive Graft Modified Chitosan for Heavy Metal (Nickel)( Recovery, Polymers, 9, 1–13, 2017.
28.Garcia-Valdez O., Brescacin T., Arredondo J., Bouchard J., Jessop P.G., and Champagne P., Grafting CO2-Responsive Polymers from Cellulose Nanocrystals via Nitroxide-Mediated Polymerisation, Polym. Chem., 8, 4124–4131, 2017.
29.Zhang Q., Wang Z., Lei L., Tang J., Wang J., and Zhu S., CO2-Switchable Membranes Prepared by Immobilization of CO2-Breathing Microgels, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 44146–44151, 2017.
30.Dong L., Fan W., Zhang H., Chen M., and Zhao Y., CO2-Responsive Polymer Membranes with Gas-Tunable Pore Size, Chem. Commun., 53, 9574–9577, 2017.