سازوکارها و کاربردهای پلیمریزاسیون رادیکال آزاد انتقال اتم (ATRP)

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی پلیمر، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران گروه علوم مهندسی، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران

2 گروه علوم مهندسی، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران

10.22063/basparesh.2026.35819.1761

چکیده

پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم (ATRP) به‌عنوان یکی از مهم‌ترین روش‌های پلیمریزاسیون رادیکالی کنترل‌شده، امکان سنتز پلیمرها و کوپلیمرهایی با وزن مولکولی قابل کنترل، توزیع وزن مولکولی باریک و معماری‌های متنوع را فراهم می‌کند. این روش بر پایه‌ی سازوکار فعال‌سازی–غیرفعال‌سازی برگشت‌پذیر رادیکال‌های در حال رشد عمل کرده و با کاهش واکنش‌های اختتام، ویژگی‌هایی نظیر افزایش خطی وزن مولکولی با تبدیل و سینتیک شبه مرتبه اول را به همراه دارد. مرحله‌ی کلیدی آن انتقال یک اتم هالوژن بین کاتالیست و رادیکال پلیمری است. درATRP در مقایسه با پلیمریزاسیون رادیکالی مرسوم، بیشتر زنجیرهای پلیمری تشکیل‌شده در حالت خفته قرار دارند و می‌توانند در حضور یک گونه‌ی فعال‌کننده‌ی مناسب مجدداً فعال شوند. بنابراین کنترل بهتری بر ساختار نهایی پلیمر ایجاد شده داشته و ابزار مناسبی برای طراحی مواد پلیمری با خواص مهندسی دقیق محسوب می‌شود. این فرایند شامل مونومر، آغازگری با گروه (شبه)هالوژنی قابل انتقال، یک سیستم کاتالیستی متشکل از فلز واسطه، لیگاند مناسب و حلالی سازگار با شرایط واکنش است. وزن مولکولی محصولات ATRP می‌تواند از الیگومرها تا پلیمرهای با وزن مولکولی بسیار بالا در حد میلیون‌ها دالتون متغیر باشد. در این مقاله، سازوکارATRP، انواع آن، نقش کاتالیست‌ها و تأثیر پارامترهایی مانند نوع مونومر، حلال و دما بررسی شده و در پایان به کاربردهای مختلف پلیمرهای سنتز شده به روش ATRP پرداخته شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Mechanism and Applications of Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP)

نویسندگان [English]

  • Elham Sabzi dizajikan 1
  • Maryam Arehjani 2
1 Faculty of Polymer Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran Department of Engineering sciences, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
2 Department of Engineering sciences, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
چکیده [English]

Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) is one of the most important controlled radical polymerization techniques, enabling the synthesis of polymers and copolymers with well-defined molecular weights, narrow molecular weight distributions, and diverse architectures. This method operates through a reversible activation–deactivation mechanism of growing radical species, which significantly suppresses termination reactions and results in linear growth of molecular weight with conversion as well as pseudo-first-order kinetics. The key step in this process is the transfer of a halogen atom between the catalyst and the polymer radical. In ATRP, compared to conventional radical polymerization, the majority of the polymer chains are in a dormant state and can be reactivated in the presence of a suitable activator. Therefore, ATRP provides superior control over polymer structure and is consequently a powerful tool for the design of polymeric materials with precisely tailored properties. The ATRP process involves a monomer, an initiator bearing a transferable (pseudo-)halogen group, a catalytic system composed of a transition metal and an appropriate ligand, and a solvent selected according to the reaction conditions. The molecular weight of ATRP products can range from oligomers to very high molecular weight polymers, reaching up to millions of daltons. This article reviews the reaction mechanism of ATRP, its main variants, the role of catalysts, and the influence of key parameters such as monomer type, solvent, and temperature, and finally highlights the application of polymers synthesized via ATRP.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP)
  • Controlled Radical Polymerization
  • Catalytic System
  • Molecular Weight Distribution
  • Block Copolymers