Строение амфифильных полимеров

Типичная амфифильная молекула полимера (от греч. амфи, означающего «с двух сторон», и фило – «любящий») содержит в своем составе достаточно длинные гидрофильную и гидрофобную части. Один из вариантов такой структуры показан на Рис. 1.

Рис. 1. Строение простейшего амфифильного полимера

Полимеры, имеющие дифильное строение, получают полимеризацией мономеров различных типов (обычно двух) или последующей модификацией водорастворимого полимера по функциональным группам. В зависимости от способа получения амфифильные молекулы полимеров могут иметь различное строение, например, блок-сополимеры состоят из блока(ов) одного вида гомополимера, присоединенного к блоку(ам) другого вида [[1]]. При этом блочные полимеры могут быть трех основных видов: диблочные, триблочные, и с концевой гидрофобной группой. Мультиблочные макромолекулы могут иметь регулярное или случайное чередование блоков.

Чаще всего наряду с линейными амфифильными полимерами, рассматриваются также гребнеобразные амфифильные сополимеры. Как правило, они содержат привитые к их основной цепи, построенной из однотипных звеньев, блоки, состоящие из звеньев другого типа (Рис. 2).

Рис. 2. Архитектура блочных сополимеров

А – гидрофильный блок, В-гидрофобный блок.

В зависимости от наличия заряда в гидрофильном блоке макромолекулы амфифильные полимеры могут быть ионными (полиэлектролиты) и неионными. В качестве неионного гидрофильного фрагмента в большинстве рассматриваемых в настоящее время амфифильных полимеров используются блоки полиэтиленоксида (ПЭО) [2]. В ряде случаев наряду с блоками полиэтиленоксида для введения в полимер гидрофобных фрагментов в полимер вводят блоки других алкилеоксидов – полипропиленоксида (ППО) и полибутиленоксида (ПБО). Сополимеры ПЭО и ППО объединены торговым названием Плюроники, а сополимеры ПЭО и ПБО – Синпероники.

Реже в качестве неионных гидрофильных блоков, придающих амфифильным полимерам растворимость в воде, в отдельных работах используют также фрагменты поливинилового спирта, полиакриламида, поливинилпирролидона.

Ионные амфифильные блок-сополимеры могут быть анионными или катионными. В случае анионных дифильных молекул заряженные блоки представлены полиакриловой кислотой, полиметакриловой кислотой, полималеиновой кислотой и другими кислотами. Для синтеза амфифильных полимеров они сочетаются с неионными блоками полистирола, полиметилметакрилата или полиизобутилена.

При получении положительно заряженных амфифильных макромолекул носителями заряда обычно выступают протонированные третичные амины, у которых степень ионизации зависит от рН среды. Примерами таких катионных полиэлектролитных блоков могут служить поли (2-винилпиридин), поли [2 (диметиламино) этилметакрилат], полиимины различного строения.

В большинстве случаев в качестве гидрофобных фрагментов амфифильные полимеры содержат блоки или длинноцепные группы с алифатическими последовательностями или ароматическими углеводородными радикалами.

Для ПЭО можно привести следующий перечень гидрофобных составляющих амфифильных полимеров (по возрастанию гидрофобности): L-лизин, β-бензоил-L-аспартат, γ-бензоил-L-глутамат, капролактон. Разумеется, круг используемых полимеров приведенными примерами не исчерпывается. Основными методами получения таких амфифильных полимеров на основе ПЭО является анионная полимеризация или же радикальная полимеризация с использованием различных инициаторов. Все эти методы позволяют получить полимеры с молекулярной массой (1–100)Ч103, а также с различным гидрофильно-гидрофобным балансом.