ในเคมีพอลิเมอร์พอลิเมอร์แบบกราฟต์คือโคพอลิเมอร์ แบบแบ่งส่วนที่มีโครงสร้างหลักเป็น เส้นตรง ของ สารประกอบชนิดหนึ่งและมีกิ่งก้าน กระจายตัวแบบสุ่ม ของสารประกอบอีกชนิดหนึ่ง ภาพที่ติดป้ายกำกับว่า "พอลิเมอร์แบบกราฟต์" แสดงให้เห็นว่าสายโซ่กราฟต์ของสารประกอบ B เชื่อมต่อกับพอลิเมอร์ชนิด A ด้วยพันธะโควาเลนต์ แม้ว่าสายโซ่ด้านข้างจะมีโครงสร้างที่แตกต่างจากสายโซ่หลัก แต่สายโซ่กราฟต์แต่ละสายอาจเป็นโฮโมพอลิเมอร์หรือโคพอลิเมอร์ก็ได้ พอลิเมอร์แบบกราฟต์ได้รับการสังเคราะห์มานานหลายทศวรรษแล้ว และโดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้เป็นวัสดุทนแรงกระแทกอีลาสโตเมอร์เทอร์โมพลาสติก สารเพิ่มความเข้ากันได้หรืออิมัลซิไฟเออร์สำหรับการเตรียมสารผสมหรือโลหะผสม ที่เสถียร ตัวอย่างหนึ่งของพอลิเมอร์แบบกราฟต์ที่เป็นที่รู้จักกันดีคือส่วนประกอบที่ใช้ในพอลิสไตรีนทนแรงกระแทกสูงซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างหลักของพอลิสไตรีนที่มีสายโซ่กราฟ ต์ของพอลิบิวทาไดอีน

โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์เป็นโคพอลิเมอร์แบบแตกแขนง โดยที่ส่วนประกอบของโซ่ข้างมีโครงสร้างแตกต่างจากโซ่หลัก โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ที่มีโซ่ข้างจำนวนมากสามารถมีโครงสร้างคล้ายหนอน มีมิติโมเลกุลที่กะทัดรัด และมีเอฟเฟกต์ปลายโซ่ที่โดดเด่นเนื่องจากโครงสร้างที่จำกัดและพอดีแน่น^{[ 1 ]} การเตรียมโคพอลิเมอร์แบบกราฟต์มีมานานหลายทศวรรษแล้ว สามารถใช้วิธีการสังเคราะห์ทั้งหมดเพื่อสร้างคุณสมบัติทางกายภาพทั่วไปของโคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ได้ สามารถใช้สำหรับวัสดุที่ทนต่อแรงกระแทก และมักใช้เป็นเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ สารเพิ่มความเข้ากันได้ หรืออิมัลซิไฟเออร์สำหรับการเตรียมส่วนผสมหรือโลหะผสมที่เสถียร^{[ 2 ]}โดยทั่วไป วิธีการกราฟต์สำหรับการสังเคราะห์โคพอลิเมอร์จะทำให้ได้วัสดุที่มีความเสถียรต่อความร้อนมากกว่าโฮโมพอลิเมอร์^{[ 3 ]} มีวิธีการสังเคราะห์สามวิธี ได้แก่ การกราฟต์ไปยัง การกราฟต์จาก และการกราฟต์ผ่าน ที่ใช้ในการสร้างพอลิเมอร์แบบกราฟต์^{[ 4 ]}

มีแนวทางที่แตกต่างกันมากมายในการสังเคราะห์โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ โดยทั่วไปแล้วจะใช้วิธีการพอลิเมอไรเซชันที่คุ้นเคยซึ่งใช้กันทั่วไป เช่นการพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระถ่ายโอนอะตอม (ATRP) การพอลิเมอไรเซชันแบบเปิดวงแหวนเมตาธีซิส (ROMP) การพอลิเมอไรเซชัน แบบแอนไอออนิกและแคทไอออนิกและการพอลิเมอไรเซชันแบบมีชีวิตของอนุมูลอิสระ วิธีการพอลิเมอไรเซชันอื่นๆ ได้แก่ การกราฟต์ด้วยแสง^{[ 5 ]}การพอลิเมอไรเซชันที่เหนี่ยวนำด้วยรังสี^{[ 6 ]}การพอลิเมอ ไรเซชัน แบบเปิดวงแหวนโอเลฟินเมตาธีซิส^{[ 7 ]}ปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชัน^{[ 8 ]}และการพอลิเมอไรเซชันที่เหนี่ยวนำด้วยอินิเฟอร์เตอร์^{[ 9 ]}

วิธีการต่อกิ่งเกี่ยวข้องกับการใช้สายโซ่หลักที่มีหมู่ฟังก์ชัน A ที่กระจายแบบสุ่มไปตามสายโซ่^{[ 10 ]}การก่อตัวของโคพอลิเมอร์แบบต่อกิ่งเกิดจากปฏิกิริยาการเชื่อมต่อระหว่างสายโซ่หลักที่มีหมู่ฟังก์ชันและหมู่ปลายของกิ่งที่มีปฏิกิริยา ปฏิกิริยาการเชื่อมต่อเหล่านี้เกิดขึ้นได้โดยการดัดแปลงสายโซ่หลักทางเคมี^{[ 11 ]} กลไกปฏิกิริยาทั่วไปที่ใช้ในการสังเคราะห์โคพอลิเมอร์เหล่านี้ ได้แก่ การพอลิเมอไรเซชัน แบบ อนุมูลอิสระ การพอลิเมอไรเซชันแบบแอนไอออนิก การพอลิเม อไรเซชันแบบอนุมูลอิสระถ่ายโอนอะตอมและเทคนิคการ พอลิเมอไรเซชันแบบมีชีวิต

โคพอลิเมอร์ที่เตรียมด้วยวิธีกราฟติ้งทูมักใช้เทคนิคการพอลิเมอไรเซชันแบบแอนไอออนิก วิธีนี้ใช้ปฏิกิริยาการเชื่อมต่อของหมู่ที่มีประจุบวกของพอลิเมอร์หลักและตำแหน่งการแพร่กระจายของพอลิเมอร์ที่มีประจุลบ วิธีนี้จะไม่สามารถทำได้หากปราศจากการสร้างพอลิเมอร์หลักที่มีหมู่ที่ทำปฏิกิริยาได้ วิธีนี้ได้รับความนิยมมากขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของเคมีคลิกปฏิกิริยาเคมีที่มีผลผลิตสูงที่เรียกว่าเคมีเชื่อมต่ออนุมูลไนโตรออกไซด์ถ่ายโอนอะตอมถูกนำมาใช้ในวิธีการกราฟติ้งทูสำหรับการพอลิเมอไรเซชัน

ในวิธีการกราฟต์จากโครงสร้างหลัก โมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกดัดแปลงทางเคมีเพื่อแนะนำตำแหน่งที่ใช้งานได้ซึ่งสามารถเริ่มต้นการทำงานได้ ตำแหน่งเริ่มต้นสามารถรวมเข้าโดยการโคพอลิเมอไรเซชันสามารถรวมเข้าในปฏิกิริยาหลังพอลิเมอไรเซชัน หรืออาจเป็นส่วนหนึ่งของพอลิเมอร์อยู่แล้ว^{[ 11 ]}หากจำนวนตำแหน่งที่ใช้งานได้ตามโครงสร้างหลักมีส่วนร่วมในการสร้างกิ่งหนึ่งกิ่ง จำนวนโซ่ที่กราฟต์ไปยังโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถควบคุมได้โดยจำนวนตำแหน่งที่ใช้งานได้ แม้ว่าจำนวนโซ่ที่กราฟต์จะสามารถควบคุมได้ แต่ความยาวของโซ่ที่กราฟต์แต่ละเส้นอาจแตกต่างกันเนื่องจากผลกระทบของการกีดขวางทางจลนศาสตร์และสเตอริก^{[ 10 ]}

การต่อกิ่งจากปฏิกิริยาต่างๆ ได้ดำเนินการกับพอลิเอทิลีนพอลิไวนิลคลอไรด์และพอลิไอโซบิวทิลีน โดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การต่อกิ่งแบบแอนไอออนิก การ ต่อกิ่ง แบบแคทไอออนิก การพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระถ่ายโอน อะตอม และการพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระในการสังเคราะห์การต่อกิ่งจากโคพอลิเมอร์

โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ที่ใช้ในวิธีกราฟต์จากโครงสร้างหลัก มักสังเคราะห์ขึ้นโดยใช้ปฏิกิริยา ATRP และเทคนิคการกราฟต์แบบแอนไอออนิกและแคทไอออนิก

การกราฟต์ผ่าน หรือที่รู้จักกันในชื่อ วิธี มาโครโมโนเมอร์เป็นหนึ่งในวิธีที่ง่ายกว่าในการสังเคราะห์พอลิเมอร์กราฟต์ที่มีโซ่ข้างที่กำหนดไว้อย่างดี^{[ 11 ]}โดยทั่วไป โมโนเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าจะถูกโคพอลิเมอไรซ์ด้วยอนุมูลอิสระกับมาโครโมโนเมอร์ที่มีฟังก์ชันอะคริเลต อัตราส่วนของความเข้มข้นโมลาร์ของโมโนเมอร์ต่อมาโครโมโนเมอร์ รวมถึงพฤติกรรมการโคพอลิเมอไรซ์ของพวกมัน จะเป็นตัวกำหนดจำนวนโซ่ที่ถูกกราฟต์ เมื่อปฏิกิริยาดำเนินไป ความเข้มข้นของโมโนเมอร์ต่อมาโครโมโนเมอร์จะเปลี่ยนแปลง ทำให้เกิดการวางตำแหน่งของกิ่งแบบสุ่ม และการก่อตัวของโคพอลิเมอร์กราฟต์ที่มีจำนวนกิ่งแตกต่างกัน วิธีนี้ช่วยให้สามารถเพิ่มกิ่งแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันหรือเป็นเนื้อเดียวกันได้ ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนปฏิกิริยาของหมู่ฟังก์ชัน ปลาย บนโมเลกุลขนาดใหญ่ต่อโมโนเมอร์^{[ 12 ]}ความแตกต่างในการกระจายตัวของกราฟต์มีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกายภาพของโคพอลิเมอร์กราฟต์โพลีเอทิลีนโพลีไซล็อกเซน และโพลี( เอทิลีนออกไซด์ ) ล้วนเป็นมาโครโมโนเมอร์ที่ถูกรวมเข้ากับโครงสร้างหลักของ โพลีสไตรีนหรือโพลี(เมทิลอะคริเลต)

วิธีการใช้มาโครโมโนเมอร์ (การเชื่อมต่อผ่าน) สามารถนำไปใช้กับเทคนิคการพอลิเมอไรเซชันใดๆ ที่รู้จักกันได้ การพอลิเมอไรเซชันแบบมีชีวิตช่วยให้สามารถควบคุมน้ำหนักโมเลกุล การกระจายตัวของน้ำหนักโมเลกุล และการเติมหมู่ฟังก์ชันที่ปลายโซ่ได้อย่างพิเศษ

โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางเนื่องจากมีการใช้งานเพิ่มมากขึ้น เช่น ในยานพาหนะสำหรับการส่งยา สารลดแรงตึงผิวการกรองน้ำสารปรับความหนืดฯลฯ^{[ 13 ]}โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกมันเมื่อเทียบกับโคพอลิเมอร์อื่นๆ เช่น โคพอลิเมอร์แบบสลับ โคพอลิเมอร์แบบเป็นคาบ โคพอลิเมอร์แบบสถิติ และโคพอลิเมอร์แบบบล็อก

การประยุกต์ใช้โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ที่พบได้ทั่วไป ได้แก่:

• เยื่อสำหรับการแยกก๊าซหรือของเหลว^{[ 14 ]}
• ไฮโดรเจล^{[ 15 ]}
• ผู้ส่งยา^{[ 16 ]}
• อีลาสโตเมอร์เทอร์โมพลาสติก^{[ 17 ]}
• สารเพิ่มความเข้ากันได้สำหรับส่วนผสมของพอลิเมอร์^{[ 18 ]}
• อิมัลซิไฟเออร์โพลีเมอร์^{[ 13 ]}
• พลาสติกทนแรงกระแทก

โพลีสไตรีนทนแรงกระแทกสูง (HIPS) ถูกค้นพบโดย Charles F. Fryling ในปี 1961 ^{[ 19 ]} HIPS เป็นวัสดุพลาสติกราคาถูกที่ผลิตได้ง่ายและมักใช้สำหรับงานโครงสร้างที่มีความแข็งแรงต่ำเมื่อต้องการความต้านทานแรงกระแทก ความสามารถในการขึ้นรูป และต้นทุนต่ำ การใช้งานหลัก ได้แก่ ต้นแบบที่ขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร ชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีความแข็งแรงต่ำ ตัวเรือน และฝาครอบ^{[ 20 ]}ในการผลิตพอลิเมอร์แบบกราฟต์ โพลีบิวทาไดอีน ( ยาง ) หรือพอลิเมอร์อีลาสโตเมอร์ที่คล้ายกันจะถูกละลายในสไตรีนและทำการพอลิเมอไรเซชัน ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดการพอลิเมอไรเซชันพร้อมกันสองแบบ คือ การพอลิเมอไรเซชันของสไตรีนเป็นโพลีสไตรีน และการพอลิเมอไรเซชันแบบกราฟต์ของสไตรีน -ยาง^{[ 19 ]}ในระหว่างการใช้งานเชิงพาณิชย์ สามารถเตรียมได้โดยการโคพอลิเมอไรเซชันแบบกราฟต์กับพอลิเมอร์เพิ่มเติมเพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีคุณลักษณะเฉพาะ ข้อดีของ HIPS ได้แก่: ^{[ 20 ]}

• เป็นไปตามมาตรฐาน FDA
• ทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี
• ความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม
• มีเสถียรภาพทางมิติที่ดี
• ทาสีและติดกาวได้ง่าย
• ต้นทุนต่ำ
• คุณสมบัติทางสุนทรียภาพที่ยอดเยี่ยม

โดยการเชื่อมต่อพอลิเมอร์เข้ากับโครงสร้างหลักของพอลิเมอร์ โคพอลิเมอร์ที่เชื่อมต่อขั้นสุดท้ายจะได้รับคุณสมบัติใหม่จากพอลิเมอร์ต้นกำเนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งโคพอลิเมอร์ที่เชื่อมต่อเซลลูโลสมีการใช้งานที่หลากหลายซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างของพอลิเมอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับเซลลูโลส^{[ 21 ]}คุณสมบัติใหม่บางประการที่เซลลูโลสได้รับจากโมโนเมอร์ที่แตกต่างกันที่เชื่อมต่อเข้าไป ได้แก่:

• การดูดซึมน้ำ
• ความยืดหยุ่นที่ดีขึ้น
• คุณสมบัติชอบน้ำ/ไม่ชอบน้ำ
• การแลกเปลี่ยนไอออน
• ความสามารถในการดูดซับสีย้อม^{[ 22 ]}
• ความทนทานต่อความร้อน
• ความไวต่ออุณหภูมิ^{[ 23 ]}
• ความไวต่อค่า pH ^{[ 24 ]}
• ผลต้านแบคทีเรีย^{[ 25 ]}

คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เกิดการประยุกต์ใช้งานใหม่ๆ สำหรับพอลิเมอร์เซลลูโลสที่ไม่ผ่านการเชื่อมต่อ ซึ่งรวมถึง:

• วัสดุดูดซับของเหลวในร่างกายทางการแพทย์^{[ 26 ]}
• ความสามารถในการดูดซับความชื้นที่เพิ่มขึ้นในผ้า^{[ 27 ]}
• เยื่อเลือกผ่าน^{[ 28 ]}
• คุณสมบัติการก่อตัวนิวเคลียสที่แข็งแกร่งกว่าเซลลูโลสที่ไม่ได้ปลูกถ่าย และการดูดซับสารปนเปื้อนที่เป็นอันตราย เช่น ไอออนโลหะหนักหรือสีย้อมจากสารละลายในน้ำโดยการดูดซับแบบแกว่งอุณหภูมิ^{[ 23 ]}
• เซ็นเซอร์และวัสดุทางแสง^{[ 29 ]}
• สารลดสำหรับสารประกอบคาร์บอนิลต่างๆ^{[ 30 ]}