Dyrkning af polymerer med forskellige længder

ETH-forskere har udviklet en ny metode til fremstilling af polymerer med forskellige længder. Dette baner vejen for nye klasser af polymermaterialer, der kan bruges i tidligere utænkelige applikationer.

Det er svært at forestille sig hverdagen uden materialer lavet af syntetiske polymerer. Tøj, bil dele, computere eller emballage – de består alle af polymermaterialer. Masser af polymerer er til stede i naturen, også, såsom DNA eller proteiner.

Polymerer er bygget på en universel arkitektur:de er sammensat af grundlæggende byggesten kaldet monomerer. Polymersyntese involverer at forbinde monomerer sammen for at danne lange kæder. Forestil dig at tråde glasperler på en snor og skabe kæder af forskellig længde (og vægt).

Polymerisationsprocesser med grænser

En vigtig industriel proces til fremstilling af polymerer er fri radikal polymerisation (FRP). Hvert år bruger den kemiske industri FRP til at producere 200 millioner tons polymerer af forskellige typer, såsom polyakryl, polyvinylchlorid (PVC) og polystyren.

Selvom denne produktionsmetode har mange fordele, det har også sine begrænsninger. FRP producerer en ukontrollerbar blanding af utallige polymerer af forskellig længde; med andre ord, dens spredning er høj. Dispersitet er et mål for, hvor ensartet eller uensartet længden af ​​polymerkæderne i et materiale er. Materialets egenskaber bestemmes i høj grad af denne spredning.

I tilfælde af hverdagspolymerer, polymerer med både lav og høj dispersitet er påkrævet. Faktisk, til mange højteknologiske applikationer, herunder lægemidler eller 3-D-print, høj spredning kan endda være en fordel.

Polymerer med nye egenskaber

Imidlertid, hvis kemikere ønsker at fremstille polymermaterialer med meget specifikke egenskaber, de skal først og fremmest kunne justere spredningen efter ønske. Dette lader dem producere en bred vifte af polymermaterialer, der enten indeholder ensartede polymerarter, har en lav spredning, eller er stærkt dispergeret med et stort antal polymerer af forskellig længde. Indtil nu, dette har næppe været muligt.

En gruppe forskere ledet af Athina Anastasaki, Professor i polymermaterialer ved Institut for Materialevidenskab, har nu udviklet en metode til at kontrollere radikal polymerisation, dermed gør det muligt for forskere systematisk og fuldstændigt at kontrollere spredningen af ​​polymermaterialer. Resultaterne af deres forskning blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Chem .

I fortiden, for i det mindste til en vis grad at være i stand til at kontrollere radikalpolymerisationsprocessen, kemikere ville bruge en enkelt katalysator. Selvom dette sikrer, at de resulterende polymerkæder bliver ensartet lange, det tillader ikke, at den samlede spredning kan kontrolleres som ønsket.

To katalysatorer gør tricket

Nu anvender ETH-forskerne samtidig to katalysatorer med forskellige virkninger - den ene er meget aktiv, den anden kun lidt aktiv. Dette gjorde det muligt for dem at justere dispersiteten præcist som funktion af forholdet, hvori de blandede de to katalysatorer. Hvis den mere aktive katalysator var mere rigelig, mere ensartede polymerer blev fremstillet, hvilket betød, at det resulterende materiale havde lav dispersitet. Hvis, imidlertid, den mindre aktive katalysator var mere rigelig, et stort antal forskellige polymermolekyler blev dannet.

Dette arbejde betyder, at Anastasaki og hendes team har skabt et grundlag for udviklingen af ​​nye polymermaterialer. Ud over, deres proces er også skalerbar; det virker ikke kun i laboratoriet, men også ved anvendelse på større mængder af stoffer. En anden fordel ved denne metode er, at selv polymerer med høj dispersitet kan fortsætte med at vokse, når selve polymeriseringsprocessen er afsluttet - noget, der tidligere blev anset for umuligt.

Den høje effektivitet og skalerbarhed af tilgangen har allerede tiltrukket sig interesse fra industrien. Polymerer fremstillet med den nye proces kan tages i brug i medicin, vacciner, kosmetik eller 3-D print.