Fremstilling af fremtiden med en ny miljøvenlig polymeriseringsmetode

Mange materialer i den moderne verden - fra plastik, der dominerer det til de elektroniske chips, der driver det - er konstrueret af polymerer. I betragtning af deres allestedsnærværende og de skiftende krav i vores verden, at finde bedre og mere effektive metoder til at fremstille dem er et løbende forskningsproblem. Ud over, aktuelle miljøproblemer nødvendiggør brug af metoder og inputmaterialer, der er miljøvenlige.

Nylig forskning udført af forskere fra Nagoya Institute of Technology, Japan, har været i denne ånd, tilføjer et nyt twist til en polymerisationsteknik, der har eksisteret og har været vellykket siden 1980'erne:levende kationisk polymerisation, hvor polymerkædevæksten ikke har evnen til at ophøre, før monomeren er forbrugt. Forskerne har, for første gang, demonstreret metalfri organokatalyse til denne reaktion ved stuetemperatur for vinyl- og styrenpolymerer, to af de mest almindelige polymerer, der anvendes i plast. Deres metode er ikke kun mere effektiv end nuværende metalbaserede metoder, men også miljøvenlig. Deres resultater er offentliggjort i Royal Society of Chemistry's Polymerkemi .

I deres undersøgelse, de testede først anvendeligheden af ​​ikke-ioniske og multidentate (eller flere elektronpar-accepterende) halogenbindingsorganokatalysatorer, specifikt to jod-bærende polyfluor-substituerede oligoarener, til den levende kationiske polymerisation af isobutylvinylether. Nævner en af ​​deres grunde til at vælge dette, Dr. Koji Takagi, ledende videnskabsmand i undersøgelsen, forklarer i en side:"Den ikke-ioniske egenskab er fordelagtig, fordi katalysatoren er opløselig i mindre polære opløsningsmidler som toluen, som er mere egnet til sådan polymerisering af vinylmonomerer."

De fandt ud af, at med den trekantede variant, reaktionen forløb jævnt selv ved stuetemperatur, producerer et godt udbytte - om end mindre end den teoretiske grænse - på rimelig tid, uden at katalysatoren nedbrydes eller fremstår som en urenhed i produktet. Som Dr. Takagi forklarer, dette kunne være en god fordel i forhold til eksisterende metalliske katalysatorer, der bruges i industrien:"Mens metalbaserede katalysatorer har bidraget væsentligt til materialevidenskaben i det sidste århundrede, forurening af resterende metalliske urenheder medfører ofte et fald i de producerede materialers levetid og ydeevne. Vi mener, at den foreliggende fund vil føre til produktion af meget rene og pålidelige polymere materialer. "

Ved at sige dette, han er, selvfølgelig, med henvisning til det andet store fund i undersøgelsen. Den anden del af deres undersøgelse involverede evaluering af anvendeligheden af ​​ioniske iodimidazolium-katalysatorer med forskellige modanioner (de negative ioner, der ledsager den positivt ladede gruppe) til polymerisation af p-methoxystyren (pMOS) og usubstitueret styren, den sidste er vanskeligere at polymerisere end førstnævnte.

pMOS polymeriserede let ved stuetemperatur inden for to timer og uden katalysatornedbrydning af et bidentat 2-iodimidazoliumsalt, der havde en triflatmodanion. Usubstitueret styren gav maksimalt polymerudbytte via en reaktion ved -10°C i 24 timer med en anionstabiliserende og voluminøs modion-holdig katalysator.

Apropos de producerede produkter, Dr. Takagi siger, "Selvom de opnåede polymerer ikke er beregnet til noget specifikt formål, vores metode forventes at blive anvendt til syntese af ledende polymerer og nedbrydelige polymerer, som ikke bør indeholde metalliske urenheder, hvis de skal konstrueres til praktisk brug."

Ja, resultaterne er uvurderlige for at komme videre med den mere effektive produktion af polymere materialer til en række forskellige anvendelser. Imidlertid, den vellykkede anvendelse af organokatalysatorer ved stuetemperatur giver også flere andre fordele. For en, organokatalysatorer mangler følsomhed over for fugt og ilt, tage sig af det til tider alvorlige problem, som den relativt hygroskopiske natur af ioniske katalysatorer udgør for sådanne kontrollerede polymerisationsreaktioner. Yderligere, de er let tilgængelige og derfor lavpris. De er heller ikke giftige for miljøet. Og når reaktioner udføres ved stuetemperatur, energibehovet er lavt.

Denne undersøgelse baner vejen for billig elektronik i fremtiden, der er lavet af miljøvenlige materialer på bæredygtige måder.