Tilføj bare vand:En simpel metode til at opnå alsidige porøse polymerer

For en polymer sammensat af meget simple gentagne enheder har polyethylenimin (PEI) et forbløffende antal praktiske anvendelser, herunder rengøringsmidler, klæbemidler, kosmetik, industrielle midler, CO₂ indfangning og endda cellulære kulturer. Generelt syntetiseres PEI ved ringåbningspolymerisation af ethylenimin, også kendt som aziridin. Når det fremstilles på denne måde, er resultatet en flydende polymer med en forgrenet struktur.

På trods af dets enorme potentiale holdes PEI tilbage af, at ethylenimin er et meget giftigt stof. Fordi denne precursor er kommercielt utilgængelig, er det ret vanskeligt at udføre eksperimenter rettet mod at kontrollere morfologien eller tilstanden af ​​PEI. Som en konsekvens kan vi gå glip af mange nye applikationer til PEI.

For at tackle dette problem har et forskerhold fra Shibaura Institute of Technology (SIT), Japan, fokuseret på at udvikle nye PEI-baserede netværkspolymerer. Ledet af professor Naofumi Naga fra Graduate School of Engineering and Science ved SIT, opdagede dette hold for nylig en enkel, men revolutionerende måde at fremstille sådanne polymerer på, ud fra en triaziridinforbindelse; deres forslag - bare tilsæt lidt vand. Denne undersøgelse blev gjort tilgængelig online den 12. april 2022 og efterfølgende offentliggjort i bind 11 udgave 5 af ACS Macro Letters den 17. maj 2022, blev udført i samarbejde med professor Tamaki Nakano fra Institute for Catalysis og Graduate School of Chemical Sciences and Engineering ved Hokkaido University, Japan, gennem Joint Usage/Research Center Program (MEXT).

Selvom forskerne testede to triaziridinforbindelser, kunne kun en af ​​dem konsekvent give et porøst polymernetværk efter at have reageret med vand. Dets komplette kemiske navn er 2,2-bishydroxymethylbutanol-tris[3-(1-aziridinyl)propionat], og det kan forkortes som "3AZ". Holdet opdagede, at opløsning af 3AZ i destilleret vand ved temperaturer i det beskedne område på 20 til 50 °C var nok til at åbne aziridingrupperne og få 3AZ-monomererne til at forbinde med hinanden. Resultatet, under de fleste temperaturer og indledende 3AZ-koncentrationer, var en porøs polymerfase.

Holdet analyserede morfologien af ​​de porøse polymerer via scanningselektronmikroskopi. Mens syntesetemperaturen ikke så ud til at spille nogen rolle i denne henseende, resulterede forskellige koncentrationer af 3AZ i forskellige partikelstørrelser, der spænder fra 1 til 5 μm. Tværtimod påvirkede syntesetemperaturen nogle af de mekaniske egenskaber af de porøse polymerer, såsom deres Young's (elasticitets) modul. Navnlig kunne alle de porøse polymerer modstå kompressionstest på 50 N.

At være i stand til at skræddersy de morfologiske og mekaniske egenskaber af PEI-baserede porøse polymerer er en stor fordel, i endnu højere grad, når det eneste, der er nødvendigt, er at justere en simpel reaktion med vand. "Vand er et ideelt opløsningsmiddel til kemi på grund af dets øko-venlighed, tilgængelighed og bæredygtighed," bemærker professor Naga, "Vores papir rapporterer en af ​​de nemmeste metoder til at opnå en PEI-baseret netværkspolymer kendt til dato." Ud over de alsidige egenskaber fandt teamet ud af, at deres porøse polymerer kunne absorbere forskellige opløsningsmidler uanset deres egenskaber, herunder hexan, acetone, ethanol, dichlormethan og chloroform.

Samlet set vil denne undersøgelse forhåbentlig bringe nye PEI-baserede polymerer frem i rampelyset. Med øjnene rettet mod fremtiden forventer professor Naga og kolleger at finde nye anvendelser for disse forbindelser. "Bearbejdning og kemisk modifikation af de 3AZ porøse polymerer vil sandsynligvis udvide deres anvendelsesområde, og undersøgelser af disse aspekter er allerede i gang," konkluderer han. + Udforsk yderligere

Forbedret metode til fremstilling af forgrenede polymerer