Многие материалы в современном мире - от пластика, который преобладает в нем, до электронных чипов, которые им управляют - сделаны из полимеров. Учитывая их повсеместное распространение и меняющиеся требования нашего мира, поиск лучших и более эффективных методов их изготовления является постоянной исследовательской задачей. Кроме того, текущие экологические проблемы требуют использования экологически безопасных методов и исходных материалов.
Недавнее исследование, проведенное учеными из Нагойского технологического института, Япония, было проведено именно в этом ключе, добавив новый поворот в метод полимеризации, который успешно применяется с 1980-х годов: живая катионная полимеризация, при которой рост полимерной цепи не имеет возможности обрываться до тех пор, пока мономер не будет израсходован. Ученые впервые продемонстрировали безметалловый органокатализ этой реакции при комнатной температуре для виниловых и стирольных полимеров, двух наиболее распространенных полимеров, используемых в пластмассах. Их метод не только более эффективен, чем современные методы на основе металлов, но и безопасен для окружающей среды. Их результаты опубликованы в журнале «Химия полимеров» Королевского химического общества.
В своем исследовании они впервые проверили применимость неионогенных и мультидентатных (или нескольких акцепторных электронных пар) галогенсвязывающих органокатализаторов, в частности, двух полифторзамещенных олигоаренов, несущих йод, к живой катионной полимеризации изобутилвинила. эфир. Упомянув одну из причин, по которой они выбрали это, д-р Кодзи Такаги, ведущий ученый в исследовании, поясняет в отступлении: «Неионогенные характеристики выгодны, потому что катализатор растворим в менее полярных растворителях, таких как толуол, который больше подходит для таких полимеризация виниловых мономеров."
Они обнаружили, что с тридентатным вариантом реакция плавно протекает даже при комнатной температуре, давая хороший выход - хотя и меньше теоретического предела - за разумное время, без разложения катализатора или появления примеси в продукт. Как объясняет д-р Такаги, это может быть хорошим преимуществом по сравнению с существующими металлическими катализаторами, используемыми в промышленности: «Хотя катализаторы на основе металлов внесли значительный вклад в науку о материалах за последнее столетие, загрязнение оставшимися металлическими примесями часто приводит к снижению срок службы и производительность производимых материалов. Мы считаем, что настоящее открытие приведет к производству высокочистых и надежных полимерных материалов."
Говоря это, он, конечно же, имеет в виду и другой важный вывод исследования. Вторая часть их исследования включала оценку применимости ионных йодимидазолиевых катализаторов с различными противоанионами (отрицательные ионы, сопровождающие положительно заряженную группу) для полимеризации п-метоксистирола (pMOS) и незамещенного стирола, последний из которых труднее поддается обработке. полимеризуются, чем первые.
pMOS легко полимеризуется при комнатной температуре в течение двух часов и без катализатора разложения бидентатной 2-иодимидазолиевой соли, имеющей противоанион трифлата. Незамещенный стирол дает максимальный выход полимера в результате реакции при -10°C в течение 24 часов с анионстабилизирующим и объемным катализатором, содержащим противоионы.
Говоря о полученных продуктах, д-р Такаги говорит: «Хотя полученные полимеры не предназначены для какой-либо конкретной цели, ожидается, что наша методология будет применяться для синтеза проводящих полимеров и разлагаемых полимеров, которые не должны включать металлические примеси, если они предназначены для практического использования."
Действительно, результаты неоценимы для продвижения вперед с более эффективным производством полимерных материалов для различных применений. Однако успешное использование органокатализаторов при комнатной температуре также дает несколько других преимуществ. Во-первых, органокатализаторы не чувствительны к влаге и кислороду, что решает иногда серьезную проблему, связанную с относительной гигроскопичностью ионных катализаторов для таких контролируемых реакций полимеризации. Кроме того, они легко доступны и, следовательно, имеют низкую стоимость. Они также не токсичны для окружающей среды. А когда реакции проводятся при комнатной температуре, потребность в энергии невелика.
Это исследование, таким образом, прокладывает путь к созданию в будущем недорогой электроники, которая изготавливается из экологически чистых материалов экологически безопасным способом.