Veel materialen in de moderne wereld - van het plastic dat het domineert tot de elektronische chips die het aandrijven - zijn gemaakt van polymeren. Gezien hun alomtegenwoordigheid en de veranderende eisen van onze wereld, het vinden van betere en efficiëntere methoden om ze te maken, is een voortdurend onderzoeksprobleem. In aanvulling, de huidige milieukwesties vereisen het gebruik van methoden en inputmaterialen die milieuvriendelijk zijn.

Recent onderzoek door wetenschappers van het Nagoya Institute of Technology, Japan, is in deze geest geweest, een nieuwe draai geven aan een polymerisatietechniek die al sinds de jaren tachtig bestaat en succesvol is:levende kationische polymerisatie, waarbij de groei van de polymeerketen niet het vermogen heeft om te eindigen totdat het monomeer is verbruikt. De wetenschappers hebben, Voor de eerste keer, aangetoonde metaalvrije organokatalyse voor deze reactie bij kamertemperatuur voor vinyl- en styreenpolymeren, twee van de meest voorkomende polymeren die in kunststoffen worden gebruikt. Hun methode is niet alleen efficiënter dan de huidige op metaal gebaseerde methoden, maar ook milieuvriendelijk. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in de Royal Society of Chemistry's Polymeerchemie .

In hun studie hebben ze testten eerst de toepasbaarheid van niet-ionische en multidentate (of meerdere elektronenpaar accepterende) halogeenbindende organokatalysatoren, specifiek twee jodium-dragende polyfluor-gesubstitueerde oligoarenen, tot de levende kationische polymerisatie van isobutylvinylether. Onder vermelding van een van hun redenen om hiervoor te kiezen, Dr. Koji Takagi, hoofdwetenschapper in het onderzoek, legt terzijde uit:"De niet-ionische eigenschap is voordelig omdat de katalysator oplosbaar is in minder polaire oplosmiddelen zoals tolueen, dat meer geschikt is voor een dergelijke polymerisatie van vinylmonomeren."

Ze ontdekten dat met de drietandige variant, de reactie verliep soepel, zelfs bij kamertemperatuur, een goede opbrengst produceren - hoewel minder dan de theoretische limiet - in een redelijke tijd, zonder dat de katalysator uiteenvalt of als onzuiverheid in het product verschijnt. Zoals Dr. Takagi uitlegt, dit zou een goed voordeel kunnen zijn ten opzichte van bestaande metaalkatalysatoren die in de industrie worden gebruikt:"Hoewel op metaal gebaseerde katalysatoren de afgelopen eeuw aanzienlijk hebben bijgedragen aan de materiaalwetenschappen, de verontreiniging van resterende metallische onzuiverheden leidt vaak tot een afname van de levensduur en prestaties van de geproduceerde materialen. Wij geloven dat de huidige bevinding zal leiden tot de productie van zeer zuivere en betrouwbare polymere materialen."

Door dit te zeggen, hij is, natuurlijk, verwijzend naar de andere belangrijke bevinding in de studie ook. Het tweede deel van hun studie omvatte het evalueren van de toepasbaarheid van ionische joodimidazoliumkatalysatoren met verschillende tegenanionen (de negatieve ionen die de positief geladen groep vergezellen) voor de polymerisatie van p-methoxystyreen (pMOS) en ongesubstitueerd styreen, waarvan de laatste moeilijker te polymeriseren is dan de eerste.

pMOS polymeriseerde gemakkelijk binnen twee uur bij kamertemperatuur en zonder ontleding van de katalysator van een tweetandig 2-joodimidazoliumzout dat een triflaat-tegenanion had. Ongesubstitueerd styreen gaf een maximale polymeeropbrengst via een reactie bij -10°C gedurende 24 uur met een anion-stabiliserende en omvangrijke tegenion-bevattende katalysator.

Over de producten gesproken, Dr Takagi zegt, "Hoewel de verkregen polymeren niet voor een specifiek doel zijn bedoeld, onze methodologie zal naar verwachting worden toegepast op de synthese van geleidende polymeren en afbreekbare polymeren, die geen metallische onzuiverheden mogen bevatten als ze voor praktisch gebruik worden gebouwd."

Inderdaad, de bevindingen zijn van onschatbare waarde om vooruitgang te boeken met de efficiëntere productie van polymere materialen voor een verscheidenheid aan toepassingen. Echter, het succesvolle gebruik van organokatalysatoren bij kamertemperatuur biedt ook een aantal andere voordelen. Voor een, organokatalysatoren zijn niet gevoelig voor vocht en zuurstof, het verzorgen van het soms ernstige probleem dat de relatief hygroscopische aard van ionische katalysatoren vormt voor dergelijke gecontroleerde polymerisatiereacties. Verder, ze zijn gemakkelijk verkrijgbaar en daarom goedkoop. Ze zijn ook niet giftig voor het milieu. En wanneer reacties worden uitgevoerd bij kamertemperatuur, de energiebehoefte is laag.

Deze studie maakt de weg vrij voor goedkope elektronica in de toekomst die op duurzame manieren is gemaakt van milieuvriendelijke materialen.