Chemici van het Nagoya Institute of Technology (NITech) rapporteren een metaalvrije methode om kationische polymerisatie te beheersen die een nieuw raamwerk biedt voor industriële polymeren van hogere kwaliteit die toepasbaar zijn op halfgeleiders en biomaterialen. De reactie hangt af van zwakke halogeenbinding en de toevoeging van een kleine hoeveelheid ammoniumzout om lange, homogene polymeren. Het onderzoek is te lezen in Chemie - Een Europees tijdschrift .

Het polymeer wordt gesynthetiseerd door kationische polymerisatie, als voorbeeld, door een reactieproces dat samen met het vinylmolecuul de combinatie van een katalysator en een initiator vereist, een initiatiesysteem genoemd.

"Metaalhalogenidekatalysatoren zijn goed bestudeerd in kationische polymerisatie, maar ze creëren onzuiverheden die verantwoordelijk zijn voor de verkleuring en afbraak van polymeren. Er is veel vraag naar metaalvrije initiatiesystemen, " zegt universitair hoofddocent Koji Takagi, wie de eerste auteur van de studie was.

De uitdaging bij kationische polymerisatie is om een ​​lang polymeer te produceren dat homogeen is zonder toevoeging van op metaal gebaseerde katalysatoren. De rol van de katalysatoren is om een ​​anion te onttrekken aan de initiator, zoals een halogenide, dat omkeerbaar interageert met de katalysator en het polymeer-uiteinde dat zich voortplant. Om deze reden, zwakke hechting heeft de voorkeur, omdat er anders bijwerkingen kunnen optreden die de homogeniteit en grootte van geproduceerde polymeren in gevaar brengen. In de nieuwe studie Takagi en zijn collega's laten zien dat chloride het beste halogenide maakt, omdat het geschikt zwakke halogeenbindingen vormt met een 2-joodimidazoliumkatalysator.

"De 2-joodimidazoliumcomponent is een vereiste voor de katalysator als we isobutylvinylether (IBVE) willen polymeriseren, " hij zei, sprekend over de eerste vinylverbinding die wetenschappers gebruikten om kationische polymerisatie aan te tonen.

De onderzoekers ontdekten dat als andere halogeniden werden gebruikt in de initiatorstructuur, dan zou een deel van de katalysator degraderen, gedeeltelijk vanwege de sterkte van de halogeenbinding.

Het chloride-anion dat in zijn initiator werd gebruikt, kon efficiënt heen en weer schuiven tussen de katalysator en het zich voortplantende uiteinde van IBVE, waardoor een polymeer wordt gegenereerd met een groot molecuulgewicht en een smalle molecuulgewichtsverdeling.

De studie toont verder de ideale temperatuur (-10 oC) en concentraties van het initiërende systeem voor de reactie (elk 10 mM). Deze omstandigheden minimaliseerden bijwerkingen die het molecuulgewicht en de molecuulgewichtsverdeling in gevaar konden brengen.

Eindelijk, de beheersbaarheid van kationische polymerisatie zou kunnen worden verbeterd door de toevoeging van een kleine concentratie ammoniumzout.

"Door ammoniumzout toe te voegen, konden we de polymerisatiesnelheid en molecuulgewichtsverdeling wijzigen, ' zei Takagi.

Algemeen, hij merkt op dat het proces een groot aantal aantrekkelijke kenmerken heeft voor polymeersynthese, en de toepassing van het polymeer voor elektrisch en biomateriaalgebruik uitbreiden.