Polypropyleen (PP) is overal, een van de meest gebruikte kunststoffen in het menselijk leven. Een veelzijdig materiaal, het van nature inerte oppervlak kan worden aangepast voor specifieke toepassingen. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben nu een handig, door licht aangedreven proces ontwikkeld om PP te oxideren zonder schadelijk afval.

Zoals gemeld in ChemComm , het proces maakt gebruik van radicalen om het plastic te laten reageren. Het oppervlak van PP zit vol met methylgroepen (–CH3), die de zijketens van het polymeer vormen. De sterke C-H-bindingen in methylgroepen maken PP tot een niet-reactief materiaal, wat voor veel doeleinden precies is wat nodig is. Echter, deze bindingen kunnen worden gesplitst door de zeer reactieve chloordioxideradicaal, ClO2•.

"In toepassingen zoals printen en medische materialen, kunststoffen moeten aan het oppervlak worden gemodificeerd, " legt studie co-auteur Tsuyoshi Inoue uit. "Oxiderende C-H-bindingen is een schoolvoorbeeld in de organische chemie. Met polymeren, echter, het risico is dat alles wat sterk genoeg is om dit te doen ook de C-C-bindingen van de hoofdketen kan verbreken, het polymeer uit elkaar scheuren. Gelukkig, het ClO2•-radicaal is selectief om de zijketen te laten reageren."

Het zeer reactieve radicaal wordt gemakkelijk gemaakt door natriumchloriet en zoutzuur te mengen. Het hoeft dan alleen maar fotochemisch te worden geactiveerd - hiervoor het team van Osaka koos een LED-lamp als lichtbron. Het geactiveerde ClO2• splitst zich nu in Cl•, dat een H-atoom van de zijketen van PP afslaat; en O2, die daarna naar binnen marcheert om de blootgestelde –CH2•-groep te oxideren.

Als resultaat, terwijl het bulkpolymeer intact blijft, het oppervlak draagt ​​nu een groot aantal carbonzuurgroepen (–CO2H), met grote effecten op de chemische reactiviteit. Bijvoorbeeld, het kleurloze plastic kan nu worden gekleurd met kationische kleurstoffen, zoals Rhodamine B of Briljant Groen, die reageren met de anionische carboxylaationen. Het van oorsprong waterafstotende oppervlak wordt ook meer hydrofiel.

"De reactie bleek in feite dubbel selectief te zijn voor onze doeleinden, ", zegt hoofdauteur Kei Ohkubo. "Het spleet niet alleen de C–H in plaats van C–C bindingen, het oxideerde specifiek die op de zijketen, ook al zijn ze sterker dan die op de hoofdketen. Dit komt omdat de oxidatiestap, waarbij O2 betrokken is, is het gunstigst wanneer het doelwit voor oxidatie CH2• is."

Eerdere methoden voor het oxideren van olefinische polymeren zoals PP en polyethyleen waren ofwel slecht gecontroleerd of zeer vervuilend. Het nieuwe proces is dus de eerste schone en gemakkelijke oplossing voor dit probleem, en kan een waardevol industrieel hulpmiddel blijken te zijn bij het op maat maken van synthetische kunststoffen.

Het artikel, "Fotochemische C-H-oxygenatie van zijketenmethylgroepen in polypropyleen met chloordioxide, " werd gepubliceerd in ChemComm .