Fabricando el futuro con un nuevo método de polimerización respetuoso con el medio ambiente
Un nuevo método de polimerización respetuoso con el medio ambiente con organocatalizadores no metálicos abre las puertas a productos poliméricos eficaces
Muchos materiales del mundo moderno, desde los plásticos que lo dominan hasta los chips electrónicos que lo impulsan, están construidos con polímeros. Dada su ubicuidad y la evolución de las necesidades de nuestro mundo, encontrar métodos mejores y más eficientes para fabricarlos es una preocupación constante de la investigación. Además, los problemas medioambientales actuales exigen el uso de métodos y materiales de entrada respetuosos con el medio ambiente.
Los organocatalizadores de enlace halógeno (R-Hal-B) facilitaron la polimerización catiónica sin problemas de los monómeros de vinilo (R-Cl) a temperatura ambiente, produciendo una buena cantidad de rendimiento puro, lo que abre las puertas a la consecución de reacciones de polimerización de vinilo de bajo coste y respetuosas con el medio ambiente para la industria.
Photo courtesy: Dr. Koji Takagi of Nagoya Institute of Technology
Una investigación reciente de científicos del Instituto Tecnológico de Nagoya (Japón) ha ido en esta dirección, añadiendo un nuevo giro a una técnica de polimerización que existe y tiene éxito desde la década de 1980: la polimerización catiónica viva, en la que el crecimiento de la cadena de polímeros no tiene la capacidad de terminar hasta que se consume el monómero. Los científicos han demostrado, por primera vez, la organocatálisis sin metales para esta reacción a temperatura ambiente para los polímeros de vinilo y estireno, dos de los polímeros más comunes utilizados en los plásticos. Su método no sólo es más eficaz que los actuales métodos basados en metales, sino que además es respetuoso con el medio ambiente. Sus resultados se publican en la revista Polymer Chemistry de la Royal Society of Chemistry.
En su estudio, primero probaron la aplicabilidad de organocatalizadores de enlace halógeno no iónicos y multidentados (o que aceptan varios pares de electrones), concretamente dos oligoarenos polifluorosustituidos con yodo, a la polimerización catiónica viva del éter vinílico de isobutilo. Al mencionar una de las razones por las que eligieron esto, el Dr. Koji Takagi, científico principal del estudio, explica en un aparte: "La característica no iónica es ventajosa porque el catalizador es soluble en disolventes menos polares, como el tolueno, que es más adecuado para esa polimerización de monómeros de vinilo".
Descubrieron que con la variante tridentada, la reacción progresaba sin problemas incluso a temperatura ambiente, produciendo un buen rendimiento -aunque inferior al límite teórico- en un tiempo razonable, sin que el catalizador se descompusiera o apareciera como impureza en el producto. Como explica el Dr. Takagi, esto podría suponer una buena ventaja respecto a los catalizadores metálicos existentes utilizados en la industria: "Aunque los catalizadores metálicos han contribuido de forma significativa a las ciencias de los materiales durante el último siglo, la contaminación de las impurezas metálicas restantes suele provocar una disminución de la vida útil y el rendimiento de los materiales producidos. Creemos que el presente hallazgo conducirá a la producción de materiales poliméricos altamente puros y fiables".
Al decir esto, se refiere, por supuesto, al otro hallazgo importante del estudio también. La segunda parte de su estudio consistió en evaluar la aplicabilidad de los catalizadores iónicos de yodoimidazolio con varios contraaniones (los iones negativos que acompañan al grupo de carga positiva) a la polimerización del p-metoxiestireno (pMOS) y del estireno no sustituido, este último más difícil de polimerizar que el primero.
El pMOS se polimerizó fácilmente a temperatura ambiente en un plazo de dos horas y sin descomposición del catalizador de una sal bidentada de 2-yodoimidazolio que tenía un contraanión triflato. El estireno no sustituido dio el máximo rendimiento del polímero mediante una reacción a -10°C durante 24 horas con un catalizador que contenía un anión estabilizador y un contraión voluminoso.
Hablando de los productos obtenidos, el Dr. Takagi dice: "Aunque los polímeros obtenidos no están destinados a ningún fin específico, se espera que nuestra metodología se aplique a la síntesis de polímeros conductores y polímeros degradables, que no deben incluir impurezas metálicas si se van a construir para su uso práctico."
De hecho, los hallazgos son muy valiosos para avanzar en la producción más eficiente de materiales poliméricos para diversas aplicaciones. Sin embargo, el uso satisfactorio de los organocatalizadores a temperatura ambiente también ofrece otras ventajas. Por un lado, los organocatalizadores carecen de sensibilidad a la humedad y al oxígeno, lo que elimina el problema, a veces grave, que la naturaleza relativamente higroscópica de los catalizadores iónicos plantea a estas reacciones de polimerización controlada. Además, son fáciles de conseguir y, por tanto, de bajo coste. Tampoco son tóxicos para el medio ambiente. Y cuando las reacciones se realizan a temperatura ambiente, los requisitos energéticos son bajos.
Así, este estudio prepara el camino para que en el futuro la electrónica de bajo coste se fabrique con materiales respetuosos con el medio ambiente de forma sostenible.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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