Sólo hay que añadir agua: Un método sencillo para obtener polímeros porosos versátiles
Los científicos descubren que pueden producir polímeros en red a base de polietilenimina simplemente disolviendo compuestos de triaziridina en agua
Para ser un polímero compuesto por unidades repetitivas muy simples, la polietilenimina (PEI) tiene un número asombroso de aplicaciones prácticas, como detergentes, adhesivos, cosméticos, agentes industriales, captura de CO2 e incluso cultivos celulares. En general, la PEI se sintetiza mediante la polimerización de apertura de anillo de la etilenimina, también conocida como aziridina. Cuando se produce de esta manera, el resultado es un polímero líquido con una estructura ramificada.
Investigadores del SIT (Japón) descubren que la adición de agua a un compuesto de triaziridina a temperaturas suaves es suficiente para producir polímeros porosos fuertes y consistentes. Ajustando la temperatura de reacción y la concentración inicial de triaziridina, se pueden controlar las características morfológicas y mecánicas de los polímeros.
Reprinted (adapted) with permission from Naga et al. Ring-Opening Polymerization of Triaziridine Compounds in Water: An Extremely Facile Method to Synthesize a Porous Polymer through Polymerization-Induced Phase Separation. ACS Macro Lett. 2022, 11, 5, 603–607. Copyright {2022} American Chemical Society.
A pesar de su enorme potencial, el PEI se ve frenado por el hecho de que la etilenimina es una sustancia muy tóxica. Dado que este precursor no está disponible comercialmente, es bastante difícil realizar experimentos destinados a controlar la morfología o el estado del PEI. Como consecuencia, podríamos estar perdiendo muchas aplicaciones nuevas para el PEI.
Para solucionar este problema, un equipo de investigación del Instituto Tecnológico Shibaura (SIT), en Japón, se ha centrado en el desarrollo de nuevos polímeros de red basados en el PEI. Dirigido por el profesor Naofumi Naga, de la Escuela de Postgrado de Ingeniería y Ciencias del SIT, este equipo ha descubierto recientemente una forma sencilla, pero revolucionaria, de producir dichos polímeros a partir de un compuesto de triaziridina; su sugerencia: basta conañadir un poco de agua. Este estudio, disponible en línea el 12 de abril de 2022 y publicado posteriormente en el volumen 11 número 5 de ACS Macro Letters el 17 de mayo de 2022, se realizó en colaboración con el profesor Tamaki Nakano del Instituto de Catálisis y la Escuela de Posgrado de Ciencias Químicas e Ingeniería, en la Universidad de Hokkaido, Japón, a través del Programa de Uso Conjunto/Centro de Investigación (MEXT).
Aunque los investigadores probaron dos compuestos de triaziridina, sólo uno de ellos pudo producir de forma consistente una red de polímeros porosos tras reaccionar con agua. Su nombre químico completo es 2,2-bishidroximetilbutanol-tris[3-(1-aziridinil)propionato] y puede abreviarse como "3AZ". El equipo descubrió que la disolución de 3AZ en agua destilada a temperaturas en el modesto rango de 20 a 50 °C era suficiente para abrir los grupos aziridina y hacer que los monómeros de 3AZ se unieran entre sí. El resultado, bajo la mayoría de las temperaturas y concentraciones iniciales de 3AZ, fue una fase polimérica porosa.
El equipo analizó la morfología de los polímeros porosos mediante microscopía electrónica de barrido. Mientras que la temperatura de síntesis no parecía desempeñar ningún papel en este sentido, las diferentes concentraciones de 3AZ dieron lugar a diferentes tamaños de partícula, que oscilaban entre 1 y 5 μm. Por el contrario, la temperatura de síntesis sí afectó a algunas de las propiedades mecánicas de los polímeros porosos, como su módulo de Young (elasticidad). En particular, todos los polímeros porosos pudieron soportar pruebas de compresión de 50 N.
Poder adaptar las características morfológicas y mecánicas de los polímeros porosos basados en PEI es una gran ventaja, más aún cuando lo único que se necesita es ajustar una simple reacción con agua. "El agua es un disolvente ideal para la química por su carácter ecológico, su disponibilidad y su sostenibilidad", señala el profesor Naga. "Nuestro trabajo informa de uno de los métodos más sencillos para obtener un polímero de red basado en PEI conocidos hasta la fecha". Además de sus versátiles propiedades, el equipo descubrió que sus polímeros porosos podían absorber varios disolventes, independientemente de sus características, como hexano, acetona, etanol, diclorometano y cloroformo.
En general, se espera que este estudio ponga en el candelero los nuevos polímeros basados en PEI. Con la vista puesta en el futuro, el profesor Naga y sus colegas esperan encontrar nuevos usos para estos compuestos. "El procesamiento y la modificación química de los polímeros porosos 3AZ probablemente ampliarán sus campos de aplicación, y las investigaciones sobre estos aspectos ya están en marcha", concluye.
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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