I chimici del Nagoya Institute of Technology (NITech) segnalano un metodo privo di metalli per controllare la polimerizzazione cationica che fornisce una nuova struttura per polimeri industriali di qualità superiore applicabili a semiconduttori e biomateriali. La reazione dipende da un debole legame alogeno e dall'aggiunta di una piccola quantità di sale di ammonio per produrre lunghi, polimeri omogenei. Lo studio può essere letto in Chimica - Una rivista europea .

Il polimero viene sintetizzato per polimerizzazione cationica, come esempio, attraverso un processo di reazione che insieme alla molecola vinilica richiede la combinazione di un catalizzatore e di un iniziatore chiamato sistema iniziatore.

"I catalizzatori agli alogenuri metallici sono ben studiati nella polimerizzazione cationica, ma creano impurità responsabili della colorazione e degradazione dei polimeri. C'è una forte domanda di sistemi di avvio privi di metalli, " afferma il Professore Associato Koji Takagi, chi è stato il primo autore dello studio.

La sfida nella polimerizzazione cationica consiste nel produrre un polimero lungo che sia omogeneo senza l'aggiunta di catalizzatori a base di metallo. Il ruolo dei catalizzatori è quello di astrarre un anione dall'iniziatore, come un alogenuro, che interagisce reversibilmente con il catalizzatore e l'estremità di propagazione del polimero. Per questa ragione, si preferisce un legame debole, in quanto altrimenti possono verificarsi effetti collaterali che compromettono l'omogeneità e la dimensione dei polimeri prodotti. Nel nuovo studio, Takagi e i suoi colleghi mostrano che il cloruro è il miglior alogenuro, poiché forma legami alogeni opportunamente deboli con un catalizzatore di 2-iodoimidazolio.

"Il componente 2-iodoimidazolium è un requisito per il catalizzatore se vogliamo polimerizzare l'isobutil vinil etere (IBVE), " Egli ha detto, parlando del primo composto vinilico utilizzato dagli scienziati per dimostrare la polimerizzazione cationica.

I ricercatori hanno scoperto che se nella struttura dell'iniziatore venivano utilizzati altri alogenuri, allora parte del catalizzatore si degraderebbe, in parte a causa della forza del legame alogeno.

L'anione cloruro utilizzato nel suo iniziatore potrebbe spostarsi avanti e indietro tra il catalizzatore e l'estremità di propagazione di IBVE in modo efficiente, generando così un polimero con un grande peso molecolare e una stretta distribuzione del peso molecolare.

Lo studio mostra inoltre la temperatura ideale (-10 oC) e le concentrazioni del sistema di inizio della reazione (10 mM ciascuno). Queste condizioni hanno ridotto al minimo gli effetti collaterali che rischiavano di compromettere il peso molecolare e la distribuzione del peso molecolare.

Finalmente, la controllabilità della polimerizzazione cationica potrebbe essere migliorata con l'aggiunta di una piccola concentrazione di sale di ammonio.

"L'aggiunta di sale di ammonio ci ha permesso di modificare la velocità di polimerizzazione e la distribuzione del peso molecolare, " disse Takagi.

Globale, osserva che il processo ha un gran numero di caratteristiche interessanti per la sintesi dei polimeri, ed espandere l'applicazione del polimero per usi elettrici e biomateriali.