I ricercatori di SIT, in Giappone, scoprono che l'aggiunta di acqua a un composto triaziridina a temperature miti è sufficiente per produrre polimeri porosi forti e coerenti. Regolando la temperatura di reazione e la concentrazione iniziale di triaziridina si possono controllare le caratteristiche morfologiche e meccaniche dei polimeri. Credito:Società chimica americana.
Per un polimero composto da unità ripetitive molto semplici, la polietilenimmina (PEI) ha un numero sbalorditivo di applicazioni pratiche, tra cui detergenti, adesivi, cosmetici, agenti industriali, CO2 cattura e persino colture cellulari. In generale, il PEI è sintetizzato dalla polimerizzazione ad apertura dell'anello dell'etilenimmina, nota anche come aziridina. Quando prodotto in questo modo, il risultato è un polimero liquido con una struttura ramificata.
Nonostante il suo enorme potenziale, il PEI è frenato dal fatto che l'etilenimina è una sostanza altamente tossica. Poiché questo precursore non è disponibile in commercio, è piuttosto difficile condurre esperimenti volti a controllare la morfologia o lo stato del PEI. Di conseguenza, potremmo perderci molte nuove applicazioni per PEI.
Per affrontare questo problema, un team di ricerca dello Shibaura Institute of Technology (SIT), in Giappone, si è concentrato sullo sviluppo di nuovi polimeri di rete basati su PEI. Guidato dal professor Naofumi Naga della Graduate School of Engineering and Science del SIT, questo team ha recentemente scoperto un modo semplice ma rivoluzionario per produrre tali polimeri a partire da un composto triaziridina; il loro suggerimento:basta aggiungere un po' d'acqua. Questo studio, reso disponibile online il 12 aprile 2022 e successivamente pubblicato nel volume 11 numero 5 di Lettere macro ACS il 17 maggio 2022, è stato svolto in collaborazione con il professor Tamaki Nakano dell'Institute for Catalysis and Graduate School of Chemical Sciences and Engineering, presso l'Università di Hokkaido, in Giappone, attraverso il programma Joint Usage/Research Center (MEXT).
Sebbene i ricercatori abbiano testato due composti triaziridinici, solo uno di essi potrebbe produrre costantemente una rete polimerica porosa dopo aver reagito con l'acqua. Il suo nome chimico completo è 2,2-bisidrossimetilbutanolo-tris[3-(1-aziridinil)propionato] e può essere abbreviato come "3AZ". Il team ha scoperto che la dissoluzione di 3AZ in acqua distillata a temperature comprese tra 20 e 50 °C era sufficiente per aprire i gruppi di aziridina e far sì che i monomeri 3AZ si legassero tra loro. Il risultato, alla maggior parte delle temperature e delle concentrazioni iniziali di 3AZ, era una fase polimerica porosa.
Il team ha analizzato la morfologia dei polimeri porosi tramite la microscopia elettronica a scansione. Mentre la temperatura di sintesi sembrava non avere alcun ruolo in questo senso, diverse concentrazioni di 3AZ hanno portato a diverse dimensioni delle particelle, comprese tra 1 e 5 μm. Al contrario, la temperatura di sintesi ha influenzato alcune delle proprietà meccaniche dei polimeri porosi, come il loro modulo di Young (elasticità). In particolare, tutti i polimeri porosi potrebbero resistere a prove di compressione di 50 N.
Poter personalizzare le caratteristiche morfologiche e meccaniche dei polimeri porosi a base di PEI è un grande vantaggio, a maggior ragione quando basta regolare una semplice reazione con l'acqua. "L'acqua è un solvente ideale per la chimica grazie alla sua ecocompatibilità, disponibilità e sostenibilità", osserva il professor Naga, "Il nostro articolo riporta uno dei metodi più semplici per ottenere un polimero di rete a base di PEI conosciuto fino ad oggi". Oltre alle proprietà versatili, il team ha scoperto che i loro polimeri porosi potrebbero assorbire vari solventi indipendentemente dalle loro caratteristiche, inclusi esano, acetone, etanolo, diclorometano e cloroformio.
Nel complesso, si spera che questo studio porti alla ribalta nuovi polimeri a base di PEI. Con gli occhi puntati sul futuro, il professor Naga e colleghi si aspettano di trovare nuovi usi per questi composti. "La lavorazione e la modifica chimica dei polimeri porosi 3AZ amplieranno probabilmente i loro campi di applicazione e le indagini su questi aspetti sono già in corso", conclude. + Esplora ulteriormente
