Kemister vid Nagoya Institute of Technology (NITech) rapporterar en metallfri metod för att kontrollera katjonisk polymerisation som ger ett nytt ramverk för industriella polymerer av högre kvalitet tillämpliga på halvledare och biomaterial. Reaktionen beror på svag halogenbindning och tillsats av en liten mängd ammoniumsalt för att producera långa, homogena polymerer. Studien finns att läsa in Kemi - En europeisk tidskrift .

Polymeren syntetiseras genom katjonisk polymerisation, som ett exempel, genom en reaktionsprocess som tillsammans med vinylmolekylen kräver kombinationen av en katalysator och en initiator som kallas ett initieringssystem.

"Metalhalogenidkatalysatorer är väl studerade i katjonisk polymerisation, men de skapar föroreningar som är ansvariga för färgning och nedbrytning av polymerer. Det finns stor efterfrågan på metallfria initieringssystem, " säger docent Koji Takagi, som först skrev studien.

Utmaningen vid katjonisk polymerisation är att producera en lång polymer som är homogen utan att tillsätta metallbaserade katalysatorer. Katalysatorernas roll är att abstrahera en anjon från initiatorn, såsom en halogenid, som reversibelt interagerar med katalysatorn och polymerens fortplantningsände. Av denna anledning, svag bindning är att föredra, eftersom annars biverkningar kan uppstå som äventyrar homogeniteten och storleken hos producerade polymerer. I den nya studien, Takagi och hans kollegor visar att klorid är den bästa halogeniden, eftersom det bildar lämpligt svaga halogenbindningar med en 2-jodimidazoliumkatalysator.

"2-jodoimidazoliumkomponenten är ett krav för katalysatorn om vi vill polymerisera isobutylvinyleter (IBVE), " han sa, talar om de första vinylföreningsforskarna som användes för att demonstrera katjonisk polymerisation.

Forskarna fann att om andra halogenider användes i initiatorstrukturen, då skulle en del av katalysatorn brytas ned, delvis på grund av styrkan hos halogenbindningen.

Kloridanjonen som användes i hans initiator kunde skifta fram och tillbaka mellan katalysatorn och fortplantningsänden av IBVE effektivt, sålunda genererar en polymer med hög molekylvikt och snäv molekylviktsfördelning.

Studien visar vidare den ideala temperaturen (-10 oC) och koncentrationer av initieringssystem för reaktionen (10 mM vardera). Dessa tillstånd minimerade biverkningar som riskerade att äventyra molekylvikten och molekylviktsfördelningen.

Till sist, kontrollerbarheten av katjonisk polymerisation skulle kunna förbättras med tillsats av en liten koncentration av ammoniumsalt.

"Att tillsätta ammoniumsalt gjorde det möjligt för oss att modifiera polymerisationshastigheten och molekylviktsfördelningen, sa Takagi.

Övergripande, han påpekar att processen har ett stort antal attraktiva egenskaper för polymersyntes, och utöka tillämpningen av polymeren för användning av elektriska och biomaterial.