Muitos materiais no mundo moderno - desde os plásticos que o dominam até os chips eletrônicos que os movem - são construídos com polímeros. Dada a sua onipresença e os requisitos em evolução de nosso mundo, encontrar métodos melhores e mais eficientes de fabricá-los é uma preocupação constante de pesquisa. Além disso, as questões ambientais atuais exigem o uso de métodos e materiais de entrada que sejam ecologicamente corretos.

Pesquisas recentes de cientistas do Instituto de Tecnologia de Nagoya, no Japão, têm seguido esse caminho, adicionando uma nova reviravolta a uma técnica de polimerização que existe e tem sucesso desde os anos 1980: a polimerização catiônica viva, onde o crescimento da cadeia de polímero não tem capacidade para terminar até que o monômero seja consumido. Os cientistas demonstraram, pela primeira vez, a organocatálise sem metal para essa reação em temperatura ambiente para polímeros de vinil e estireno, dois dos polímeros mais comuns usados ​​em plásticos. Seu método não é apenas mais eficiente do que os métodos atuais à base de metal, mas também ecologicamente correto. Suas descobertas são publicadas na Royal Society of Chemistry's Química de polímeros.

Em seu estudo, eles primeiro testaram a aplicabilidade de organocatalisadores de ligação de halogênio não iônicos e multidentados (ou que aceitam vários pares de elétrons), especificamente dois oligoarenos substituídos com polifluoro portadores de iodo, para a polimerização catiônica viva de éter isobutil vinílico. Mencionando uma das razões para escolher isso, o Dr. Koji Takagi, cientista-chefe do estudo, explica à parte: “A característica não iônica é vantajosa porque o catalisador é solúvel em solventes menos polares como o tolueno, que é mais adequado para tal polimerização de monômeros de vinil. ”

Eles descobriram que com a variante tridentada, a reação progrediu suavemente mesmo à temperatura ambiente, produzindo bom rendimento - embora menos do que o limite teórico - em um período de tempo razoável, sem que o catalisador se decomponha ou apareça como uma impureza no produto. Como o Dr. Takagi explica, esta pode ser uma boa vantagem sobre os catalisadores metálicos existentes usados ​​na indústria: "Embora os catalisadores à base de metal tenham contribuído significativamente para as ciências dos materiais no século passado, a contaminação das impurezas metálicas remanescentes muitas vezes traz uma diminuição na vida útil e desempenho dos materiais produzidos. Acreditamos que a presente descoberta levará à produção de materiais poliméricos altamente puros e confiáveis. ”

Ao dizer isso, ele está, é claro, se referindo à outra descoberta importante do estudo. A segunda parte do estudo envolveu a avaliação da aplicabilidade de catalisadores iodoimidazólio iônico com vários contra ânions (os íons negativos que acompanham o grupo carregado positivamente) para a polimerização de p-metoxiestireno (pMOS) e estireno não substituído, o último dos quais é mais difícil de polimerizar do que o anterior.

O pMOS polimerizou facilmente à temperatura ambiente em duas horas e sem decomposição do catalisador de um sal de 2-iodoimidazólio bidentado que tinha um contra-ânion triflato. O estireno não substituído deu rendimento máximo de polímero por meio de uma reação a -10 ° C durante 24 horas com um catalisador contendo contraíon volumoso e estabilizador de ânions.

Falando dos produtos produzidos, o Dr. Takagi diz: “Embora os polímeros obtidos não sejam destinados a nenhum propósito específico, nossa metodologia deve ser aplicada à síntese de polímeros condutores e polímeros degradáveis, que não devem incluir impurezas metálicas se eles ' re a ser construído para uso prático. ”

Na verdade, as descobertas são inestimáveis ​​para avançar com a produção mais eficiente de materiais poliméricos para uma variedade de aplicações. No entanto, o uso bem-sucedido de organocatalisadores em temperatura ambiente também oferece várias outras vantagens. Por um lado, os organocatalisadores não têm sensibilidade à umidade e ao oxigênio, cuidando do problema às vezes sério que a natureza relativamente higroscópica dos catalisadores iônicos representa para essas reações de polimerização controladas. Além disso, eles estão prontamente disponíveis e, portanto, de baixo custo. Eles também não são tóxicos para o meio ambiente. E quando as reações são conduzidas em temperatura ambiente, os requisitos de energia são baixos.

Este estudo está, portanto, abrindo caminho para a eletrônica de baixo custo no futuro, feita de materiais ecológicos de forma sustentável.

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* Este estudo foi disponibilizado online em outubro de 2020 antes da publicação final em 14 de novembro de 2020

Sobre o Instituto de Tecnologia de Nagoya, Japão

O Instituto de Tecnologia de Nagoya (NITech) é um respeitado instituto de engenharia localizado em Nagoya, Japão. Fundada em 1949, a universidade visa criar uma sociedade melhor, fornecendo educação global e conduzindo pesquisas de ponta em vários campos da ciência e tecnologia. Para esse fim, a NITech fornece um ambiente estimulante para alunos, professores e acadêmicos, ajudando-os a converter habilidades científicas em aplicações práticas. Tendo recentemente estabelecido novos departamentos e o “Programa de Engenharia Criativa”, um curso integrado de graduação e pós-graduação de 6 anos, a NITech se esforça para crescer continuamente como uma universidade. Com a missão de “conduzir educação e pesquisa com orgulho e sinceridade, a fim de contribuir para a sociedade”, a NITech realiza ativamente uma ampla gama de pesquisas, desde ciência básica até ciência aplicada.

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Sobre o professor associado Koji Takagi do Instituto de Tecnologia de Nagoya, Japão

O Dr. Koji Takagi é atualmente Professor Associado do Departamento de Ciências da Vida e Química Aplicada do Instituto de Tecnologia de Nagoya, Japão. Entre concluir seu doutorado em Engenharia pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio em 1998 e ingressar neste cargo, ele fez parte de várias sociedades acadêmicas, incluindo a American Chemical Society. Seus interesses de pesquisa estão em química de polímeros, química sintética, química funcional de estado sólido, química relacionada a dispositivos e materiais orgânicos e híbridos. Até o momento, ele contribuiu para 93 artigos e 5 livros, e participou de vários projetos e apresentações de destaque.