Fig. 1:Oxigenación superficial de grupos metilo de cadena lateral en polipropileno bajo fotoirradiación con dióxido de cloro. Crédito:Universidad de Osaka
El polipropileno (PP) está en todas partes, siendo uno de los plásticos más utilizados en la vida humana. Un material versátil, su superficie naturalmente inerte se puede modificar para aplicaciones específicas. Investigadores de la Universidad de Osaka han desarrollado un conveniente proceso impulsado por luz para oxidar el PP sin residuos dañinos.
Como se informó en ChemComm , el proceso utiliza radicales para hacer reaccionar el plástico. La superficie de PP se eriza con grupos metilo (–CH3), que constituyen las cadenas laterales del polímero. Los fuertes enlaces C-H en los grupos metilo hacen que el PP sea un material no reactivo, que para muchos propósitos es exactamente lo que se necesita. Sin embargo, estos enlaces pueden ser escindidos por el radical dióxido de cloro altamente reactivo, ClO2 •.
"En aplicaciones como impresión y materiales médicos, los plásticos deben tener una superficie modificada, "explica el coautor del estudio Tsuyoshi Inoue." La oxidación de enlaces C – H es un caso de libro de texto en química orgánica. Con polímeros, sin embargo, el riesgo es que algo lo suficientemente fuerte como para hacer esto también pueda romper los enlaces C – C de la cadena principal, desgarrando el polímero. Afortunadamente, el radical ClO2 • es selectivo para reaccionar con la cadena lateral ".
El radical altamente reactivo se obtiene fácilmente mezclando clorito de sodio y ácido clorhídrico. Entonces solo necesita activarse fotoquímicamente, para esto, el equipo de Osaka eligió una lámpara LED como fuente de luz. El ClO2 • activado ahora se divide en Cl •, que desprende un átomo de H de la cadena lateral de PP; y O2, que entra después para oxidar el grupo –CH2 • expuesto.
Fig. 2:Películas de PP después de tratamientos con tintas solubles en agua sin / con fotooxigenación de ClO2. Crédito:Universidad de Osaka
Fig. 3:Mancha de tinción después del tratamiento con rodamina como tinta roja después de la fotooxigenación selectiva del sitio. Emisión puntual bajo irradiación de luz negra. Crédito:Universidad de Osaka
Como resultado, mientras que el polímero a granel permanece intacto, la superficie ahora tiene una multitud de grupos de ácido carboxílico (–CO2H), con importantes efectos sobre la reactividad química. Por ejemplo, el plástico incoloro ahora se puede teñir con tintes catiónicos, como Rhodamine B o Brilliant Green, que reaccionan con los iones carboxilato aniónicos. La superficie originalmente repelente al agua también se vuelve más hidrófila.
"La reacción demostró ser doblemente selectiva para nuestros propósitos, ", dice el autor principal, Kei Ohkubo." No solo rompió los enlaces C – H en lugar de C – C, oxidó específicamente a los de la cadena lateral, a pesar de que son más fuertes que los de la cadena principal. Esto se debe a que el paso de oxidación, que involucra O2, es más favorable cuando el objetivo de oxidación es el CH2 • ".
Los métodos anteriores para oxidar polímeros olefínicos como el PP y el polietileno estaban mal controlados o eran muy contaminantes. El nuevo proceso es, por lo tanto, la primera solución limpia y conveniente a este problema. y puede resultar una valiosa herramienta industrial en la personalización de plásticos sintéticos.
El artículo, "Oxigenación fotoquímica C – H de grupos metilo de cadena lateral en polipropileno con dióxido de cloro, "fue publicado en ChemComm .
