Para un polímero compuesto de unidades repetitivas muy simples, la polietilenimina (PEI) tiene una cantidad asombrosa de aplicaciones prácticas, que incluyen detergentes, adhesivos, cosméticos, agentes industriales, CO₂ captura, e incluso cultivos celulares. En general, la PEI se sintetiza mediante la polimerización por apertura de anillo de etilenimina, también conocida como aziridina. Cuando se produce de esta manera, el resultado es un polímero líquido con una estructura ramificada.

A pesar de su enorme potencial, PEI se ve frenado por el hecho de que la etilenimina es una sustancia altamente tóxica. Debido a que este precursor no está disponible comercialmente, es bastante difícil realizar experimentos destinados a controlar la morfología o el estado de PEI. Como consecuencia, es posible que nos estemos perdiendo muchas solicitudes nuevas para PEI.

Para abordar este problema, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Shibaura (SIT), Japón, se ha centrado en desarrollar nuevos polímeros de red basados ​​en PEI. Dirigido por el profesor Naofumi Naga de la Escuela de Graduados de Ingeniería y Ciencias de SIT, este equipo descubrió recientemente una forma simple pero revolucionaria de producir dichos polímeros a partir de un compuesto de triaziridina; su sugerencia:simplemente agregue un poco de agua. Este estudio, disponible en línea el 12 de abril de 2022 y posteriormente publicado en el volumen 11, número 5 de ACS Macro Letters el 17 de mayo de 2022, se realizó en colaboración con el profesor Tamaki Nakano del Instituto de Catálisis y la Escuela de Graduados en Ciencias Químicas e Ingeniería de la Universidad de Hokkaido, Japón, a través del Programa del Centro de Investigación/Uso Conjunto (MEXT).

Aunque los investigadores probaron dos compuestos de triaziridina, solo uno de ellos pudo producir consistentemente una red de polímero poroso después de reaccionar con el agua. Su nombre químico completo es 2,2-bishidroximetilbutanol-tris[3-(1-aziridinil)propionato] y puede abreviarse como "3AZ". El equipo descubrió que disolver 3AZ en agua destilada a temperaturas en el modesto rango de 20 a 50 °C era suficiente para abrir los grupos aziridina y hacer que los monómeros 3AZ se unieran entre sí. El resultado, bajo la mayoría de las temperaturas y concentraciones iniciales de 3AZ, fue una fase polimérica porosa.

El equipo analizó la morfología de los polímeros porosos mediante microscopía electrónica de barrido. Si bien la temperatura de síntesis no pareció desempeñar ningún papel en este sentido, las diferentes concentraciones de 3AZ dieron como resultado diferentes tamaños de partículas, que oscilaron entre 1 y 5 μm. Por el contrario, la temperatura de síntesis sí afectó algunas de las propiedades mecánicas de los polímeros porosos, como su módulo de Young (elasticidad). Cabe destacar que todos los polímeros porosos pudieron soportar pruebas de compresión de 50 N.

Poder adaptar las características morfológicas y mecánicas de los polímeros porosos basados ​​en PEI es una gran ventaja, más aún cuando todo lo que se necesita es ajustar una simple reacción con agua. "El agua es un solvente ideal para la química debido a su compatibilidad con el medio ambiente, disponibilidad y sostenibilidad", comenta el profesor Naga, "Nuestro artículo informa uno de los métodos más fáciles para obtener un polímero de red basado en PEI conocido hasta la fecha". Además de las propiedades versátiles, el equipo descubrió que sus polímeros porosos podían absorber varios solventes independientemente de sus características, incluidos hexano, acetona, etanol, diclorometano y cloroformo.

En general, se espera que este estudio saque a la luz nuevos polímeros basados ​​en PEI. Con la vista puesta en el futuro, el profesor Naga y sus colegas esperan encontrar nuevos usos para estos compuestos. "Es probable que el procesamiento y la modificación química de los polímeros porosos 3AZ amplíen sus campos de aplicación, y ya se están realizando investigaciones sobre estos aspectos", concluye. + Explora más

Método mejorado para fabricar polímeros ramificados