Gecontroleerd polymerisatieproces kan voortaan toe met factor duizend minder koperkatalysator, en wordt zo veel breder toepasbaar

Toevoeging van suikers of vitamine C maakt ‘atom transfer’-radicaalpolymerisatie vele malen efficiënter. Het aantal mogelijke industriële toepassingen zou hierdoor flink moeten toenemen, zo melden de onderzoekers van Carnegie Mellon University (Pittsburgh, Pennsylvania) die het ATRP-proces tien jaar geleden hebben bedacht.

ATRP is een vorm van gecontroleerde radicaalpolymerisatie. Het idee is om de groeiende polymeerketen het grootste deel van de tijd ‘slapend’ te houden door een halogeenatoom aan het actieve uiteinde te hangen. Indien nodig haalt een kopercomplex dat halogeen tijdelijk weg, waarna de radicaalpolymerisatie weer van start kan gaan. Het proces valt te beheersen via de temperatuur en andere reactiecondities. Op deze manier is het mogelijk om de keten gecontroleerd uit te breiden met afgemeten kleine blokjes van telkens andere monomeren, waardoor kunststoffen met verrassende fysische en chemische eigenschappen zijn te maken.

Het nadeel van de methode was tot nu toe dat Cu⁺ in het complex gaandeweg wordt omgezet in Cu²⁺. Hoe langer je de ketens laat worden, hoe meer extra Cu⁺ je moet toevoegen om het Cu⁺/Cu²⁺-evenwicht in stand te houden. Een deel van dat koper komt in het eindproduct terecht, hetgeen vooral bij kunststoffen voor medisch gebruik onwenselijk is. Het koper is er bovendien nauwelijks meer uit te krijgen. Vandaar dat hert ATRP-proces tot nu toe slechts op beperkte schaal industrieel wordt toegepast.

ATRP-uitvinder Krzysztof Matyaszewski heeft nu bedacht om natuurlijke reductoren zoals vitaine C en diverse suikers aan het reactiemengsel toe te voegen. Deze blijken inderdaad de gevormde Cu²⁺ weer te reduceren tot Cu⁺, zonder dat de overige reacties er last van lijken te hebben. In het meest extreme geval wordt hierdoor het koperverbruik met een factor duizend verminderd. De hoeveelheid koper in het eindproduct daalt zo sterk dat verwijdering achteraf in veel gevallen niet meer nodig is.

Matyaszewski heeft zijn vorderingen vorige week gepubliceerd in een speciaal nummer van PNAS.

bron: Carnegie Mellon, NSF