Polimer mendapatkan ketahanan api dan keberlanjutan dengan pembaruan kimia dengan cahaya cahaya

Ketika permintaan untuk bahan polimer canggih meningkat, pasca fungsionalisasi telah muncul sebagai strategi yang efektif untuk merancang polimer fungsional. Pendekatan ini menyiratkan memodifikasi rantai polimer yang ada dengan memperkenalkan kelompok kimia baru setelah sintesisnya, yang memungkinkan transformasi polimer yang mudah tersedia dalam bahan dengan sifat yang diinginkan.

Postkolisasi dapat dilakukan dalam kondisi lunak menggunakan cahaya tampak di hadapan katalis, yang menyediakan rute berkelanjutan untuk mengembangkan polimer bernilai tinggi. Namun, metode yang ada sering bergantung pada generasi radikal karbon di sepanjang rantai polimer, yang membatasi berbagai kelompok fungsional yang dapat diperkenalkan.

Dalam kemajuan yang signifikan, sebuah tim yang dipimpin oleh Profesor Shinsuke Inagi dari Departemen Ilmu Pengetahuan dan Teknik Kimia, Sekolah Bahan dan Teknologi Kimia di Tokyo Institute of Sciences (Science Tokyo), Jepang, telah mengembangkan teknik pasca -fungsi yang memungkinkan penggabungan ester yang difosfoned di bawah cahaya yang terlihat kondisi. Kemajuan ini membuka jalan bagi berbagai modifikasi polimer yang lebih luas.

Studi, diterbitkan Online di koran Angewandte Chemie International Edition Pada 15 Mei 2025, ini adalah upaya kolaborasi yang melibatkan Inagi dan mantan mahasiswa pascasarjana, Mr. Tomohiro Tamano de Science Tokyo, bekerja sama dengan Profesor Hirohisa Ohmiya dari University of Kyoto.

Reaksi ini didasarkan pada kimia crossover radikal -polar (RPC), di mana karbokasi dihasilkan dalam tulang belakang polimer, memungkinkan reaksi dengan beberapa nukleofil. “Strategi kami adalah contoh pertama dari fungsi -fungsionalisasi menggunakan proses RPC yang dikatalisis oleh organofotoradoks, secara signifikan memperluas ruang lingkup reaksi dan memungkinkan penciptaan arsitektur polimer baru yang tidak dapat dicapai dengan metode lain,” kata Inagi.

Proses ini menyiratkan fosfonilasi turunan poli (metacrylate) yang mengandung sekelompok ester fthalimide, menggunakan katalis organofotoseo 12-fenilo-12h-benzo[b]fenotiazin (pH-benzoptz). Mekanisme reaksi yang diusulkan dimulai dengan pembentukan donor elektron kompleks (EDA) antara phtalimide dan ester katalis.

Setelah iradiasi dengan lampu LED biru, katalis menyumbangkan elektron ke ester, yang membuat kelompok phthalimida pecah bersama dengan karbon dioksidayang menghasilkan karbon radikal yang berada di bawah rantai polimer. Radikal ini kemudian menderita transfer yang lebih besar atau penggabungan elektron dengan kation radikal katalis, membentuk setara karbokasi (perantara yang dimuat secara positif) dalam rantai polimer.

Akhirnya, perantara ini bereaksi dengan testakyl phosphites (yang bertindak sebagai nukleofil), menghasilkan penggabungan gugus fosfonat dalam rantai polimer.

Polimer yang dihasilkan, yang terdiri dari unit diet isopropenilfosfonat, propilena dan metil akrilat, menghadirkan komposisi unik yang sulit untuk mencapai penggunaan teknik polimerisasi radikal standar. Tim ini juga berhasil memasukkan testakyl phosphites ke dalam polimer prekursor yang terdiri dari phthalimide dan peregangan monomer. Mereka juga menciptakan polimer baru dengan derajat fungsionalisasi yang bervariasi dari 7% hingga 21%, menggunakan beberapa fosfit testkyl, termasuk varian klorin dan trifluorometil, yang menunjukkan ruang lingkup dan fleksibilitas metode yang luas.

“Kopolimerisasi olefin dengan monomer vinil yang diaktifkan adalah sebuah tantangan dan, seringkali, menghasilkan rendahnya penggabungan olefin, bahkan di bawah kondisi keras polimerisasi radikal. Namun, strategi fungsionalisasi kami selanjutnya memungkinkan pengenalan kelompok fosfonat dalam olefin-metakrilasi kopolimer.

Polimer dengan kelompok ester fosfonat menunjukkan ketahanan api dan kapasitas respons suhu, bahkan pada kandungan rendah 10%-20%. Akibatnya, strategi pasca fungsionalisasi yang diusulkan ini dapat bermanfaat untuk mengembangkan bahan dan aditif penghambat api dan aditif untuk baterai lithium-ion, yang membantu menghindari kebakaran baterai. Tim sekarang bertujuan untuk menerapkan strategi ini untuk menggabungkan kelompok kimia lain yang berguna dalam polimer untuk jalur berkelanjutan menuju pengembangan bahan fungsional generasi berikutnya.