Этот новый метод полимеризации открывает двери для более эффективных противообрастающих покрытий.
2024-05-10
Накопление микроорганизмов на поверхностях является проблемой как для судоходной, так и для биомедицинской промышленности. Некоторые популярные противообрастающие полимерные покрытия подвергаются окислительной деградации в морской воде и со временем теряют эффективность. Цвиттерионные (молекулы с отрицательными и положительными зарядами и нулевым суммарным зарядом) полимерные покрытия, подобные коврам с полимерными цепями, привлекают внимание как потенциальные альтернативы, но в настоящее время их необходимо сделать инертными, чтобы в окружающей среде не росла вода или воздух. Это делает нецелесообразным их применение на больших площадях.
Команда под руководством Сатьясана Карджаны из Института химических и инженерных наук A*STAR обнаружила, как приготовить амфотерные полимерные покрытия в воде, комнатной температуре и на воздухе, что позволит использовать их в более широком спектре применений.
«Это было случайное открытие», — объясняет Яна. Его команда пыталась создать амфотерное полимерное покрытие, используя широко используемый метод, называемый радикальной полимеризацией с переносом атома, когда они поняли, что некоторые реакции не приводят к желаемому продукту. Они неожиданно обнаружили на конце полимерной цепи амин, который служит лигандом для катализатора, используемого в реакции. «Чтобы разгадать тайну [как она туда попала] потребуется некоторое время и серия экспериментов», — объясняет Яна.
Кинетические наблюдения, спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и другие анализы показывают, что амины инициируют полимеризацию по анионному механизму. Эти так называемые анионные полимеры не устойчивы к воде, метанолу или воздуху, но полимер Яны рос в присутствии всех трех, что ставит под сомнение выводы команды. Они обратились к компьютерным моделям, чтобы увидеть, что происходит.
«Расчеты теории функциональной плотности подтверждают предложенный механизм анионной полимеризации», - сказал он. «Это первый в истории пример анионной полимеризации мономера этилена в водных средах в аэробных условиях».
Его команда теперь использовала этот подход для синтеза полимерных покрытий из четырех амфифильных мономеров и ряда анионных инициаторов, некоторые из которых не являются аминами. «В будущем мы будем использовать этот метод для создания устойчивых к биофильтрации полимерных слоев на больших поверхностях методами распыления или погружения», — говорит Яна. Они также планируют изучить эффективность покрытия против обрастания в морских и биомедицинских применениях.
