Fig. 1 :Oxygénation de surface des groupes méthyle des chaînes latérales dans le polypropylène sous photoirradiation avec du dioxyde de chlore. Crédit :Université d'Osaka
Le polypropylène (PP) est partout, étant l'un des plastiques les plus utilisés dans la vie humaine. Un matériau polyvalent, sa surface naturellement inerte peut être modifiée pour des applications spécifiques. Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont maintenant développé un procédé pratique à base de lumière pour oxyder le PP sans déchets nocifs.
Comme indiqué dans ChemComm , le processus utilise des radicaux pour faire réagir le plastique. La surface des poils en PP avec des groupes méthyle (-CH3), qui constituent les chaînes latérales du polymère. Les fortes liaisons C-H dans les groupes méthyle font du PP un matériau non réactif, ce qui à de nombreuses fins est exactement ce qui est nécessaire. Cependant, ces liaisons peuvent être clivées par le radical dioxyde de chlore hautement réactif, ClO2•.
"Dans des applications telles que l'impression et le matériel médical, les plastiques doivent être modifiés en surface, " explique le co-auteur de l'étude Tsuyoshi Inoue. " L'oxydation des liaisons C-H est un cas d'école en chimie organique. Avec des polymères, cependant, le risque est que quelque chose d'assez fort pour le faire puisse également casser les liaisons C-C de la chaîne principale, déchirer le polymère. Heureusement, le radical ClO2• est sélectif pour faire réagir la chaîne latérale."
Le radical hautement réactif est facilement obtenu en mélangeant du chlorite de sodium et de l'acide chlorhydrique. Il suffit ensuite de l'activer photochimiquement - pour cela, l'équipe d'Osaka a choisi une lampe LED comme source lumineuse. Le ClO2• activé se divise maintenant en Cl•, qui élimine un atome de H de la chaîne latérale du PP ; et O2, qui entre ensuite pour oxyder le groupe –CH2• exposé.
Fig. 2 :Films PP après traitements à l'encre hydrosoluble sans/avec photooxygénation ClO2. Crédit :Université d'Osaka
Fig. 3 :Coloration ponctuelle après traitement à la rhodamine comme encre rouge après photooxygénation sélective. Émission ponctuelle sous irradiation de lumière noire. Crédit :Université d'Osaka
Par conséquent, tandis que le polymère en vrac reste intact, la surface porte maintenant une multitude de groupes acide carboxylique (-CO2H), avec des effets majeurs sur la réactivité chimique. Par exemple, le plastique incolore peut maintenant être coloré avec des colorants cationiques, comme la Rhodamine B ou le Vert Brillant, qui réagissent avec les ions carboxylates anioniques. La surface à l'origine hydrofuge devient également plus hydrophile.
"La réaction s'est en fait avérée doublement sélective pour nos besoins, ", explique l'auteur principal Kei Ohkubo. "Non seulement il a clivé les liaisons C-H au lieu des liaisons C-C, il a spécifiquement oxydé ceux de la chaîne latérale, même s'ils sont plus forts que ceux de la chaîne principale. C'est parce que l'étape d'oxydation, impliquant O2, est le plus favorable lorsque la cible de l'oxydation est CH2•."
Les procédés antérieurs d'oxydation des polymères oléfiniques tels que le PP et le polyéthylène étaient soit mal contrôlés, soit très polluants. Le nouveau procédé est donc la première solution propre et pratique à ce problème, et peut s'avérer être un outil industriel précieux dans la personnalisation des plastiques synthétiques.
L'article, « L'oxygénation photochimique C–H des groupes méthyle à chaîne latérale dans le polypropylène avec du dioxyde de chlore, " a été publié dans ChemComm .
