שיטה נקייה ונוחה לחמצון של משטחי פלסטיק

צוות מחקר עשה שימוש בדו-תחמוצת הכלור על מנת לחמצן בהצלחה פלסטיק מסוג פוליפרופילן

פלסטיק. איור: shutterstock
פלסטיק. איור: shutterstock

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

תחת קרינת אור LED, רדיקלים של החומר דו-תחמוצת הכלור (ClO2) תוקפים את קבוצות המתיל של פוליפרופילן, תוך המרתן לקבוצות של חומצות קרבוקסיליות. שבירת הקשר פחמן-מימן הייתה בררנית לשרשרת הקצה. פני השטח שעברו חמצון יכולים לעבור צביעה על ידי צבענים קטיוניים. חמצון פני השטח של פלסטיק הוא שלב חשוב בתעשייה, אולם שיטות קיימות הן שיטות מזהמות או בעלות שליטה נמוכה בלבד. במסגרת תהליך נקי ונוח זה ניתן יהיה ליצור פלסטיק תפקודי לשימושים רפואיים ולתחום ההדפסה.

פוליפרופילן הוא מוצר המצוי בכל מקום, ומהווה את אחד מסוגי הפלסטיק הנפוצים ביותר בחיי היום-יום. בתור חומר מגוון, פני השטח של חומר זה, שהם אינרטיים מטבעם, ניתנים לשינוי עבור שימושים מוגדרים. חוקרים מאוניברסיטת אוסקה פיתחו כעת תהליך נוח המושרה על ידי קרינה לשם החמצון של פוליפרופילן, זאת מבלי לייצר פסולת מזיקה.

כפי שפורסם בכתב העת המדעי ChemComm, התהליך עושה שימוש ברדיקלים על מנת להפוך את הפלסטיק האינרטי לפעיל מבחינה כימית. פני השטח של פוליפרופילן כוללים קבוצות מתיל המרכיבות את שרשראות הצד של הפולימר. קשרי הפחמן-מימן החזקים שבתוך קבוצות המתיל הופכים את פוליפרופילן לחומר בלתי מושך, אשר עבור שימושים רבים תכונה זו מהווה יתרון. יחד עם זאת, קשרים חזקים אלו ניתנים לשבירה על ידי רדיקלים בעלי תגובתיות גבוהה, רדיקלים של דו-תחמוצת הכלור (ClO2).

"ביישומים כגון הדפסה וחומרים רפואיים, את הפלסטיק המקורי חייבים לשנות", מסביר אחד מכותבי המאמר Tsuyoshi Inoue. "חמצון של קשרי פחמן-מימן הוא סוגיה ידועה בספרי הלימוד בתחום של כימיה אורגנית. אולם, באשר לפולימרים, הסיכון הוא שכל חומר שיהיה חזק מספיק בשביל לשבור את הקשרים הללו עלול לשבור גם את קשרי הפחמן-פחמן שבשרשראות הראשיות שבפולימר, תוך פירוקו המוחלט של הפולימר עצמו. למרבה המזל, רדיקלים של דו-תחמוצת הכלור הם בררניים בתגובתם עם שרשרת הצד של הפולימר ולא עם החלק המרכזי שבו".

הרדיקל בעל התגובתיות הגבוהה ניתן להכנה פשוטה על ידי ערבוב של נתרן כלוריט עם חומצה הידרוכלורית. בשלב הבא צריך רק לשפעל אותו מבחינה פוטוכימית – לשם כך, צוות החוקרים בחר במנורת LED בתור מקור התאורה. הרדיקל המשופעל ClO2 מתפרק בשלב זה לרדיקל כלור, אשר הוא בתורו מגיב עם אטום מימן הנמצא בשרשרת הצד של הפוליפרופילן; וכן נוצר חמצן מולקולארי (O2) אשר בשלב הבא מחמצן את קבוצות המתיל החשופות. כתוצאה מכך, בעוד שהחלק המרכזי של הפולימר נותר כשהיה, פני השטח שלו כוללים כעת קבוצות קרבוקסיל רבות, אשר משנות את התגובתיות של הפולימר עצמו. למשל, הפלסטיק חסר הצבע ניתן כעת לצביעה על ידי צבענים קטיוניים, כגון 'רודאמין בי' או Brilliant green, אשר מגיבים עם יוני הקרבוקסילאט האניונים. פני השטח, שבאופן טבעי הם דוחי מים, הופכים להידרופיליים יותר.

"מתברר כי התגובה בעצם הוכחה כבררנית באופן כפול למטרות שלנו," אומר החוקר הראשי. "לא רק שהתגובה מבקעת את הקשר פחמן-מימן במקום את הקשר פחמן-פחמן, אלא היא גורמת לחמצון בררני של אותן קבוצות הנמצאות בשרשרת הצד, אפילו שהן חזקות יותר מאלו שנמצאות בחלק המרכזי של הפולימר. הסיבה לכך היא העובדה ששלב החמצון המערב את החמצן המולוקלארי מועדף במיוחד כאשר יעד החמצון הוא קבוצת מתילן (CH2)".

שיטות קודמות לחמצון פולימרים אולפיניים כגון פוליפרופילן ופוליאתילן היו בעלות בקרה נמוכה או מזהמות במיוחד. התהליך החדש, לפיכך, מהווה את הפתרון הנקי והנוח הראשון אי פעם לבעיה זו, ועשוי להיות כלי תעשייתי יקר ערך בהפיכת פלסטיק סינתטי למוצר צריכה יומיומי.

המרת קבוצות צד של מתיל לקבוצות צד של חומצות קרבוקסיליות לשם שינוי התכונות של הפלסטיק. איור: אוניברסיטת אוסקה
המרת קבוצות צד של מתיל לקבוצות צד של חומצות קרבוקסיליות לשם שינוי התכונות של הפלסטיק. איור: אוניברסיטת אוסקה

הידיעה על המחקר

תקציר המאמר המדעי

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן