Химики из США предложили метод введения борсодержащих функциональных групп в поливинилхлорид с помощью каталитической реакции борилирования. Полученные полимеры почти не отличались по своим механическим свойствам от исходного ПВХ, но оказались хорошими клеями для стекла и металла. В частности, пишут авторы статьи в Journal of the American Chemical Society, две склеенные модифицированным ПВХ алюминиевых пластины удержали 20-килограммовую гирю.
Чтобы получить новый полимер, необязательно брать новый мономер и проводить полимеризацию. Иногда достаточно взять уже готовый известный полимер и ввести его в реакцию, которая изменит функциональные группы на полимерной цепи. Проблема этого подхода в том, что часто органические реакции, работающие на небольших субстратах, плохо работают с полимерами. И для проведения таких превращений реакционные условия приходится подбирать специально под конкретный полимер.
Этим и занялись химики под руководством Джона Хартвига (John F. Hartwig) из Калифорнийского университета в Беркли. Они решили модифицировать поливинилхлорид — полимер, из которого делают, например, изоляцию для проводов, — с помощью реакции борилирования. В этой реакции разрываются связи углерод-хлор, а вместо них образуются связи углерод-бор.
Сначала химики попробовали использовать условия ранее описанного медь-катализируемого борилирования, но из-за медленного растворения ПВХ в тетрагидрофуране вместо продукта борилирования образовывались продукты отщепления атомов хлора. Тогда ученые оптимизировали условия реакции: они использовали другой медный катализатор и смешивали реагенты в другом порядке. Сначала химики растворяли полимер в тетрагидрофуране, а потом добавляли этот раствор к смеси катализатора, борилирующего агента и основания. В этом случае эффективность (Эффективность авторы определяют как долю прореагировавших связей углерод-хлор по отношению к количеству добавленного борилирующего агента) реакции составила около 60 процентов.
Далее исследователи изучили механические свойства полученных борилированных полимеров. Оказалось, что большинство свойств — например, модуль Юнга и температура стеклования, — очень близки к свойствам исходного ПВХ. Но, в отличие от ПВХ, полученные полимеры оказались эффективными клеями. В частности, сила адгезии одного из полимеров превзошла силу адгезии коммерческого клея Original Gorilla Glue почти в три раза при склеивании стекла и алюминия. А две склеенные полученным полимером пластинки алюминия удержали гирю весом 20 килограмм.
Так химики получили модифицированный борильными группами поливинилхлорид, который оказался эффективным клеем. Авторы статьи считают, что адгезия их полимеров связана с реакциями замещения, которые происходят между гидроксильными группами на поверхности стекла или алюминия и эфирами бороновых кислот на полимерной цепочке.
Для борилирования ПВХ авторы исследования использовали классический борилирующий агент — бис(пинаколато)дибор. Ранее мы рассказывали о том, как химики обнаружили, что он неустойчив на воздухе, и хранить его нужно в инертной атмосфере.