Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jolla ftalosyaniinia voidaan tuottaa alle sadasosalla nykyään käytettävistä liuotinmääristä.
Orgaanisten väriaineiden valmistuksessa kuluu yleensä runsaasti liuottimia, kuten dimetyyliaminoetanolia (DMAE). Aine on syövyttävä, helposti syttyvä, bioaktiivinen ja haitallinen ympäristölle.
Aallon tiimi käytti tutkimuksensa lähtöaineena ftalonitriiliä, joka on yleinen orgaaninen yhdiste värien valmistuksessa. Se käsiteltiin kuulamyllyssä muutamalla pisaralla DMAE:ta ja sinkkitemplaatilla.
Sen jälkeen seosta vanhennettiin 55-asteisessa uunissa viikon ajan tai 100-asteisessa uunissa kaksi vuorokautta.
”Kiinteän aineen synteesillä kemikaaleja voi valmistaa ilman, että reaktion osaset pitää liuottaa. Oli kiehtovaa nähdä, miten väri muuttui alun värittömästä ensin vihreäksi ja sitten syvän siniseksi – todistaa omin silmin, miten menetelmä toimi”, kertoo tutkijatohtori Sandra Kaabel tiedotteessa.
Värin muutos 48 tunnin aikana. Kuva Sandra Kaabel/Aalto-yliopisto
Perinteisessä menetelmässä liuotin kuumennetaan 160–250-asteiseksi, ja valmiin väriaineen määrä on pienehkö suhteessa käytettyihin materiaaleihin ja aikaan.
Koska uusi menetelmä toimii sekä hyvin pienellä liuotinmäärällä että matalassa lämpötilassa, valmistuksen hyötysuhde on entiseen verrattuna nelinkertainen.
Käyttökelpoinen moneen tarkoitukseen
Ftalosyaniinin molekyylirakenne tekee siitä muuntautumiskykyisen moniin sovelluksiin. Käyttökohteita on muun muassa teollisuuden prosesseissa, kuvantamisessa, nanolääketieteessä sekä aurinkokennoissa ja muussa optoelektroniikassa.
”Luonto on inspiroiva esikuva, joka on miljoonien vuosien aikana luonut orgaanisia värejä moniin eri tarkoituksiin”, sanoo akatemiatutkija Eduardo Anaya.
”Me voimme napata ne sellaisenaan ja hyödyntää värejä esimerkiksi keinotekoisessa fotosynteesissä energian tuottamiseen. Tai viedä ideat vielä pidemmälle.”
Yksi lupaava sovellusala on biolääketiede. Tutkimusryhmä kehittää parhaillaan FinnCERES-hankkeessa selluloosamateriaalia, joka steriloi itse itsensä väriaineen ja valon käynnistämän reaktion avulla.
Tutkimuksen julkaisi Angewandte Chemie International Edition, joka nosti sen ”päivänpolttavien” artikkelien kategoriaan.
(Pääkuva Sandra Kaabel/Aalto-yliopisto) Kiinteän aineen synteesillä saatua väriainetta.
