Цепная челночная полимеризация
Цепная челночная полимеризация — это метод с двойным катализатором для получения блок-сополимеров с переменной или переменной тактичностью . Желаемый эффект этого метода заключается в создании гибридных полимеров, которые обладают свойствами обеих полимерных цепей, такими как высокая температура плавления и высокая эластичность. Это относительно новый метод, о первом случае его использования сообщили Arriola et al. в мае 2006 года. [ 1 ]
Полимеризация олефинов
[ редактировать ]Олефиновые полимеры (такие как полипропилен и полиэтилен ) получили широкое применение в промышленности пластмасс за последние 50 лет. Способ улучшения свойств этих олефиновых полимеров был впервые открыт учеными Карлом Циглером и Джулио Натта . Циглер обнаружил оригинальный катализатор на основе титана, необходимый для полимеризации олефинов, в то время как Натта использовал катализатор для изменения и контроля стереохимии (тактичности) олефиновых полимеров (отсюда и катализатор Циглера-Натта ). [ 2 ] Контролируя тактичность полимера, цепь может, например, быть полукристаллической или аморфной , жесткой или эластичной, термостойкой или иметь низкую температуру стеклования . С тех пор много исследований было посвящено прогнозированию и созданию полимеров на основе этой работы. «Живая полимеризация» — это термин, придуманный для описания использования специально изготовленных катализаторов (часто с участием центров переходных металлов) при полимеризации олефинов, поскольку полимерные цепи самораспространяются в присутствии катализатора до тех пор, пока не будут намеренно разорваны.
Однако живая полимеризация обеспечивает только один тип тактичности каждого катализатора. Хотя удельную тактичность можно контролировать путем изменения типа используемого катализатора, создание блок-сополимера требует прекращения полимеризации, разрушения катализатора и повторного распространения цепи с использованием другого катализатора, который производит желаемую стереохимию. Однако такие манипуляции обычно затруднены.
Метод
[ редактировать ]В цепной челночной полимеризации используются два катализатора и челночный агент (CSA) для получения сополимеров переменной тактичности . Катализатор 1 (Cat1) воспроизводит полиолефин желаемой тактичности. Катализатор 2 (Cat2) генерирует еще одну цепочку другой тактичности. Обе цепи могут совместно распространяться в одном реакторе таким же образом, как и раньше. Чтобы изменить тактичность, CSA перенесет полимерную цепь от соответствующего катализатора. Затем CSA может связаться с Cat2 и присоединить цепочку к Cat2. Когда цепь присоединяется к Cat2, полимеризация этой цепи продолжается, за исключением того, что теперь она распространяется с тактикой, диктуемой Cat2, а не Cat1. Общий результат состоит в том, что в цепочке будут чередоваться две разные тактики. Когда происходят прямая и обратная реакции, полимерная цепь «перемещается» между двумя катализаторами и образуется блок-сополимер. [ 3 ]
Перемещение цепей вперед и назад от катализаторов через CSA можно рассматривать как конкурирующее химическое равновесие . Обратите внимание, что возможны прямая и обратная реакции связывания CSA и выхода из Cat1 или Cat2. Эта конкуренция означает, что цепь может покинуть Cat1 через CSA и снова присоединиться к Cat1, полимеризуя ту же тактику. Скорость , с которой происходит повторное присоединение Cat1, можно контролировать, изменяя относительные концентрации Cat1, Cat2 и CSA. Например, если кто-то хочет получить полимер со свойствами, возникающими в основном за счет использования Cat1, и хочет лишь незначительно влиять на его свойства за счет присутствия Cat2, то будет использоваться более высокая концентрация Cat1, чем для Cat2. Скорость чередования тактичности можно контролировать, изменяя концентрацию CSA относительно Cat1 и Cat2; более высокая концентрация CSA означает, что цепи будут перемещаться вперед и назад быстрее, создавая более короткие единицы переменной тактичности.
Преимущества
[ редактировать ]Первое явное преимущество цепного челнока состоит в том, что можно создавать сополимеры с более желательными характеристиками. Полимер, который обычно является полукристаллическим и жестким, можно изменить так, чтобы он имел более низкую температуру стеклования. Аморфную эластичную полимерную мембрану можно изменить, чтобы она имела более высокую температуру плавления. Эта технология открывает двери для того, чтобы полимеры, изготовленные по индивидуальному заказу, стали широко доступными и простыми в недорогом производстве.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Арриола Д., Карнахан Э., Хустад П., Кульман Р., Венцель Т. «Каталитическое производство олефиновых блок-сополимеров посредством цепной челночной полимеризации» Science Vol. 312 мая 2006 г. 10.1126/science.1125268
- ^ «Полимеризация Циглера-Натта» .
- ^ Гибсон, В. «Перенос полиолефинов в новое измерение материалов», Science Vol. 312 мая 2006 г.