Polimeryzacja wahadłowa łańcucha
Polimeryzacja z wahadłowym łańcuchem to metoda z podwójnym katalizatorem do wytwarzania kopolimerów blokowych o naprzemiennej lub zmiennej taktyczności . Pożądanym efektem tej metody jest otrzymanie polimerów hybrydowych, które posiadają właściwości obu łańcuchów polimerowych, takie jak wysoka temperatura topnienia przy jednoczesnej dużej elastyczności. Jest to stosunkowo nowa metoda, pierwszy przypadek jej zastosowania opisali Arriola i in. w maju 2006 r.
Polimeryzacja olefin
Polimery olefinowe (takie jak polipropylen i polietylen ) były szeroko stosowane w przemyśle tworzyw sztucznych w ciągu ostatnich 50 lat. Sposób na poprawę właściwości tych polimerów olefinowych po raz pierwszy odkryli naukowcy Karl Ziegler i Giulio Natta . Ziegler odkrył oryginalny katalizator na bazie tytanu, niezbędny do polimeryzacji olefin, podczas gdy Natta użył katalizatora do zmiany i kontrolowania stereochemii ( taktyczności) polimerów olefinowych (stąd katalizator Zieglera-Natty ). Kontrolując taktyczność polimeru, łańcuch może na przykład być półkrystaliczny lub amorficzny , sztywny lub elastyczny, odporny na ciepło lub mieć niską temperaturę zeszklenia . Od tego czasu wiele badań poświęcono przewidywaniu i tworzeniu polimerów na podstawie tej pracy. Żywa polimeryzacja to termin ukuty w celu opisania zastosowania specjalnie wykonanych katalizatorów (często zawierających centra metali przejściowych) w polimeryzacji olefin, ponieważ łańcuchy polimeru samopropagują się w obecności katalizatora, aż do celowego zakończenia.
Żywa polimeryzacja powoduje jednak tylko jeden rodzaj taktyczności na katalizator. Podczas gdy specyficzną taktyczność można kontrolować, zmieniając typ stosowanego katalizatora, tworzenie kopolimeru blokowego wymaga zakończenia polimeryzacji, zniszczenia katalizatora i ponownego propagowania łańcucha przy użyciu innego katalizatora, który wytwarza pożądaną stereochemię. Takie manipulacje są jednak zwykle trudne.
metoda
Polimeryzacja z przenoszeniem łańcucha wykorzystuje dwa katalizatory i środek przenoszący łańcuch (CSA) w celu wytworzenia kopolimerów o naprzemiennej taktyczności . Katalizator 1 (Cat1) propaguje poliolefinę o pożądanej taktyczności. Katalizator 2 (Cat2) generuje kolejny łańcuch o innej taktyczności. Dwa łańcuchy mogą współpropagować w jednym reaktorze w ten sam sposób żywego polimeru, jak poprzednio. Aby zmienić taktyczność, CSA przeniesie łańcuch polimeru z odpowiedniego katalizatora. CSA może następnie związać się z Cat2 i dołączyć łańcuch do Cat2. Kiedy łańcuch przyczepia się do Cat2, polimeryzacja tego łańcucha trwa, z wyjątkiem tego, że teraz propaguje się z taktyką narzuconą przez Cat2, a nie Cat1. Ogólny rezultat jest taki, że łańcuch będzie się zmieniał pomiędzy dwiema różnymi taktykami. Gdy zachodzą reakcje do przodu i do tyłu, łańcuch polimeru jest „przemieszczany” tam iz powrotem między dwoma katalizatorami i powstaje kopolimer blokowy.
Przemieszczanie się łańcuchów tam i z powrotem od katalizatorów przez CSA można postrzegać jako konkurencyjną równowagę chemiczną . Należy zauważyć, że możliwe są reakcje do przodu i do tyłu wiązania CSA i opuszczania Cat1 lub Cat2. Ta rywalizacja oznacza, że łańcuch może opuścić Cat1 przez CSA i ponownie dołączyć do Cat1, polimeryzując tę samą taktykę. Szybkość z jaką następuje ponowne przyłączanie Cat1, można kontrolować przez zmianę względnych stężeń Cat1, Cat2 i CSA. Na przykład, gdyby ktoś chciał wytworzyć polimer o właściwościach wynikających głównie z zastosowania Cat1 i chciał tylko nieznacznie wpłynąć na jego właściwości obecnością Cat2, użyto by większego stężenia Cat1 niż dla Cat2. Szybkość zmiany taktyczności można kontrolować zmieniając stężenie CSA w stosunku do Cat1 i Cat2; wyższe stężenie CSA oznacza, że łańcuchy będą szybciej przemieszczać się tam iz powrotem, tworząc krótsze jednostki o naprzemiennej taktyce.
Zalety
Pierwszą wyraźną zaletą wahadłowego łańcucha jest to, że można projektować kopolimery o bardziej pożądanych cechach. Polimer, który jest zwykle półkrystaliczny i sztywny, można zmienić tak, aby miał niższą temperaturę zeszklenia. Bezpostaciową, elastyczną membranę polimerową można zmienić tak, aby miała wyższą temperaturę topnienia. Technika ta otwiera drzwi dla polimerów dostosowanych do potrzeb, aby były szeroko dostępne i proste do niedrogiego wytworzenia.