Цепная челночная полимеризация - Chain shuttling polymerization

Цепная челночная полимеризация это двойнаякатализатор способ производства блок-сополимеры с переменным или переменным тактичность. Желаемый эффект этого метода заключается в создании гибридных полимеров, которые обладают свойствами обеих полимерных цепей, такими как высокая температура плавления в сочетании с высокой эластичностью. Это относительно новый метод, о первом случае его использования сообщили Arriola et al. в мае 2006 г.[1]

Полимеризация олефинов

Олефиновые полимеры (Такие как полипропилен и полиэтилен ) широко использовались в пластмассовая промышленность за последние 50 лет. Ученые впервые открыли способ улучшить свойства этих олефиновых полимеров. Карл Циглер 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 стереохимия (тактичность) олефиновых полимеров (следовательно, Катализатор Циглера-Натта ).[2] Контролируя тактичность полимера, цепь может, например, быть полуразмерной. кристаллический или же аморфный, жесткие или эластичные, термостойкие или имеющие низкий температура 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) в полимеризации олефинов, поскольку полимерные цепи самораспространяются в присутствии катализатора до тех пор, пока не обрываются намеренно.

Однако живая полимеризация дает только один тип тактичности на катализатор. Хотя конкретную тактичность можно контролировать, изменяя тип используемого катализатора, для создания блок-сополимера требуется, чтобы полимеризация была прекращена, катализатор разрушен и чтобы цепь возобновлялась с использованием другого катализатора, который дает желаемую стереохимию. Однако такие манипуляции обычно трудны.

Метод

Цепная челночная полимеризация использует два катализатора и агент по перевозке грузов (CSA) для получения сополимеров чередующихся тактичность. Катализатор 1 (Cat1) размножает полиолефин желаемой тактичности. Катализатор 2 (Cat2) генерирует еще одну цепочку с другой тактичностью. Две цепи могут совместно размножаться в одном реакторе таким же образом живого полимера, как и раньше. Чтобы изменить тактику, CSA будет передача полимерная цепь от соответствующего катализатора. Затем CSA может связываться с Cat2 и присоединять цепь к Cat2. Когда цепь присоединяется к Cat2, полимеризация этой цепи продолжается, за исключением того, что теперь она распространяется с тактичностью, продиктованной Cat2, а не Cat1. Общий результат состоит в том, что в цепочке будут чередоваться две разные тактики. По мере протекания прямой и обратной реакций полимерная цепь «перемещается» туда-сюда между двумя катализаторами, и образуется блок-сополимер.[3]

Схема реакции челночной полимеризации

Перемещение цепей назад и вперед от катализаторов через CSA можно рассматривать как конкурирующую химическое равновесие. Обратите внимание, что возможны прямые и обратные реакции связывания CSA и выхода из Cat1 или Cat2. Эта конкуренция означает, что цепь может покинуть Cat1 через CSA и повторно подключиться к Cat1, полимеризуя ту же тактику. В ставка при котором происходит повторное присоединение Cat1, можно контролировать, изменяя относительные концентрации Cat1, Cat2 и CSA. Например, если кто-то хочет получить полимер со свойствами, главным образом проистекающими из использования Cat1, и хочет лишь незначительно повлиять на его свойства присутствием Cat2, 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 более быстро, создавая более короткие единицы с переменной тактичностью.

Преимущества

Первое очевидное преимущество челночной цепи 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 так, чтобы она имела более высокую температуру плавления. Этот метод открывает двери для широкодоступных полимеров, изготавливаемых по индивидуальному заказу, и их простого в недорогом изготовлении.

Рекомендации

  1. ^ Арриола, Д., Карнахан, Э., Хустад, П., Кульман, Р., Венцель, Т. «Каталитическое производство олефиновых блок-сополимеров с помощью челночной полимеризации» Science Vol. 312 мая 2006 г. 10.1126 / science.1125268
  2. ^ http://pslc.ws/mactest/ziegler.htm
  3. ^ Гибсон, В. «Переход полиолефинов в новое измерение материалов» Science Vol. 312 мая 2006 г.