Forskere rapporterer om ny klasse af polyethylenkatalysatorer

Et team af kemikere fra University of Houston har rapporteret opdagelsen af ​​en ny klasse af katalysatorer til fremstilling af ultra-højvægts polyethylen, en potentiel ny kilde til høj styrke, slidstærkt plastik brugt til produkter lige fra skudsikre veste til kunstige led.

Den nikkel-baserede katalysator er beskrevet i et papir offentliggjort fredag, 25. januar, i Naturkommunikation .

"Dette er en helt ny klasse af katalysatorer, der kan producere ultra-højvægts polyethylen, " sagde medforfatter Olafs Daugulis, Robert A. Welch Chair of Chemistry ved UH. "Vi har vist, at denne klasse af nikkelkatalysatorer virker."

Andre forskere involveret i arbejdet omfatter førsteforfatter Andrew L. Kocen, en doktorand, og kemiprofessor Maurice Brookhart. Alle er tilknyttet Welch Center for Excellence in Polymer Chemistry på UH.

Polyethylen er blandt de mest populære plastik i verden, afledt af naturgas og råolie og brugt til plastikposer, shampoo flasker, børns legetøj og andre forbrugsvarer. Brookhart bemærkede, at al kommerciel polyethylen i øjeblikket produceres af såkaldte "tidlige metalkatalysatorer, " hovedsageligt titanium og zirconium. Nikkel, en af ​​en gruppe metaller kendt som "sen overgangsmetaller, "er rigeligt og billigt, hvilket gør katalysatorer baseret på nikkel attraktive fra et kommercielt synspunkt.

Brookharts forskningsgruppe rapporterede de første nikkel-baserede katalysatorer til brug i syntesen af ​​polyolefiner, inklusive polyethylen, i midten af ​​1990'erne. Disse tidlige katalysatorer havde to nitrogen-baserede molekyler, eller ligander, bundet til nikkel. Den nye katalysator er i stedet afhængig af en enkelt phosphinligand.

Forskerne rapporterede, at den nye katalysator er meget aktiv, nåede 3,8 millioner omsætninger i timen, men er forholdsvis kortvarig, med polymerisation, der aftager dramatisk inden for ca. fire minutter.

"Vi rapporterer her, at tri-1-adamantylphosphin-nikkel-komplekset [Ad ₃ PNiBr ₃ ]-[Annonce ₃ PH]+, når de udsættes for alkylaluminiumaktivatorer, polymeriserer ethylen til polyethylen med ultrahøj molekylvægt (M _n op til 1,68x10 ⁶ g mol ^-1 ) med indledende aktiviteter, der nåede bemærkelsesværdige 3,8 millioner omsætninger i timen ved 10 °C, " skrev de.

Mere arbejde vil være nødvendigt for at producere en kommercielt levedygtig katalysator, men Daugulis sagde, at proof of concept giver et værdifuldt udgangspunkt. "Alle praktiske opfindelser er baseret på grundforskning, sagde han. Det er der, tingene begynder.

Brookhart sagde afbalancerende katalytisk aktivitet, kendt som omsætningsfrekvens, med lang levetid vil være nøglen til enhver potentiel kommercialisering.

"At være kommerciel, en katalysator har brug for en ideel høj omsætningsfrekvens og lang levetid, " sagde han. "Den nuværende katalysator har en exceptionel indledende omsætningsfrekvens, men levetiden er kort. For at være interessant kommercielt, Katalysatorens levetid skal forbedres."