En ny klasse af katalysatorer til miljøvenlige belægninger

Kemikere fra Konstanz har udviklet en ny klasse af katalysatorer, der gør det muligt at fremstille polyethylen-dispersioner direkte i vand. Dette åbner perspektiver for en miljøvenlig, opløsningsmiddelfri produktion af plastbelægninger.

Polyethylen (PE) er en af ​​nutidens vigtigste plasttyper. Det bruges i en bred vifte af hverdagsgenstande - fra plastikflasker til rør, skibelægninger og legetøj. I form af PE dispersioner danner det også grundlag for forskellige belægninger og klæbemidler.

Professor Stefan Mecking og Dr. Fei Lin fra Institut for Kemi ved Universitetet i Konstanz har nu taget et stort skridt tættere på den miljøvenlige, opløsningsmiddelfri produktion af PE-belægninger. I deres nylige artikel i den internationale udgave af tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition , beskriver kemikerne en ny klasse af vandopløselige katalysatorer, der gør det muligt at fremstille PE-dispersioner direkte i vand. Dette eliminerer energikrævende mellemtrin i produktionen af ​​opløsningsmiddelfri, emissionsfri belægninger.

Organiske opløsningsmidler som den eksisterende industristandard

På grund af deres tekniske egenskaber og deres forholdsvis lave produktionsomkostninger er plast blevet et væsentligt industrielt materiale. De består af store, langkædede molekyler, der afhængigt af typen også kan være forgrenede polymerer og er sammensat af mange gentagne enheder dannet af grundlæggende byggesten. I tilfælde af polyethylen er den grundlæggende byggesten ethylen - en gasformig kulbrinteforbindelse.

Egnede kemiske katalysatorer bruges til at fremme og fremskynde polymerisationsprocessen - hvor de individuelle byggesten forbindes for at danne store polymermolekyler. Ved fremstilling af PE-dispersioner til belægninger udføres polymeriseringen sædvanligvis i organiske opløsningsmidler, der gradvist erstattes af vand, hvilket kræver yderligere trin, der er både teknisk komplekse og energikrævende.

En ny klasse af katalysatorer

Forskning og udvikling søger således muligheder for at fremstille PE direkte under polymerisation i form af en vandig dispersion. Dette kunne så tjene som grundlag for opløsningsmiddel- og emissionsfrie belægninger, hvor kun vand fordamper under filmdannelsen. Det er dog udfordrende at polymerisere PE direkte i vand. "Dette kræver katalysatorer, der er aktive i vand, men som samtidig ikke ødelægges af vand. De fleste af de traditionelle katalysatorer nedbrydes, når de kommer i kontakt med vand," forklarer Stefan Mecking, professor i kemisk materialevidenskab ved University of Konstanz.

Dr. Fei Lin, en postdoc-forsker i Meckings forskerhold og en Humboldt Fellowship Awardee, opdagede en ny type af en sådan katalysator. Studierne er udført i forbindelse med Stefan Meckings DEEPCAT-projekt støttet af en Advanced Grant af European Research Council (ERC) siden 2019 til udvikling af plast, der kan nedbrydes på en miljøvenlig måde. "Vi udviklede vandopløselige katalysatorer til polymerisation af ethylen, som ikke kun forblev stabile, men også meget aktive, selvom de var i direkte kontakt med vand under hele den kemiske reaktion," siger Fei Lin.

Byggesten til en mere miljøvenlig polymeriseringsproces

I laboratorieundersøgelser var kemikerne i stand til at påvise, at deres nye katalysatorer i vand polymeriserer ethylen til dannelse af et stort antal små PE-partikler med en høj molekylvægt og linearitet - såkaldt højdensitetspolyethylen (HDPE). "Dette er afgørende for de endelige egenskaber af belægninger fremstillet på basis af PE-dispersioner og dermed for anvendeligheden af ​​vores metode," siger Stefan Mecking. Resultaterne relateret til de nye katalysatorer åbner således interessante perspektiver for miljøvenlige polymerisationsprocesser generelt og for effektiv produktion af opløsningsmiddel- og emissionsfri PE-belægninger i særdeleshed. + Udforsk yderligere

Forskere skaber ensartet form polymer nanokrystaller