Mgr Elwira Bisz



Promotor: dr hab. Marzena Białek

Homopolimeryzacja wyższych olefin i ich kopolimeryzacja z etylenem wobec kompleksów metali przejściowych z ligandami czterodonorowymi.

Słowa kluczowe: homopolimeryzacja, kopolimeryzacja, LLDPE, poli(1-olefina), katalizator postmetalocenowy

Cele projektu

Spośród stosowanych obecnie materiałów polimerowych największą część stanowią te na bazie poliolefin. Światowa produkcja i zużycie poliolefin w ostatnich latach wynosi około 100 milionów ton rocznie [1]. Poliolefiną produkowaną w największej skali jest polietylen, przy czym jego właściwości można modyfikować poprzez wprowadzenie do łańcucha polimerowego merów pochodzących od wyższych 1-olefin, co prowadzi do powstania polietylenu liniowego małej gęstości (PE-LLD). Wprowadzenie w sposób kontrolowany rozgałęzień do łańcucha polietylenowego pozwala zmieniać jego właściwości, przede wszystkim gęstość, a także krystaliczność, temperaturę topnienia, właściwości optyczne, a w konsekwencji rozszerzają się zastosowania polietylenu. Inną grupą poliolefin są homopolimery wyższych 1-olefin. I choć na skalę przemysłową są produkowane w mniejszych ilościach, to zainteresowanie nimi istnieje i jest związane z faktem, że mogą się one różnić od polietylenu i polipropylenu znacząco niektórymi właściwościami [2].

W ostatnim czasie prowadzone są bardzo intensywne badania polimeryzacji etylenu i propylenu z udziałem najnowszej grupy katalizatorów metaloorganicznych, katalizatorów postmetalocenowych [3-6], natomiast zastosowanie tego typu katalizatorów w kopolimeryzacji etylenu z wyższymi olefinami czy homopolimeryzacji 1-olefin jest sporadyczne, szczególnie w przypadku katalizatorów zawierających kompleksy z ligandami czterodonorowymi i metale przejściowe inne niż cyrkon.

Celem projektu jest zbadanie procesu homopolimeryzacji wyższych 1-olefin wobec katalizatorów posmetalocenowych zawierających kompleksy metali przejściowych z ligandami czterodonorowymi o różnej strukturze. W szczególności planuje się systematyczne badania nad określeniem zależności między składem układu katalitycznego, obejmującym budowę kompleksu postmetalocenowego (rodzaj metalu przejściowego w kompleksie, struktura liganda) oraz rodzaj aktywatora, a także warunkami procesu oraz rodzajem i stężeniem wyższej 1-olefiny, a aktywnością katalizatora, stereospecyficznością produktów, dyspersją molekularną, a także innymi właściwościami poli(1-olefin).

Dodatkowo, dla wybranej wyższej olefiny, zostanie przeprowadzona jej kopolimeryzacja z etylenem, w różnych warunkach i z udziałem różnych kompleksów z ligandami czterodonorowymi. Uzyskane wyniki powinny dać odpowiedź dotyczącą optymalnej struktury kompleksu i warunków kopolimeryzacji gwarantującej uzyskanie dobrej wydajności procesu i pożądanego wbudowania wyższego wyższej olefiny.


Planowane metody i narzędzia badawcze

Synteza kompleksów zostanie wykonana w warunkach beztlenowych z wykorzystaniem techniki Schlenka. Charakterystyka otrzymanych kompleksów przeprowadzona zostanie za pomocą spektroskopii w podczerwieni (FTIR) oraz jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR), a także metodą analizy elementarnej. Niskociśnieniowa kopolimeryzacja etylenu z 1-olefiną zostanie wykonana w szklanym reaktorze ciśnieniowym. Otrzymane polimery zostaną scharakteryzowane przy użyciu takich metod jak: absorpcja w podczerwieni (FTIR), spektroskopia 1HNMR i 13CNMR (charakterystyka łańcucha polimerowego, stereospecyficzności poli(1-olefin) i wbudowania komonomeru), chromatografia żelowa (GPC), za pomocą której oznaczone zostaną wartości średnich ciężarów cząsteczkowych polimeru i ich rozkłady. Wartości temperatur przemian fazowych oznaczone zostaną za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC).

Wpływ realizacji projektu na wzrost innowacyjności gospodarki regionu poprzez zintensyfikowanie powiązań między nauką i przemysłem, w tym określenie możliwości zastosowania wyników badań w konkretnym sektorze bądź przedsiębiorstwie

Efektem realizacji projektu, oprócz realizacji części pracy doktorskiej, będą publikacje naukowe i/lub prezentacje konferencyjne. Należy zaznaczyć jednak, że oprócz aspektu naukowego, praca ma charakter aplikacyjny. W ramach pracy planowany jest bowiem opracowanie nowych katalizatorów, mogących znaleźć zastosowanie do syntezy wyższych poli(1-olefin) oraz polietylenu LLDPE. I choć polimery te już są otrzymywane na skalę przemysłową, jednak wciąż trwają badania nad opracowaniem nowych i efektywniejszych układów katalitycznych umożliwiających uzyskanie produktu o pożądanych właściwościach (o odpowiednim składzie, jednorodności molekularnej i strukturalnej), w tym o dobrych właściwościach użytkowych.

Literatura

1. M. Gahleitner, J. R. Severn in: Tailor-Made Polymers via immobilization of Alpha-Olefin Polymerization Catalysts.J.R. Severn, J. C. Chadwick (Eds.), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, Weinheim 2008, 1-42.

2. KCzaja: Poliolefiny, Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, Warszawa 2005.

3. G.J.P. Britovsek, V.C. Gibson, D. F. Wass Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 428-447.

4. K.P. Bryliakov Russ. Chem. Rew. 2007, 76, 253-277.

5. S.D. Ittel, L.K.Johnson Chem.Rev. 2000, 100, 1169-1203.

6. V.C. Gibson, S. K. Spitzmesser Chem. Rev. 2003,103, 283-315.





dol