Przedstawiono protokół wysokoprzepustowej analizy katalizatora polimeryzacji, polimeryzacji z przeniesieniem łańcuchowym, charakterystyki polietylenu i analizy kinetycznej reakcji.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiono protokół wysokoprzepustowej analizy katalizatora polimeryzacji, polimeryzacji z przeniesieniem łańcuchowym, charakterystyki polietylenu i analizy kinetycznej reakcji.
Demonstrujemy metodę wysokoprzepustowego przesiewania katalizatorów za pomocą równoległego reaktora ciśnieniowego, zaczynając od początkowej syntezy katalizatora polimeryzacji niklu α-diiminy etylenu. Początkowe polimeryzacje z katalizatorem prowadzą do zoptymalizowanych warunków reakcji, w tym stężenia katalizatora, ciśnienia etylenu i czasu reakcji. Wykorzystując dane dotyczące poboru gazu dla tych reakcji, przedstawiono procedurę obliczania początkowej szybkości propagacji (kp). Korzystając ze zoptymalizowanych warunków, zbadano zdolność katalizatora polimeryzacji niklu α-diiminy do przenoszenia łańcucha z dietylocynkiem (ZnEt2) podczas polimeryzacji etylenu. Przedstawiono procedurę oceny zdolności katalizatora do przenoszenia łańcucha (na podstawie danych z masy cząsteczkowej i 13C NMR), obliczania stopnia przenoszenia łańcucha i obliczania szybkości przenoszenia łańcucha (ke).
Poliolefiny to ważna klasa przemysłowych polimerów z zastosowaniem w termoplastycznych i elastomerach. Znaczący postęp w projektowaniu jednomiejscowych katalizatorów do produkcji poliolefin doprowadził do możliwości dostrojenia masy cząsteczkowej, polidyspersyjności i mikrostruktury polimerów, co prowadzi do szerokiego zakresu potencjalnych zastosowań. 1-3 Ostatnio opracowano polimeryzacje z przenoszeniem łańcucha i przenoszeniem łańcucha, aby zapewnić dodatkową drogę do modyfikacji właściwości polimeru bez konieczności modyfikowania katalizatora. 4-6 System ten wykorzystuje jednomiejscowy katalizator z metalu przejściowego i odczynnik do przenoszenia łańcucha (CTR), który jest zwykle alkilem metalicznym z grupy głównej. Podczas tej polimeryzacji rosnący łańcuch polimerowy jest w stanie przenieść się z katalizatora do CTR, gdzie łańcuch polimerowy pozostaje uśpiony, dopóki nie zostanie przeniesiony z powrotem do katalizatora. Tymczasem grupa alkilowa, która została przeniesiona do katalizatora, może zainicjować kolejny łańcuch polimerowy. W polimeryzacji z przeniesieniem łańcuchowym jeden katalizator może zainicjować większą liczbę łańcuchów w porównaniu ze standardową polimeryzacją katalityczną. Łańcuchy polimerowe są zakończone metalem przenoszącym łańcuch; Dzięki temu możliwa jest dalsza funkcjonalizacja grupy końcowej. System ten może być stosowany do zmiany masy cząsteczkowej i rozkładu masy cząsteczkowej poliolefin7, do katalizowania wzrostu łańcucha alkilowego podobnego do Aufbau na metalach z grupy głównej8 oraz do syntezy polimerów specjalistycznych obejmujących układy wielokatalityczne, takich jak kopolimery blokowe. 9,10
pkt.Polimeryzacja z przeniesieniem łańcuchowym była najczęściej obserwowana z wczesnymi metalami przejściowymi (Hf, Zr) i odczynnikami alkilocynku lub alkiloglinu, chociaż istnieją przykłady w całej serii metali przejściowych. 5,7,8,11-16 W typowych układach katalizatorów z wczesnych metali przejściowych przenoszenie łańcuchowe jest szybkie, wydajne i odwracalne, co prowadzi do wąskich rozkładów masy cząsteczkowej. Przenoszenie/przenoszenie łańcucha zaobserwowano w metalach przejściowych (np. Cr, Fe, Co i Ni) z alkilami metali grupy 2 i 12, chociaż tempo przenoszenia jest bardzo zmienne w porównaniu z wczesnymi metalami. 4,7,17-19 Dwa główne czynniki są najwyraźniej niezbędne do efektywnego transferu łańcucha: dobre dopasowanie energii dysocjacji wiązań metal-węgiel dla katalizatora polimeryzacji i odczynnika do przenoszenia łańcucha oraz odpowiednie środowisko steryczne sprzyjające dwucząsteczkowemu tworzeniu/pękaniu dwucząsteczkowych mostków bimetalicznych. 20 W przypadku późnych metali przejściowych, jeżeli katalizator nie zawiera wystarczającej ilości masy sterycznej, eliminacja beta-wodorków (β-H) będzie dominującą drogą zakończenia i będzie generalnie przewyższać przenoszenie łańcuchowe.
Niniejszym opisujemy badanie transferu łańcucha bimetalicznego z niklu do w systemie katalizatora na bazie bis(2,6-dimetylofenylo)-2,3-butanodiaminy z dietylocynkiem (ZnEt2) na małą skalę. Przeniesienie łańcuchowe zostanie zidentyfikowane poprzez zbadanie zmian masy cząsteczkowej (Mw) i wskaźnika dyspersyjności otrzymanego polietylenu za pomocą analizy chromatografii żelowo-permeacyjnej. Przenoszenie łańcucha zostanie również zidentyfikowane za pomocą analizy 13C NMR stosunku winylu do nasyconych końców łańcucha w funkcji stężenia czynnika przenoszącego łańcuch. Przedstawiona zostanie również pogłębiona analiza kinetyczna szybkości propagacji i przenoszenia łańcuchów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Uwaga: Proszę zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS) przed użyciem. Kilka substancji chemicznych używanych w tych syntezach jest silnie toksycznych i rakotwórczych, podczas gdy kilka jest piroforycznych i zapala się w powietrzu. Podczas wykonywania tych reakcji należy stosować wszystkie odpowiednie praktyki bezpieczeństwa, w tym stosowanie kontroli technicznych (wyciąg, komora podręczna) i środków ochrony osobistej (okulary ochronne, rękawice, fartuch laboratoryjny, spodnie o pełnej długości, buty z zakrytymi palcami). Część poniższych procedur obejmuje standardowe techniki obchodzenia się z powietrzem.
1. Przygotowanie [bis(2,6-dimetylofenylo)-2,3-butanodiaminy]NiBr 2,21-25
2. Przygotowanie katalitycznych roztworów podstawowych
3. Polimeryzacja katalityczna przy użyciu równoległego reaktora ciśnieniowego
| Naczynie reakcyjne | Ciśnienie (psi) | Pojemność katalizatora (ml) | ZnEt2 Vol. (ml) | Toluen Vol. (ml) |
| 1 | 15 | 0 | 0 | 3 |
| cyfra arabska | 15 | 0,1 | 0 | 2.9 |
| 3 | Rozdział 30 | 0 | 0 | 3 |
| 4 | Rozdział 30 | 0,1 | 0 | 2.9 |
| 5 | 60 | 0 | 0 | 3 |
| 6 | 60 | 0,1 | 0 | 2.9 |
| 7 | 150 | 0 | 0 | 3 |
| 8 | 150 | 0,1 | 0 | 2.9 |
| Naczynie reakcyjne | Ciśnienie (psi) | Pojemność katalizatora (ml) | ZnEt2 Vol. (ml) | Toluen Vol. (ml) |
| 1 | 60 | 0,1 | 0 | 2.9 |
| cyfra arabska | 60 | 0,1 | 0,005 | 2.9 |
| 3 | 60 | 0,1 | 0,01 | Klasa 2,89 |
| 4 | 60 | 0,1 | 0,015 | Klasa 2,89 |
| 5 | 60 | 0,1 | 0,025 | Z drugiej strony, 88 |
| 6 | 60 | 0,1 | 0,042 | Z drugiej strony, 2,86 |
| 7 | 60 | 0,1 | 0,06 | Wynik 2,84 |
| 8 | 60 | 0,1 | 0,085 | Wynik 2,82 |

4. Analiza kinetyczna polimeryzacji: szybkość przenoszenia i propagacji łańcuchów

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zużycie gazu etylenowego w funkcji czasu jest przedstawione na rysunku 1 dla różnych badanych ciśnień etylenu. Dane te są wykorzystywane do określenia optymalnych warunków reakcji. Zużycie gazu etylenowego w funkcji czasu przedstawiono na rysunku 2A dla samych próbek katalizatora, który służy do obliczenia szybkości propagacji (kp). Rysunek 2B przedstawia ślady chromatografii żelowej (GPC) dla polimeryzacji z przeniesieniem łańcuchowym z 0-1000 równow...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podstawiony metylo kationowy [α-diiminowy] katalizator polimeryzacji etylenu NiBr2 aktywowany MAO zbadano pod kątem jego kompetencji do polimeryzacji z przeniesieniem łańcucha etylenu. Reakcje monitorowano za pomocą pomiarów absorpcji gazu w celu określenia szybkości i zakresu polimeryzacji oraz żywotności katalizatora, a masę cząsteczkową otrzymanych polimerów określono za pomocą chromatografii żelowej (GPC). Początkowo katalizator niklowy był testowany w zakresie ciśnień e...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konkurencyjnych interesów finansowych.
Wsparcie finansowe zostało zapewnione przez University of Minnesota (fundusze na start) oraz ACS Petroleum Research Fund (54225-DNI3). Zakup sprzętu dla placówki NMR na Wydziale Chemii był wspierany przez grant z NIH (S10OD011952) z odpowiednimi funduszami z University of Minnesota. Uznajemy Minnesota NMR Center za NMR w wysokiej temperaturze. Fundusze na oprzyrządowanie NMR zostały zapewnione przez Biuro Wiceprezesa ds. Badań, Szkołę Medyczną, Kolegium Nauk Biologicznych, NIH, NSF i Minnesota Medical Foundation. Dziękujemy Johnowi Walzerowi (ExxonMobil) za podarowanie mieszadeł PEEK o wysokiej przepustowości
.Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Reaktor ciśnieniowy Endeavor | Biotage | EDV-1N-L | |
| Wirniki łopatkowe | Biotage | 900543 | |
| Szklane wkładki | Biotage | 900676 | |
| 2,3-butanodion, 99% | Alfa Aesar | A14217 | |
| 2,6-dimetyloanilina, 99% | Sigma Aldrich | D146005 | |
| kwas mrówkowy, 95% | Sigma Aldrich | F0507 | |
| metanol, 99,8% | Sigma Aldrich | 179337 | ACS Odczynnik |
| bromek niklu (II), 99% | Strem | 28-1140 | bezwodny, higroskopijny |
| trietyloortomrówczan, 98% | Sigma Aldrich | 304050 | suszony K2CO3 i destylowany |
| 1,2-dimetoksyetan, 99,5% | Sigma Aldrich | 259527 | suszone Na/Benzofenonem i destylowanym |
| pentanem, 99% | Fisher | P399 | HPLC Grade * |
| dichlorometan, 99,5% | Odczynnik Fisher | D37 | ACS * |
| toluen, 99,8% | Fisher | T290 | HPLC Grade * |
| metyloaluminoksan | Albemarle | MAO | piroforyczny, 30% w toluenie |
| dietylozylu, 95% | Strem | 93-3030 | piroforyczny |
| 1,2,4-trichlorobenzen, 99% | Sigma Aldrich | 296104 | |
| 1,1,2,2-tetrachloroetan-D2, 99,6% | Izotopy Cambridge | DLM-35 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie