Przedstawiono protokół wysokoprzepustowej analizy katalizatora polimeryzacji, polimeryzacji z przeniesieniem łańcuchowym, charakterystyki polietylenu i analizy kinetycznej reakcji.
Method Article
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.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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
.Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 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 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission