Mgr Agata Krasuska - V rok studiów



Nośnikowe i beznośnikowe układy katalityczne zawierające bis(fenoksy-iminowe) kompleksy metali bliższych grup układu okresowego w kopolimeryzacji etylenu
z 1-oktenem

Promotor: prof. dr hab. inż. Krystyna Czaja

Słowa kluczowe projektu: katalizator FI, polietylen, polimeryzacja koordynacyjna, kopolimeryzacja


Cele projektu

Na przestrzeni minionych 50 lat opracowano cały szereg generacji katalizatorów do polimeryzacji i kopolimeryzacji olefin. Do najnowszej grupy należą układy postmetalocenowe, których rozwój zainicjowany został na początku lat 90-tych ubiegłego wieku. Katalizatory te zawierają silnie rozbudowane sterycznie ligandy mono-, dwu-, trój- lub czterodonorowe, a jako jony centralne używane są zwykle metale dalszych grup układu okresowego, głównie nikiel, pallad, żelazo i kobalt, ale również metale bliższych grup układu okresowego, np. cyrkon czy tytan [1].

Duże zainteresowanie układami tego typu wynika z ich specyficznych właściwości odróżniających je (niezależnie od odmiennej struktury) od wcześniejszych generacji katalizatorów w zakresie możliwości sterownia właściwościami otrzymanych produktów. Katalizatory te umożliwiają między innymi syntezę produktów o unikatowych właściwościach, np. liniowego polietylenu małej gęstości, izotaktycznego i syndiotakycznego polipropylenu, syndiotaktycznego polistyrenu [2], a także regio- i stereoregularnego poli(1-heksenu) o dużym ciężarze cząsteczkowym [3]. Ponadto, tego typu katalizatory mogą być użyte do syntezy następujących kopolimerów: etylen/propylen, etylen/1-buten, a także etylen/norbornen [3,4].

W ostatnich latach szczególnym zainteresowaniem cieszą się kompleksy metali bliższych grup układu okresowego zawierające ligandy dwudonorowe, przede wszystkim ligandy fenoksy-iminowe [2-8]. Tego typu kompleksy okazały się efektywnymi katalizatorami nie tylko polimeryzacji etylenu czy propylenu, ale również kopolimeryzacji tych dwóch monomerów, jak również polimeryzacji 1-heksenu [3,5-8]. W kompleksach zawierających ligandy dwudonorowe, w charakterze centrum metalicznego najczęściej występuje atom cyrkonu [2,3,5-7] lub tytanu [3,4,7,8], a sporadycznie wanadu [7]. Należy również podkreślić, że katalizatory te stosowane są najczęściej jako układy beznośnikowe [2-5].

W ramach wcześniejszych prac prowadzone były badania dotyczące syntezy, charakterystyki i oceny właściwości katalitycznych, w niskociśnieniowej polimeryzacji etylenu, kompleksów metali bliższych grup układu okresowego z dwudonorowymi ligandami typu [N,O] o różnej strukturze. Katalizatory te okazały się aktywne w niskociśnieniowej polimeryzacji etylenu, umożliwiając syntezę polietylenu o różnych właściwościach, w zależności od rodzaju kompleksu i rodzaju glinoorganicznego aktywatora, a także warunków polimeryzacji.

Celem tego projektu jest rozszerzenie tych badań na kopolimeryzację etylenu z wybraną wyższą 1-olefiną. Zakres planowanej pracy obejmuje syntezę, charakterystykę i ocenę właściwości katalitycznych bis(fenoksy-iminowych) kompleksów metali bliższych grup układu okresowego, stosowanych jako katalizatory kopolimeryzacji etylenu z 1-oktenem. W ramach projektu planowane jest sprawdzenie wpływu składu układu katalitycznego oraz warunków prowadzenia procesu kopolimeryzacji nie tylko na aktywność badanych układów katalitycznych, ale również na stopień wbudowania komonomeru oraz właściwości otrzymanych produktów polimerowych. Ewentualne zastosowanie badanych układów katalitycznych w istniejących instalacjach przemysłowych, podobnie jak w przypadku homogenicznych układów metalocenowych, wymaga ich immobilizacji na nośniku. Dlatego też w charakterze katalizatorów użyte zostaną zarówno układy beznośnikowe jak i ich nośnikowe odpowiedniki.

Praca ma wybitne charakter eksperymentalny wymagający znacznego udziału odczynników oraz wykorzystania aparatury badawczej. W ramach projektu planuje się także przygotowanie wystąpienia konferencyjnego oraz udział w konferencji naukowej, która umożliwi dyskusję uzyskanych wyników w gronie doktorantów z innych polskich uczelni i pracowników naukowo-badawczych.


Literatura cytowana

  1. Czaja K., Poliolefiny, WNT, Warszawa, 2005.

  2. Matsui S., Mitani M.: J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 6847.

  3. Furuyama R., Fujita T.: Catal. Surv. from Asia 2004, 8, 61.

  4. Du Z., Xu J.: Polym. Bull. 2007, 58, 903.

  5. Matsukawa N., Matsui S.: J. Mol. Cat. A: Chem. 2001, 169, 99.

  6. Xu R., Liu D., Wang S., Wang N., Mao B.: J. Mol. Cat. A: Chem. 2007, 263, 86.

  7. Nakayama Y., Bando H., Sonobe Y., Fujita T.: J. Mol. Cat. A: Chem. 2004, 213, 141.

  8. Nakayama Y., Bando H., Sonobe Y., Kaneko H., Kashiwa N., Fujita T.: J. Catal. 2003, 215, 171.


Planowane metody i narzędzia badawcze

    • synteza i charakterystyka kompleksów katalitycznych w warunkach beztlenowych: technika Schlenka, analiza elementarna, ewentualnie badania rentgenostrukturalne i EPR,

    • niskociśnieniowa polimeryzacja,

    • charakterystyka produktów polimeryzacji: spektroskopia IR i NMR, GPC, DSC.


Innowacyjność oraz przydatność dla rozwoju regionu

Projekt, obok niezbędnego dla prac doktorskich celu naukowego, ma wyraźnie zarysowany charakter utylitarny. W ramach pracy planowane jest bowiem opracowanie nowych, dotąd niestosowanych, układów katalitycznych do kopolimeryzacji etylenu z wyższą 1-olefiną o potencjalnym znaczeniu przemysłowym. Efektem dotychczasowych badań są dwie publikacje, kolejna w przygotowaniu oraz dziesięć wystąpień konferencyjnych.





dol