Reaktionsmekanism som visar en protonöverföring från supersyrakatalysatorn till isobuten. Detta är det första steget i PIB-polymerisationsprocessen. Kredit:Minh Nguyen Vo/Johnson Research Group
Polyisobutylen (PIB) är en arbetshästpolymer som finns i en mängd produkter, allt från tuggummi, till däck, till motorolja och bensintillsatser. Även om det tillverkats kommersiellt i stora kvantiteter sedan 1940-talet, PIB-kemi var ett mysterium - forskare var inte säkra på hur reaktionsmekanismen som skapar polymeren sker på molekylär nivå, vilket begränsat ytterligare potential.
Dock, ett samarbete mellan University of Pittsburghs Swanson School of Engineering och Wickliffe, Ohio-baserade Lubrizol Corporation har avslöjat hemligheterna bakom PIB:s reaktionsmekanism. Gruppens resultat publicerades denna månad i tidskriften ACS-katalys .
Huvudutredare är Karl Johnson, William Kepler Whiteford professor vid Swanson Schools avdelning för kemi- och petroleumteknik. Finansiering för forskningen gavs av Lubrizol, som 2014 etablerade ett strategiskt partnerskap på 1,2 miljoner dollar med avdelningen och Swanson School för att sätta fart på forskningsinnovation som också erbjuder möjligheter för studenter att delta.
"PIB är en otroligt mångsidig polymer. Den kan ha många olika egenskaper beroende på hur den är gjord. Det finns många olika 'recept' för att göra PIB, var och en använder olika katalysatorer och reaktionsbetingelser, men det visar sig att ingen riktigt vet vad som händer på molekylär nivå. Att ta reda på vad som pågår är viktigt eftersom det är svårare att kontrollera en process som du inte förstår."
Representation av supersyrakatalysatorn, upptäckt av Pitt/Lubrizol-teamet och PIB-polymerkedjorna. Kredit:Minh Nguyen Vo/Johnson Research Group
Att lösa detta katalytiska pussel är av intresse för Lubrizol, som är specialiserat på ingredienser och tillsatser för polymerbaserade produkter. Att använda universitetets centrum för forskningsberäkningar för att analysera molekylära processer, Pitt/Lubrizol-gruppen fann att den antagna reaktionsmekanismen inte var korrekt och att initiering av reaktionen kräver en "superasyra" katalysator.
"Dessa fynd ger grundläggande insikt i PIB-reaktionsmekanismen som potentiellt kan användas för att designa olika katalysatorer och för att kontrollera reaktionen - och därmed, det potentiella utbudet av produkter – på sätt som för närvarande inte är möjliga." Dr. Johnson sa. "Detta projekt visar värdet av att skapa akademiska/industriella partnerskap för att bedriva forskning som kanske inte är möjlig om den genomförs självständigt."
