Olafs Daugulis, Robert A. Welch, ordförande för kemi vid University of Houston, ledde ett team som upptäckte en ny klass av katalysatorer för att producera ultrahögviktspolyeten. Kredit:University of Houston
Ett team av kemister från University of Houston har rapporterat upptäckten av en ny klass av katalysatorer för att producera ultrahögviktspolyeten, en potentiell ny källa till höghållfasthet, nötningsbeständig plast som används för produkter som sträcker sig från skottsäkra västar till konstgjorda leder.
Den nickelbaserade katalysatorn beskrivs i en tidning som publicerades på fredag, 25 januari, i Naturkommunikation .
"Detta är en helt ny klass av katalysatorer som kan producera ultrahögviktspolyeten, " sa medförfattaren Olafs Daugulis, Robert A. Welch, ordförande för kemi vid UH. "Vi har visat att denna klass av nickelkatalysatorer fungerar."
Andra forskare som är involverade i arbetet inkluderar första författaren Andrew L. Kocen, en doktorand, och kemiprofessor Maurice Brookhart. Alla är anslutna till Welch Center for Excellence in Polymer Chemistry vid UH.
Polyeten är en av de mest populära plasterna i världen, som härrör från naturgas och råolja och används för plastpåsar, schampoflaskor, barnleksaker och andra konsumtionsvaror. Brookhart noterade att all kommersiell polyeten för närvarande produceras av så kallade "tidiga metallkatalysatorer, " huvudsakligen titan och zirkonium. Nickel, en av en grupp metaller som kallas "sena övergångsmetaller, "är riklig och billig, vilket gör katalysatorer baserade på nickel attraktiva ur kommersiell synvinkel.
Brookharts forskargrupp rapporterade de första nickelbaserade katalysatorerna för användning vid syntes av polyolefiner, inklusive polyeten, i mitten av 1990-talet. Dessa tidiga katalysatorer hade två kvävebaserade molekyler, eller ligander, bunden till nickeln. Den nya katalysatorn förlitar sig istället på en enda fosfinligand.
Forskarna rapporterade att den nya katalysatorn är mycket aktiv, nå 3,8 miljoner omsättningar per timme, men är relativt kortlivad, med polymerisation som avtar dramatiskt inom cirka fyra minuter.
"Vi rapporterar här att tri-1-adamantylfosfin-nickel-komplexet [Ad 3 PNiBr 3 ]-[Annons 3 PH]+, när de utsätts för alkylaluminiumaktivatorer, polymeriserar eten till polyeten med ultrahög molekylvikt (M n upp till 1,68x10 6 g mol -1 ) med initiala aktiviteter som nådde anmärkningsvärda 3,8 miljoner omsättningar per timme vid 10 °C, " de skrev.
Mer arbete kommer att behövas för att producera en kommersiellt gångbar katalysator, men Daugulis sa att proof of concept erbjuder en värdefull utgångspunkt. "Alla praktiska uppfinningar är baserade på grundforskning, " sa han. "Det är där saker börjar."
Brookhart sa att balanserande katalytisk aktivitet, känd som omsättningsfrekvens, med lång livslängd kommer att vara nyckeln till eventuell kommersialisering.
"För att vara kommersiell, en katalysator behöver idealiskt hög omsättningsfrekvens och lång livslängd, " sade han. "Den nuvarande katalysatorn har exceptionell initial omsättningsfrekvens, men livslängden är kort. För att vara intressant kommersiellt, Katalysatorns livslängd måste förbättras."
