Kredit:Unsplash/CC0 Public Domain
Kemister från Konstanz har utvecklat en ny klass av katalysatorer som möjliggör tillverkning av polyetendispersioner direkt i vatten. Detta öppnar perspektiv för miljövänlig, lösningsmedelsfri produktion av plastbeläggningar.
Polyeten (PE) är en av dagens viktigaste plasttyper. Den används i ett brett utbud av vardagsföremål – från plastflaskor till rör, skidbeläggningar och leksaker. I form av PE-dispersioner utgör den också grunden för olika beläggningar och lim.
Professor Stefan Mecking och Dr Fei Lin från Institutionen för kemi vid universitetet i Konstanz har nu tagit ett stort steg närmare den miljövänliga, lösningsmedelsfria produktionen av PE-beläggningar. I deras senaste artikel i den internationella upplagan av tidskriften Angewandte Chemie International Edition , beskriver kemisterna en ny klass av vattenlösliga katalysatorer som gör det möjligt att tillverka PE-dispersioner direkt i vatten. Detta eliminerar energikrävande mellansteg i produktionen av lösningsmedelsfria, emissionsfria beläggningar.
Organiska lösningsmedel som befintlig industristandard
På grund av sina tekniska egenskaper och sina jämförelsevis låga produktionskostnader har plast blivit ett väsentligt industriellt material. De består av stora, långkedjiga molekyler som, beroende på typ, också kan vara grenade polymerer och är sammansatta av många återkommande enheter bildade av grundläggande byggstenar. När det gäller polyeten är den grundläggande byggstenen eten – en gasformig kolväteförening.
Lämpliga kemiska katalysatorer används för att främja och påskynda polymerisationsprocessen - där de enskilda byggstenarna ansluter till stora polymermolekyler. Vid framställning av PE-dispersioner för beläggningar utförs polymerisation vanligtvis i organiska lösningsmedel som gradvis ersätts med vatten, vilket kräver ytterligare steg som är både tekniskt komplexa och energikrävande.
En ny klass av katalysatorer
Forskning och utveckling söker därför möjligheter att producera PE direkt under polymerisationen i form av en vattenhaltig dispersion. Detta skulle då kunna tjäna som grund för lösningsmedelsfria och emissionsfria beläggningar där endast vatten avdunstar under filmbildningen. Det är dock utmanande att polymerisera PE direkt i vatten. "Detta kräver katalysatorer som är aktiva i vatten men som samtidigt inte förstörs av vatten. De flesta av de traditionella katalysatorerna sönderfaller när de kommer i kontakt med vatten", förklarar Stefan Mecking, professor i kemisk materialvetenskap vid universitetet i Konstanz.
Dr Fei Lin, en postdoktor i Meckings forskargrupp och en Humboldt Fellowship Awardee, upptäckte en ny typ av en sådan katalysator. Studierna har utförts inom ramen för Stefan Meckings DEEPCAT-projekt med stöd av ett Advanced Grant av European Research Council (ERC) sedan 2019 för utveckling av plaster som kan brytas ned på ett miljövänligt sätt. "Vi utvecklade vattenlösliga katalysatorer för polymerisation av eten som inte bara förblev stabila utan också mycket aktiva, även om de var i direkt kontakt med vatten under hela den kemiska reaktionen", säger Fei Lin.
Byggstenar för en mer miljövänlig polymerisationsprocess
I laboratoriestudier kunde kemisterna visa att deras nya katalysatorer i vatten polymeriserar eten för att bilda ett stort antal små PE-partiklar med hög molekylvikt och linjäritet - så kallad högdensitetspolyeten (HDPE). "Detta är avgörande för de slutliga egenskaperna hos beläggningar som tillverkas på basis av PE-dispersioner och därmed för användbarheten av vår metod", säger Stefan Mecking. Fynden relaterade till de nya katalysatorerna öppnar således intressanta perspektiv för miljövänliga polymerisationsprocesser i allmänhet och för effektiv produktion av lösningsmedelsfria och emissionsfria PE-beläggningar i synnerhet. + Utforska vidare
