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Isotaktisches Polypropylen

Isotaktisches Polypropylen. Nicht-Metallocen-Katalysatoren zur Darstellung von isotaktischem Polypropylen AC V Seminarvortrag Bayreuth, den 07.06.2011 von Bernd Steiger. Gliederung. Eigenschaften des Polypropen Taktizität, Eigenschaften des i PP Bekannte Katalysatoren Ziegler-Natta

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Presentation Transcript

  1. Isotaktisches Polypropylen • Nicht-Metallocen-Katalysatoren • zur Darstellung von isotaktischem Polypropylen • AC V Seminarvortrag • Bayreuth, den 07.06.2011 • von Bernd Steiger

  2. Gliederung • Eigenschaften des Polypropen • Taktizität, Eigenschaften des iPP • Bekannte Katalysatoren • Ziegler-Natta • Metallocen • Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren • Anforderungen, Darstellung • Polymerisationen mit zwei Edukten • Resultate, Taktizität, Stereospezifität • Aktivatoreinfluss • Steigerungsmöglichkeit • Zusammenfassung des neuen Katalysatortyps

  3. Taktizität Graphische Darstellung der Taktizität von Polymeren

  4. Eigenschaften des iPP • Schmelzpunkt: 165-180°C • Kristallinität (üblich): 55-65% • Streckspannung [N/mm²]: 32-35 Klassifizierung isotaktischer PP-Proben als steif-plastische Materialien, flexibel-plastische Materialien und thermoplastische Elastomere in Abhängigkeit von der Schmelztemperatur und der Konzentration an rr-Defekten der Stereoregularität.

  5. Katalysatoren für das iPP

  6. Katalysatoren für das iPP • Ziegler-Natta-Katalysatoren

  7. Katalysatoren für das iPP • Ziegler-Natta-Katalysatoren • Metallocen-Katalysatoren

  8. Katalysatoren für das iPP • Ziegler-Natta-Katalysatoren • Metallocen-Katalysatoren • Nicht-Metallocen-Katalysatoren

  9. Ziegler-Natta-Katalysator

  10. Ziegler-Natta-Katalysator • Klassisch: TiCl4/AlEt3

  11. Ziegler-Natta-Katalysator • Klassisch: TiCl4/AlEt3 • liefert kaum iPP

  12. Ziegler-Natta-Katalysator • Klassisch: TiCl4/AlEt3 • liefert kaum iPP • Moderner: • 1. Erzeugung von kristallinem TiCl3 (faseriger Feststoff)

  13. Ziegler-Natta-Katalysator • Klassisch: TiCl4/AlEt3 • liefert kaum iPP • Moderner: • 1. Erzeugung von kristallinem TiCl3 (faseriger Feststoff) • 2. Co-Katalysator ethyliert TiCl3 an der Oberfläche

  14. Ziegler-Natta-Katalysator • Klassisch: TiCl4/AlEt3 • liefert kaum iPP • Moderner: • 1. Erzeugung von kristallinem TiCl3 (faseriger Feststoff) • 2. Co-Katalysator ethyliert TiCl3 an der Oberfläche • 3. Chloroethylaluminate fungieren als Anion

  15. Ziegler-Natta-Katalysator • Klassisch: TiCl4/AlEt3 • liefert kaum iPP • Moderner: • 1. Erzeugung von kristallinem TiCl3 (faseriger Feststoff) • 2. Co-Katalysator ethyliert TiCl3 an der Oberfläche • 3. Chloroethylaluminate fungieren als Anion => Generation des Reaktionszentrums

  16. => Kristallines α-TiCl3 (Präkatalysator)

  17. => Kristallines α-TiCl3 (Präkatalysator) • Liegt als kantenverknüpfte TiCl6-Oktaeder vor Kantenverknüpfte TiCl6-Oktaeder in den Schichtstrukturen von α-TiCl3

  18. => Kristallines α-TiCl3 (Präkatalysator) • Liegt als kantenverknüpfte TiCl6-Oktaeder vor • Stereoselektive Polymerisation findet vermutlich an einem Oktaeder statt Kantenverknüpfte TiCl6-Oktaeder in den Schichtstrukturen von α-TiCl3

  19. Metallocen-Katalysator

  20. Metallocen-Katalysator • Benötigen Co-Kat

  21. Metallocen-Katalysator • Benötigen Co-Kat • Wasser ist kein „Gift“

  22. Metallocen-Katalysator • Benötigen Co-Kat • Wasser ist kein „Gift“ • Neue Verwendungszwecke für bekannte Polymere

  23. Metallocen-Katalysator • Benötigen Co-Kat • Wasser ist kein „Gift“ • Neue Verwendungszwecke für bekannte Polymere • z.B. UHMWPE in Schusswesten statt Kevlar

  24. Neuartige Mikrostrukturen möglich

  25. Neuartige Mikrostrukturen möglich • hemi-isotaktisch

  26. Neuartige Mikrostrukturen möglich • hemi-isotaktisch

  27. Neuartige Mikrostrukturen möglich • hemi-isotaktisch • Stereoblockpolymere

  28. Neuartige Mikrostrukturen möglich • hemi-isotaktisch • Stereoblockpolymere Schema der Bildung eines Stereoblockpolymers aus isotaktischem und ataktischem PP

  29. Metallocen-Katalysatoren

  30. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile

  31. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile • Vielzahl an stereoisomeren Polymeren zugänglich

  32. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile • Vielzahl an stereoisomeren Polymeren zugänglich • hohe Reinheit (Taktizität)

  33. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile • Vielzahl an stereoisomeren Polymeren zugänglich • hohe Reinheit (Taktizität) • Stereoblockpolymere

  34. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile • Vielzahl an stereoisomeren Polymeren zugänglich • hohe Reinheit (Taktizität) • Stereoblockpolymere • Sehr gute Mikrostrukturkontrolle

  35. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile • Vielzahl an stereoisomeren Polymeren zugänglich • hohe Reinheit (Taktizität) • Stereoblockpolymere • Sehr gute Mikrostrukturkontrolle • Nachteile

  36. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile • Vielzahl an stereoisomeren Polymeren zugänglich • hohe Reinheit (Taktizität) • Stereoblockpolymere • Sehr gute Mikrostrukturkontrolle • Nachteile • Hohe Kosten

  37. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile • Vielzahl an stereoisomeren Polymeren zugänglich • hohe Reinheit (Taktizität) • Stereoblockpolymere • Sehr gute Mikrostrukturkontrolle • Nachteile • Hohe Kosten • keine Co-Polymerisation polarer Monomere

  38. Metallocen-Katalysatoren • Vorteile • Vielzahl an stereoisomeren Polymeren zugänglich • hohe Reinheit (Taktizität) • Stereoblockpolymere • Sehr gute Mikrostrukturkontrolle • Nachteile • Hohe Kosten • keine Co-Polymerisation polarer Monomere • Probleme der effizienten u. lebenden Polymerisation

  39. Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren

  40. Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren • Ziel

  41. Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren • Ziel • ein Grundgerüst

  42. Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren • Ziel • ein Grundgerüst • durch Modifikation der Reste Steuerung der Isotaktizität

  43. Ziel ein Grundgerüst durch Modifikation der Reste Steuerung der Isotaktizität Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren • Versuche

  44. Ziel ein Grundgerüst durch Modifikation der Reste Steuerung der Isotaktizität Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren • Versuche • Auswirkung differierender Halogensubstituenten am Amin-Arm

  45. Ziel ein Grundgerüst durch Modifikation der Reste Steuerung der Isotaktizität Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren • Versuche • Auswirkung differierender Halogensubstituenten am Amin-Arm • Verwendung sehr kleiner (H) bis großer (ad) Reste am Imin-Arm

  46. Ziel ein Grundgerüst durch Modifikation der Reste Steuerung der Isotaktizität Neue Nicht-Metallocen-Katalysatoren • Versuche • Auswirkung differierender Halogensubstituenten am Amin-Arm • Verwendung sehr kleiner (H) bis großer (ad) Reste am Imin-Arm • geeigneter Aktivator (MAO oder B(C6F5)3)

  47. Strukturanforderung

  48. Strukturanforderung • Typischerweise:

  49. Strukturanforderung • Typischerweise: • Salan-Liganden binden meist symmetrisch in fac-fac-Anordnung

  50. Strukturanforderung • Typischerweise: • Salan-Liganden binden meist symmetrisch in fac-fac-Anordnung • Salen-Liganden binden in mer-mer-Anordnung

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