سنتز پلی‌(1-بوتن) تک‌سوآرایش با کاتالیزگر زیگلر-ناتا

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده مهندسی، گروه مهندسی پلیمریزاسیون، صندوق پستی 112-14975

2 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده علوم، گروه پلی‌یورتان و پلیمرهای پیشرفته، صندوق پستی 112-14975

چکیده

فرضیه: 1-بوتن مازاد در واحدهای پلی‌اولفین ایران وجود دارد. با توجه به خواص پلی‌(1-بوتن)  تک‌سوآرایش، شامل مقاومت زیاد در برابر خزش، مقاومت در برابر ترک‌های ناشی از تنش محیطی، بازگشت‌پذیری کشسان عالی و مقاومت خوردگی شیمیایی خوب نیاز به بومی‌سازی آن در کشور وجود دارد.
روش‌ها: با استفاده از کاتالیزگر زیگلر-ناتای صنعتی، پلی‌بوتن-1 با روش پلیمرشدن کوئوردیناسیونی 1-بوتن به‌کمک کاتالیزگر تری‌اتیل‌آلومینیم (TEAL) درون هگزان سنتز شد. از الکترون‌دهنده خارجی سیکلوهگزیل متیل دی‌متوکسی سیلان استفاده شد. با تغییر فشار مونومر از  1bar تا 1.7barو مقدار هیدروژن از 0.01L  تا 0.13L  گستره‌ای از خواص برای نمونه‌های سنتزشده به‌دست آمد.
یافته‌ها: بیشترین مقدار فعالیت و شاخص تک‌سوآرایشی در 0.06 هیدروژن و فشار مونومر1.4bar، به‌ترتیب برابر با kgPB-1/gTi.barB-1 24.76 و %97 به‌دست آمد. نمونه‌هایی با متوسط وزن مولکولی وزنی  149500g/molتا  913000g/mol، شاخص پراکندگی وزن مولکولی 2.49 تا 4.29 شدت جریان مذاب 0.19 تا بیش از 100 و چگالی 0.876g/cm3  تا 0.911g/cm3 برای شکل بلوری I و شاخص تک‌سوآرایشی %81 تا %97 سنتز شد. بیشترین شاخص پراکندگی وزن مولکولی (توزیع پهن) به نمونه سنتزشده با فشار مونومر 1.4و 0.1L هیدروژن و کمترین شاخص تک‌سوآرایشی به نمونه سنتزشده با فشار مونومر  1bar و مقدار هیدروژن 0.13L مربوط است. قابلیت این کاتالیزگر در مقایسه با نتایج سایر پژوهش‌ها تولید محصول با توزیع وزن مولکولی باریک‌تر است. مقایسه خواص مکانیکی تنش در نقطه پارگی و مقدار ازدیاد طول تا پارگی با نتایج سایر کارهای پژوهشی نشان‌دهنده افزایش مقدار ازدیاد طول تا پارگی است. با گسترش شرایط عملیاتی تنوع نوع و تجاری‌سازی امکان‌پذیر است. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Synthesis of Isotactic Polybutene-1 with Ziegler-Natta Catalyst

نویسندگان [English]

  • shokoufeh Hakim 1
  • Mehdi Nekomanesh 1
  • Hengameh Honarkar 2
1 Department of Polymerization Engineering, Faculty of Engineering, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box 14975-112, Tehran, Iran
2 Department of Polyurethane and Advanced Materials, Faculty of Polymer Science; Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Butene-1 is in excess in the polyolefin plants of Iran. Considering the properties of isotactic polybutene-1, including high creep and environmental stress cracking resistances, excellent elastic reversibility and good chemical abrasion resistance, there is a need to localize it in Iran.
Methods: Polybutene-1 was synthesized with an industrial Ziegler-Natta catalyst. To do this, polybutene-1 was synthesized by coordination polymerization of butene-1 with the help of triethylaluminium (TEAL) cocatalyst in n-hexane. By changing the monomer pressure from 1 to 1.7 bar and hydrogen amount from 0.01 to 0.13 L a wide range of polybutene-1s with different properties was obtained.
Findings: The highest values of activity and isotacticity for 0.06 L hydrogen and 1.4 bar monomer pressure were 24.76 kgPB-1/gTi.barB-1 and 97%, respectively. An increase in hydrogen led to a decrease in weight average molecular weight. Using cyclohexylmethyl dimthoxysilane as external electron donor, samples with weight average molecular weight from 149500 to 913000 g/mol, polydispersity index from 2.49 to 4.29, MFR from 0.19 to higher than 100 g/10 min, density from 0.876 to 
0.911 g/cm3 for crystalline form I, and isotacticity from 81% to 97% were synthesized. 
The highest polydispersity index was obtained for the sample synthesized under 1.4 bar monomer pressure and 0.01 L hydrogen. The lowest isotacticity index was related to the sample synthesized under 1 bar monomer pressure and 0.13 L hydrogen. This catalyst has the ability to produce polybutene-1 with a narrower molecular weight distribution compared to those reported in other works. Comparison of mechanical properties with those reported by other researchers showed an increase in elongation-at-break for the sample. With the expansion of operational conditions, variety of products and their commercialization will be possible.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polybutene-1
  • polymerization
  • physical properties
  • Ziegler-Natta
  • isotactic

مراجع

  1. Rahimi A., Familiarity with Polymers and Their Applications, (Persian), Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran, 2010.
  2. Chau K.W., Yang Y.C., and Geil P.H., Tetragonal, Twinned Hexagonal Crystal Phase Transformation in Polybutene-1, Mater. Sci., 21, 3002-3014, 1986.
  3. Kaszonyiova M., Rybnikar F., and Geil P.H., Crystallization and Transformation of Polybutene-1, Macromol. Sci., Part B, 43, 1095-1114, 2004.
  4. Gohil R.M., Miles M.J., and Petermann J., On the Molecular Mechanism of the Crystal Transformation (Tetragonal-Hexagonal)
    in Polybutene-1, Macromol. Sci., Part B, 21, 189-201, 1982.
  5. Tosaka M., Kamijo T., Tsuji M., Kohjiya S., Ogawa T., and Isoda S., High-Resolution Transmission Electron Microscopy of Crystal Transformation in Solution-Grown Lamellae of Isotactic Polybutene-1, Macromolecules, 33, 9666-9672, 2000.
  6. Jiang B., Shao H., Nie H., and He A.,Sequentional Two-Stage Polymerization to Synthesis Isotactic Polypropylene/Isotactic Polybutene-1 Alloys: Compositions, Morphologies and Granule Growing Mechanism, Chem., 6, 3315-3323, 2015
  7. Diao J., Wu Q., and Lin S., Stereospecific Polymerization of Butene-1 with Supported Titanium Catalyst, Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 31, 2287-2293, 1993.
  8. Cui X., Bai Q., Ma K., Yang M., and Liu B., MgCl2-Supported Titanium Ziegler-Natta Catalyst Using Carbon Dioxide-Based Poly(propylene ether carbonate) Diols as Internal Electron Donor for 1-Butene Polymerization, Polymers, 9, 627-637, 2017.
  9. Yan Y., Ren H., Li L., and Xu Y., Effect of Aminosilane Compounds as External Donors on Isospecific Polymerizations of 1-Butene with MgCl2/TiCl4/DIBP Catalyst, Lett., 147, 221-227, 2017.
  10. Ren H., Yang M., Zhang B., Ren X., Liu B., and Wang Y., Isospecific Polymerizations of 1-Butene Catalyzed by MgCl2/TiCl4/Internal Donor-AlR3/External Donor System, Res., 20, 985-989, 2012.
  11. He A., Xu C., Shao H., Yao W., and Huang B., Effect of Molecular Weight on the Polymorphic Transformation of Isotactic Poly(1-butene), Degrad. Stab., 95, 1443-1448, 2010.
  12. Asakura T., Demura M., and Nishiyama Y., Carbon-13 NMR Spectral Assignment of Five Polyolefins Determined from the Chemical Shift Calculation and the Polymerization Mechanism, Macromolecules, 24, 2334-2340, 1991.
  13. Luciani L., Seppala J., and Lofgren B., Poly(1-butene): Its Preparation, Properties and Challenges, Polym. Sci., 13, 37-62, 1988.
  14. Zheng W., Han M., Zhao Y., Shao H., and He A., An Improved Method for the High Isotacticity Measurement of Polybutene-1, Test., 94, 2021.
  15. Hadian M., Nekoomanesh Haghighi M., Hakim S., and Bahri-Laleh N., MgCl2 Support Preparation Techniques and Their Effects on Ziegler-Natta Catalysts Performance in Propylene Polymerization, J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 26, 257-266, 2013.
  16. Zohuri G.H., Azimfar F., Jamjah R., and Ahmadjo S., Polymerization of Propylene Using the High-Activity Ziegler –Natta Catalyst System SiO2/MgCl2 (Ethoxide Type)/TiCl4/Di-n-Butyl Phthalate/Triethylaluminum/Dimethoxy Methyl Cyclohexyl Silane, Appl. Polym. Sci., 89, 1177-1181, 2003.
  17. Alshaiban A. and Soares J.B.P., Effect of Hydrogen and External Donor on the Microstructure of Polypropylene Made with a Fourth Generation Ziegler-Natta Catalyst, React. Eng., 7, 135-145, 2013.
  18. Zohuri G.H., Jamjah R., and Ahmadjo S., Comperative Study of Propylene Polymerization Using Monosupported and Bisupported Titanium-Based Ziegler-Natta Catalysts, Appl. Polym. Sci., 100, 2220-2226, 2006.
  19. Chadwick J.C., van der Burgt F.P.T.J., Rastogi S., Busico V., Cipullo R., Talarico G., and Heere J.J.R., Influence of Ziegler-Natta Catalyst Regioselectivity on Polypropylene Molecular Weight Distribution and Rheological and Crystallization Behavior, Macromolecules, 37, 9722-9727, 2004.
  20. Erdem H.A., The Crystazllization Behaviour of Isotactic Polybutene-1, MSc Thesis, Bilkent University, Turkey, 2002.
  21. Benicek L., The Interrelations Between Supermolecular Structure, Properties and Degradability of Isotactic Poly(1-butene), PhD Thesis, Blaise Pascal University, France, 2002.
  22. Menyhard A., Suba P., Laszlo Zs., Fekte H.M., Mester A.O., Horvath Zs., Voros Gy., Varga J., and Moczo J., Direct Correlation Between Modulus and the Crystalline Structure in Isotactic Polypropylene, Polym. Lett., 19, 308-320, 2015.
  23. Posch W., Applied Plastics Engineering Handbook, Elsevier, Kutz M. (Ed.), USA, Section 3.2.6, 2011.
  24. Kudinova O.I., Krasheninnikov V.G., Samoilenko A.A., Ladygina T.A., Novokshonova L.A., Petrov E.S., and Rybakova L.F., Synthesis of Isotactic Polybutene-1 over Titanium-Magnesium Catalysts with Polydentate Phosphine Oxides as External Electron Donors, Catal., 54, 566-571, 2013.
  25. Cui X., Li C., Gu G., Gong Y., Liu B., and Kim I., Thermomechanical Properties of Poly(1-butene) Synthesized by Ziegler–Natta Catalyzed Polymerization of 1-Butene in the Presence of Nucleating Agents, Int., 69, 1237-1242, 2020.

 

 

مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 35، شماره 2 - شماره پیاپی 178
خرداد و تیر 1401
صفحه 163-174

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار