Sisäisten donorien vaikutus Polypropeeni Ziegler-Natta katalyytissä

Abstract

Tässä työssä tutkittiin erilaisten sisäisten donorien vaikutusta polypropeenin ominaisuuksiin käytettäessä Ziegler-Natta-katalyyttiä, joka valmistettiin Borealiksen aiemmin kehittämällä kaksifaasimenetelmällä. Tällä uudella menetelmällä katalyytti voidaan valmistaa ilman lisättyä sisäistä donoria ja kantajaa. Katalyyttihiukkaset saadaan kaksifaasisysteemin ansiosta muodoltaan pyöreiksi.

Työn kokeellisessa osassa valmistettiin erilaisia Mg-komplekseja, jossa sisäinen donori muodostuu in-situ alkoholin ja karboksyylihappokloridin reagoidessa keskenään. Katalyyttisynteesissä Mg-kompleksi reagoi TiCl4:n kanssa. Saatujen katalyyttien ominaisuuksia testattiin polymeroimalla niillä propeenia 70 °C:ssa tunnin ajan. Polymeerien ominaisuuksia tutkittiin useiden eri karakterisointimenetelmien avulla. Lisäksi tutkittiin mahdollisuutta valmistaa katalyytti, joka ei sisältäisi ftalaattia.

Työssä havaittiin, että katalyytin valmistusmenetelmä on käyttökelpoinen myös muilla sisäisillä donoreilla kuin referenssinä käytetyllä DOP:lla. Kaksiliuosfaasi-systeemi saatiin aikaan myös kahdella muulla työssä tutkitulla sisäisellä donorilla. Lisäksi faasitasapainokokeissa kahden liuosfaasin systeemi saatiin aikaan sisäisellä donorilla, joka ei sisältänyt ftalaattia. Kyseisellä katalyytillä havaittiin olevan muista katalyyteistä poikkeavia ominaisuuksia. Esimerkiksi se antoi matalamman isotaktisuuden kuin referenssikatalyytti ja se saattaisikin soveltua matalan isotaktisuuden pehmeille tuotteille. Työssä kokeiltiin yhdellä uudella katalyytillä myös eteenin polymerointia, sillä katalyytin donoripitoisuus oli hyvin matala. Katalyytin aktiivisuus eteenipolymeroinnissa oli varsin hyvä.

The effects of different internal donors to polypropylene properties were investigated when using Ziegler-Natta catalyst prepared according to a two-liquid phase method developed by Borealis. With this new method the catalyst can be prepared without the addition of an internal donor and carrier. Due to the two-liquid phase system the catalyst particles become spherical.

In the experimental part of the thesis different Mg-complexes were prepared, so that the internal donor is formed in-situ in a reaction between an alcohol and a carboxylic acid chloride. In the catalyst synthesis the Mg-complex reacts with TiCl4. The properties of these catalysts were tested for propene polymerization at 70 °C during one hour. The polymer properties were characterized using different standard methods. In addition the possibility to prepare a catalyst, which does not contain phthalate was elucidated as well.

It was observed in this work that the synthesis method is useful also with other internal donors in addition to DOP used here as the reference. The two-liquid phase system was obtained also with two other internal donors. In addition, the two-liquid phase system was obtained with an internal donor, which did not contain phthalate. This catalyst was observed to have exceptional properties compared to the other catalysts. For example it gave lower isotacticity than the reference catalyst. Consequently, it could be suitable for soft products, which have low isotacticity. One of the new catalysts could also be successfully tested for ethylene polymerization, as the internal donor content was very low.