Een team van chemici van de Universiteit van Houston heeft de ontdekking gerapporteerd van een nieuwe klasse katalysatoren voor de productie van ultrahooggewicht polyethyleen, een potentiële nieuwe bron van krachtige, slijtvaste kunststof gebruikt voor producten variërend van kogelvrije vesten tot kunstmatige gewrichten.

De op nikkel gebaseerde katalysator wordt beschreven in een paper dat vrijdag is gepubliceerd, 25 januari in Natuurcommunicatie .

"Dit is een volledig nieuwe klasse katalysatoren die ultrahoog gewicht polyethyleen kan produceren, " zei co-auteur Olafs Daugulis, Robert A. Welch Leerstoel Scheikunde aan de UH. "We hebben aangetoond dat deze klasse nikkelkatalysatoren werkt."

Andere onderzoekers die bij het werk betrokken zijn, zijn onder meer eerste auteur Andrew L. Kocen, een doctoraatsstudent, en scheikundeprofessor Maurice Brookhart. Allen zijn aangesloten bij het Welch Centre for Excellence in Polymer Chemistry aan de UH.

Polyethyleen is een van de meest populaire kunststoffen ter wereld, afgeleid van aardgas en ruwe olie en gebruikt voor plastic zakken, shampooflessen, kinderspeelgoed en andere consumptiegoederen. Brookhart merkte op dat al het commerciële polyethyleen momenteel wordt geproduceerd door zogenaamde "vroege metaalkatalysatoren, " voornamelijk titanium en zirkonium. Nikkel, een van een groep metalen die bekend staat als "late overgangsmetalen, " is overvloedig en goedkoop, waardoor katalysatoren op basis van nikkel commercieel aantrekkelijk worden.

Brookhart's onderzoeksgroep rapporteerde de eerste op nikkel gebaseerde katalysatoren voor gebruik bij de synthese van polyolefinen, inclusief polyethyleen, midden jaren negentig. Die vroege katalysatoren hadden twee op stikstof gebaseerde moleculen, of liganden, gebonden aan het nikkel. De nieuwe katalysator vertrouwt in plaats daarvan op een enkele fosfineligand.

De onderzoekers meldden dat de nieuwe katalysator zeer actief is, het bereiken van 3,8 miljoen omzetten per uur, maar is van relatief korte duur, waarbij de polymerisatie binnen ongeveer vier minuten dramatisch vertraagt.

"We melden hier dat het tri-1-adamantylfosfine-nikkelcomplex [Ad ₃ PNiBr ₃ ]-[Advertentie ₃ PH]+, bij blootstelling aan alkylaluminiumactivators, polymeriseert ethyleen tot polyethyleen met ultrahoog molecuulgewicht (M _N tot 1.68x10 ⁶ g mol ^-1 ) met initiële activiteiten die een opmerkelijke 3,8 miljoen omzet per uur bereikten bij 10 °C, " Zij schreven.

Er zal meer werk nodig zijn om een ​​commercieel levensvatbare katalysator te produceren, maar Daugulis zei dat de proof of concept een waardevol startpunt biedt. "Alle praktische uitvindingen zijn gebaseerd op fundamenteel onderzoek, "zei hij. "Dat is waar de dingen beginnen."

Brookhart zei dat het balanceren van katalytische activiteit, bekend als omzetfrequentie, met een lange levensduur zal de sleutel zijn tot elke mogelijke commercialisering.

"Commercieel zijn, een katalysator heeft idealiter een hoge omloopfrequentie en een lange levensduur nodig, " zei hij. "De huidige katalysator heeft een uitzonderlijke initiële omzetfrequentie, maar de levensduur is kort. Om commercieel interessant te zijn, de levensduur van de katalysator moet worden verbeterd."