Een chemicus van de RUDN University heeft als onderdeel van een team van onderzoekers nieuwe zeer actieve katalysatoren gesynthetiseerd voor de productie van polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht, die nodig is bij de productie van kogelvrije vesten, pijpen, parachutes, prothesen en nog veel meer. Het gebruik van de nieuwe katalysatoren zal de productiekosten van dit type polyethyleen aanzienlijk verlagen. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Anorganische Chimica Acta .

Polyethyleen met ultrahoog molecuulgewicht (UHMWPE) is een polymeer met een lineaire structuur met een molecuulgewicht van 1 miljoen keer meer dan dat van water. Door de ultrahoge massa moleculen, UHMWPE heeft eigenschappen die andere soorten polyethyleen missen:hoge sterkte, schok- en vorstbestendigheid, lage wrijvingscoëfficiënt en fysiologische inertie. De grote vraag naar deze grondstof was voor het Ministerie van Industrie en Handel van de Russische Federatie aanleiding om UHMWPE als een van de eerste producten op de importsubstitutielijst te noemen. Maar de traditionele methode om dit polyethyleen te produceren door middel van gelspinnen is te veeleisend, omdat het een groot aantal dure oplosmiddelen vereist. De industrie heeft nieuwe methoden nodig, en de innovatieve vaste-fasemethode wordt als veelbelovend beschouwd.

Eerder, de onderzoekers stelden voor om een ​​groep titaniumcomplexen te gebruiken die gestabiliseerd zijn met 2-hydroxymethylfenolderivaten als katalysatoren. Deze stoffen, volgens de onderzoekers kunnen de synthese van UHMWPE katalyseren zonder oplosmiddelen. Nu hebben Viktor Khrustalev van de RUDN University en zijn collega's van een aantal instituten van de Russische Academie van Wetenschappen en universiteiten van de Russische Federatie een nieuwe en efficiëntere versie van de katalysator ontwikkeld.

De chemici stelden voor om liganden (moleculaire groepen) met fluorverbindingen in plaats van waterstof toe te voegen aan de titaniumcomplexen, zoals het was in de vorige versie van de katalysator. De vervanging van waterstof door fluor resulteerde in een toename van de lipofiliciteit van liganden en een toename van de zuurgraad van hydroxylgroepen.

Tijdens het experiment, de onderzoekers ontdekten dat gefluoreerde katalysatoren die fluor bevatten superieur zijn aan niet-gefluoreerde analogen in activiteit en stereoselectiviteit tijdens polymerisatie van polyethyleen. De resultaten geven aan dat de aanwezigheid van een substituent, ongeacht de grootte, in de ortho-positie ten opzichte van de hydroxylgroep van het fenolische ligand heeft een significante invloed op de mechanische eigenschappen van UHMWPE.

Alle verbindingen werden geïsoleerd met een opbrengst van 62 tot 93% in de vorm van rode, luchtgevoelige poeders. Productstructuren werden ondubbelzinnig bepaald door röntgendiffractieonderzoek. Als resultaat, syntheseoptimalisatie heeft de mechanische sterkte van UHMWPE aanzienlijk verbeterd, hoewel dit aanvankelijk niet het hoofddoel van het onderzoek was.

In de toekomst, de chemici zijn van plan om het effect van andere structuurfragmenten op de activiteit van katalytische systemen en de eigenschappen van de verkregen polymeren verder te onderzoeken.