تثبیت کاتالیزگر متالوسن بر نانوسیلیکای دودی برای تهیه پلی‌اتیلن بدون گره‌خوردگی

فرضیه: تولید پلی‌اتیلن با وزن مولکولی نسبتاً زیاد، خواص بهبودیافته و فرایندپذیری قابل‌قبول تاکنون هدف بسیاری از پژوهش‌ها بوده است. در پلیمرشدن دوغابی، تثبیت کاتالیزگر‌های همگن متالوسن بر پایه‌هایی با ابعاد نانو افزون بر بهبود خواص مکانیکی و گرمایی محصول می‌تواند موجب کنترل شکل‌شناسی و توزیع مناسب اندازه ذره شود. سطح ویژه ذرات پایه می‌تواند از عوامل اثرگذار بر فرایند تثبیت کاتالیزگر و خواص محصول باشد. هدف اصلی این پژوهش، تولید نانوکامپوزیت پلی‌اتیلن-نانوسیلیکا بدون گره‌خوردگی با روش پلیمرشدن درجا بود. روش‌ها: کاتالیزگر متالوسن زیرکونوسن‌دی‌کلرید (cp2zrcl2) روی ذرات اصلاح سطحی‌شده نانو‌سیلیکای دودی تثبیت شد. از سه نوع نانوسیلیکای دودی با سطح ویژه 50، 200 و 380m2/g استفاده شد. ابتدا روی سطح نانوذرات سیلیکای اصلاح گرمایی‌شده، با استفاده از کمک‌کاتالیزگر متیل‌آلومینوکسان اصلاح شیمیایی انجام شد. سپس، با افزودن کاتالیزگر cp2zrcl2 به سامانه، واکنش تثبیت و فعال‌سازی کاتالیزگر به‌طور هم‌زمان انجام شد. در نهایت، پلیمرشدن اتیلن با استفاده از کاتالیزگر تهیه‌شده در فشار جو و دمای 30 درجه سلسیوس  انجام شد. یافته‌ها: مقدار بیشینه بازده پلیمرشدن، مربوط به کاتالیزگر ناهمگن‌شده روی نانوسیلیکا با سطح ویژه  200m2/g بود. نتایج کشش‌پذیری در حالت جامد و افزایش تدریجی مدول در آزمون رئومتری پویش زمان نشان داد، پلی‌اتیلن سنتزشده دارای گره‌خوردگی کم است. کاهش غلظت و تراکم سطحی مراکز فعال روی کاتالیزگر ناهمگن‌شده موجب کاهش مقدار گره‌خوردگی‌ زنجیرهای پلیمری شد. نتایج آزمون کشش، بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تولیدشده نسبت به پلی‌اتیلن خالص را نشان داد که می‌تواند حاکی از توزیع مناسب نانوذرات سیلیکا در ماتریس پلی‌اتیلن باشد و تصاویر sem نیز این موضوع را تایید کرد.

Immobilization of Metallocene Catalyst in NanoFumed Silica for Production of Polyethylene in a Disentangled State

Hypothesis: Production of polyethylene (PE) of a relatively high molecular weight with improved properties and acceptable processability has been allocated to many research efforts. In the slurry polymerization, immobilization of homogeneous metallocene catalyst on a nanosized support leads to improved mechanical and thermal properties in addition to controlled morphology and appropriate particle size distribution of product. Specific surface area of support particles can be an effective parameter affecting the immobilization process of catalyst and product properties. In this research the main purpose was to produce PE/nanosilica nanocomposite, using an insitu polymerization technique, in a disentangled state.Methods: A metallocene catalyst, such as zirconocene dichloride (Cp2ZrCl2), was immobilized on the surface of modified nanofumed silica particles. Three grades of nanofumed silica having specific surface areas of 380, 200 and 50 m2/g were used. First the surface of thermally pretreated nanosilica was chemically modified using methylaluminoxane. Then, by adding the catalyst, Cp2ZrCl2, immobilization reaction and activation of the catalyst were performed simultaneously. Finally ethylene polymerization was conducted using the prepared catalyst under the atmospheric pressure of monomer at 30°C.Findings: The maximum polymerization yield was related to the heterogenized catalyst on nanosilica with a specific surface area of 200 m2/g. The results of solid state drawability and buildup of modulus in time sweep rheometry exhibited that the synthesized polyethylene is in the less entangled state. Reducing the concentration and density of the active sites on the heterogenized catalyst resulted in the reduced number of chain entanglements. Tensile test results showed that nanocomposite samples possess better mechanical properties compared to the pure polyethylene, an indication of appropriate distribution of silica nanoparticles into the polyethylene matrix which was evidenced using SEM images.