Polair gefunctionaliseerde polyolefinen vertrekkende van NBR
Jaarlijks wordt meer dan 230 miljoen ton polyolefinen geproduceerd, waarmee ze de meest geproduceerde kunststoffen wereldwijd zijn. Hun populariteit is voornamelijk te danken aan hun lage kost, lichtgewicht, slijtvastheid en goede verwerkbaarheid. Niettemin vertonen polyolefinen belangrijke beperkingen op het vlak van ontwerpvrijheid en compatibiliteit met polaire materialen. Door hun apolaire structuur hebben ze beperkte bedrukbaarheid, adhesie en mechanische performantie. Daardoor worden polyolefinen vaak gecombineerd met potentieel schadelijke additieven of verwerkt in complexe polymeermengsels en multilayerstructuren, wat hun recycleerbaarheid drastisch vermindert. Hierdoor eindigen intrinsiek recycleerbare materialen zoals polyolefinen vaak alsnog in verbrandingsinstallaties of stortplaatsen.
Polair-gefunctionaliseerde polyolefinen vormen een veelbelovend alternatief dat deze beperkingen kan aanpakken zonder de nood aan schadelijke additieven of complexe polymeermengsels. Zelfs een lage functionalisatiegraad kan leiden tot aanzienlijke verbeteringen in compatibiliteit met polaire materialen, adhesie, bedrukbaarheid en taaiheid, terwijl de intrinsiek gunstige eigenschappen van conventionele polyolefinen zoals slijtvastheid en verwerkbaarheid behouden blijven. Huidige synthesestrategieën vereisen echter vaak dure monomeren, extreme reactieomstandigheden, en bieden daarenboven weinig controle over het gehalte aan ingebouwde functionele groepen.
Om deze tekortkomingen aan te pakken, ontwikkelden we een nieuwe driestapsmethode voor de synthese van polair-gefunctionaliseerde polyolefinen met nauwkeurige controle over het gehalte aan polaire groepen, zonder gebruik te maken van extreme reactieomstandigheden of dure reagentia. Het commercieel beschikbare poly(acrylonitril-co-butadieen) (NBR) werd gekozen als startmateriaal en werd succesvol omgezet in een reeks polair-gefunctionaliseerde polyolefinen. In tegenstelling tot bestaande methoden vertrekt deze synthese van een polymeer dat reeds een hoog gehalte aan functionele groepen (nitrillen) bevat. In een retro-hydrocyanatiestap wordt vervolgens selectief een gecontroleerde fractie nitrilgroepen geëlimineerd tot dubbele bindingen, wat een precieze afstemming van het gehalte aan functionele groepen mogelijk maakt. Een daaropvolgende ruthenium-gekatalyseerde hydrogenering leidt tot de vorming van een amino-gefunctionaliseerde polyolefine. In een derde stap worden de aminogroepen van dit intermediaire polymeer verder gefunctionaliseerd tot diverse stikstofgefunctionaliseerde polyolefinen. In deze studie ligt de focus op de acylatie en ftalimidevorming, hoewel de methode kan worden uitgebreid naar andere functionalisaties.
Samenvattend biedt deze nieuwe methode een flexibele syntheseroute naar stikstofgefunctionaliseerde polyolefinen, die een veelbelovend alternatief vormen voor toepassingen waarin verbeterde eigenschappen zoals taaiheid, bedrukbaarheid, adhesie en compatibiliteit met polaire materialen vereist zijn. Toekomstig onderzoek zal zich richten op een diepgaande karakterisatie van de mechanische eigenschappen en het identificeren van potentiële toepassingen van deze polymeren.
Meer lezen