Effect of Ethylene and Propylene on Performance of Ziegler - Natta Catalyst in Stopped - Flow Polymerization
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Výzkum v této práci byl zaměřen na přípravu a charakterizaci blokových kopolymerů typu polypropylen-blok-poly(propylenu-co-ethylenu) (dále jen PP-blok-EPR). Tyto materiály jsou považovány za účinné kompatibilizátory mezi semi-krystalickou polypropylenovou (PP) matricí a amorfními doménami statistického kopolymeru propylenu a etylenu (EPR) v rázuvzdorném sekvenčním kopolymeru (ICP) a proto byl výzkum zaměřen na zkoumání vlivu přídavku blokového kopolymeru PP-blok-EPR na vlastnosti komerčního ICP. Blokové kopolymery byly připraveny za použití techniky „stopped-flow“. Pro tento účel byla zkonstruována vysokotlaká polymerační „stopped-flow“ aparatura, která umožňuje syntézu kopolymerů PP-blok-EPR za podmínek blízkých podmínkám v průmyslových reaktorech pro výrobu komerčních ICP materiálů. Aparatura umožňuje vyrábět PP-blok-EPR polymer v množství dostačující na jeho charakterizaci a následnou přípravu směsí s komerčním ICP. Velmi krátké polymerační časy (obvykle kolem 0.2 s) kterých bylo dosaženo v kapilárním reaktoru aparatury „stopped-flow“ zajišťuje, že aktivní centra Ziglorova-Nattova katalyzátoru produkují polymer řetězce skládající se z bloku semikrystalického polypropylenu a bloku amorfního EPR kopolymeru. Takovéto molekuly jsou v literatuře popsány jako „skutečné blokové kopolymery PP-blok-EPR“. Kopolymery syntetizované v aparatuře „stopped-flow“ byly frakcionovány preparativní TREF (Temperature Rising Elution Fractionation) metodou a získané frakce byly následně analyzovány pomocí DSC, 13C-NMR a GPC/SEC. Tyto analýzy odhalily přítomnost amorfního EPR ve vysoce krystalické frakci (100-140 °C). Toto zjištění potvrdilo, že významná část polymerních řetězců, připravených v aparatuře „stopped-flow“ jsou blokové kopolymery skládající se z bloku semikrystalického PP homopolymeru a bloku amorfního EPR kopolymeru v jednom polymerním řetězci. Kopolymery získané metodou „stopped-flow" byly v tavenině smíchány s komerčním rázuvdorným kopolymerem ICP. U takto připravených směsí byly vyhodnoceny mechanické vlastnosti, DTMA a reologické vlastnosti a výsledky byly srovnány s vlastmi původního komerčního ICP kopolymeru. Dále byly studovány rozdíly v morfologii a umístění EPR domén v matrici PP prostřednictvím SEM. Zřetelný vliv kopolymeru PP-blok-EPR na vlastnosti ICP byl pozorován zejména v morfologických změnách EPR domén dispergovaných v PP matrici. Tyto změny mají pozitivní vliv na rovnováhu mezi modulem v ohybu a rázovou pevností ICP materiálu. Vliv kopolymeru PP-blok-EPR na reologické vlastnosti ICP byl nevýznamný. Podobně také v případě DTMA nebyl pozorován významný vliv kopolymeru PP-blok-EPR na vlastnosti ICP.
The research presented in this thesis was focused on preparation and characterization of polypropylene-block-poly(propylene-co-ethylene (hereinafter referred to also as real PP-block-EPR),. These materials are considered to be efficient compatibilizers between semi-crystalline polypropylene (PP) matrix and amorphous ethylene/propylene rubber (EPR) domains in impact-resistant polypropylene copolymers (ICP), thus also an effect of prepared PP-block-EPR copolymers on properties of commercial ICP materials was investigated. The unique PP-block-EPR copolymers were prepared by using the „stopped-flow” technique. For this purpose a high-pressure "stopped-flow" polymerization apparatus was constructed. This apparatus allowed synthesis of PP-block-EPR copolymers under conditions comparable to conditions applied in industrial reactors for production of standard ICP materials. The apparatus also enabled to produce sufficient amounts of materials for characterizing and subsequent blending with ICP. Very short polymerization times (typically around 0.2 s) applied in "stopped-flow" capillary reactors ensured that active sites of a Ziegler-Natta catalyst produced polymer chains consisting of a block of semi-crystalline polypropylene (PP) and a block of amorphous ethylene/propylene random copolymer (EPR). Such macromolecules are described in literature as “real PP-block-EPR copolymer”. Copolymer materials synthesized in the "stopped-flow" apparatus were fractionated by preparative means of Temperature Rising Elution Fractionation (TREF). The obtained fractions were subsequently analyzed by DSC, 13C-NMR and GPC/SEC methods. These analyses revealed the presence of amorphous EPR, also in high crystalline fraction (100 140 °C). This finding confirmed that a noticeable portion of polymer chains, produced in the stopped-flow polymerization, were real block copolymers consisting of block of semi-crystalline PP homopolymer and block of amorphous EPR copolymer in one polymer chain. The prepared samples were blended in melt with a commercial ICP material. Mechanical properties, DTMA and oscillation rheology were employed on the prepared blends and the results compared with properties of original ICP copolymer. Furthermore, the differences in EPR domains morphology and location in PP matrix were studied by SEM. An obvious influence of PP-block-EPR copolymer on ICP properties was observed mainly in morphological changes of EPR domains dispersed in the PP matrix. These changes showed a positive influence on the balance between flexural modulus and impact strength of ICP material. The influence of PP-block-EPR copolymer on ICP rheology was insignificant. Similarly, also in the case of DTMA no obvious influence of PP-block-EPR copolymer on dynamic-mechanical properties of ICP was observed.
The research presented in this thesis was focused on preparation and characterization of polypropylene-block-poly(propylene-co-ethylene (hereinafter referred to also as real PP-block-EPR),. These materials are considered to be efficient compatibilizers between semi-crystalline polypropylene (PP) matrix and amorphous ethylene/propylene rubber (EPR) domains in impact-resistant polypropylene copolymers (ICP), thus also an effect of prepared PP-block-EPR copolymers on properties of commercial ICP materials was investigated. The unique PP-block-EPR copolymers were prepared by using the „stopped-flow” technique. For this purpose a high-pressure "stopped-flow" polymerization apparatus was constructed. This apparatus allowed synthesis of PP-block-EPR copolymers under conditions comparable to conditions applied in industrial reactors for production of standard ICP materials. The apparatus also enabled to produce sufficient amounts of materials for characterizing and subsequent blending with ICP. Very short polymerization times (typically around 0.2 s) applied in "stopped-flow" capillary reactors ensured that active sites of a Ziegler-Natta catalyst produced polymer chains consisting of a block of semi-crystalline polypropylene (PP) and a block of amorphous ethylene/propylene random copolymer (EPR). Such macromolecules are described in literature as “real PP-block-EPR copolymer”. Copolymer materials synthesized in the "stopped-flow" apparatus were fractionated by preparative means of Temperature Rising Elution Fractionation (TREF). The obtained fractions were subsequently analyzed by DSC, 13C-NMR and GPC/SEC methods. These analyses revealed the presence of amorphous EPR, also in high crystalline fraction (100 140 °C). This finding confirmed that a noticeable portion of polymer chains, produced in the stopped-flow polymerization, were real block copolymers consisting of block of semi-crystalline PP homopolymer and block of amorphous EPR copolymer in one polymer chain. The prepared samples were blended in melt with a commercial ICP material. Mechanical properties, DTMA and oscillation rheology were employed on the prepared blends and the results compared with properties of original ICP copolymer. Furthermore, the differences in EPR domains morphology and location in PP matrix were studied by SEM. An obvious influence of PP-block-EPR copolymer on ICP properties was observed mainly in morphological changes of EPR domains dispersed in the PP matrix. These changes showed a positive influence on the balance between flexural modulus and impact strength of ICP material. The influence of PP-block-EPR copolymer on ICP rheology was insignificant. Similarly, also in the case of DTMA no obvious influence of PP-block-EPR copolymer on dynamic-mechanical properties of ICP was observed.
Description
Citation
HOZA, A. Effect of Ethylene and Propylene on Performance of Ziegler - Natta Catalyst in Stopped - Flow Polymerization [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2017.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Chemie makromolekulárních materiálů
Comittee
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (předseda)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. (člen)
prof. Dr. Ing. Juraj Kosek, oponent (člen)
doc. RNDr. Jaroslav Petrůj, CSc., oponent (člen)
Date of acceptance
2017-06-20
Defence
Předseda komise představil doktoranda a předal mu slovo. Ing. Hoza má již řadu pracovních zkušeností (Polymer Institut Brno, Unipetrol).
Ve své powerpointové prezentaci shrnul Ing. Hoza podstatné výsledky své práce. Oponenti přečetli své posudky, oba kladné a doporučovaly práci k obhajobě. Posudky nicméně obsahovaly množství dotazů, na které žadatel odpověděl velmi uspokojivým způsobem. Následně se rozproudila bohatá diskuze, z níž vzešla celá řada dotazů, tyto dotazy jsou uvedeny na přiložených lístcích, které se archivují.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení