Sinossi
Il lavoro di tesi si propone di studiare una varietà di sistemi catalitici sperimentali in reazioni di copolimerizzazione etilene – esene per valutarne caratteristiche e resa nella produzione di polietilene lineare a bassa densità.
Il meccanismo catalitico sfruttato per la produzione della materia polimerica è di tipo Ziegler – Natta, una catalisi di coordinazione che vede il catalizzatore orientare la catena in crescita e partecipare dunque attivamente alle varie fasi della reazione di polimerizzazione.
Attraverso prove sperimentali in autoclave da laboratorio si sono raggiunte condizioni di alta temperatura per indagare sullo svolgimento della reazione di polimerizzazione e sull’influenza che il sistema catalitico e il comonomero utilizzato possono avere sulla resa di polimero e sulle sue caratteristiche fisiche più importanti, quali densità e peso molecolare. In particolare si cerca con interesse un sistema catalitico capace di produrre Linear Low Density Polyethylene attraverso l’inserimento dell’alfa - olefina che funge da comonomero nella reazione di polimerizzazione dell’etilene.
Si guarda inoltre con un certo interesse verso la sintesi di materia polimerica ad alto peso molecolare tramite l’utilizzo di catalizzatori mono e bimetallici che vadano ad influenzare la Molecular Weight Distribution della resina.
I sistemi catalitici sperimentali provengono dal Dipartimento di Chimica dell’Università di Pisa e le varie sintesi sono state realizzate con l’intento di ridurre, o preferibilmente eliminare, l’utilizzo di composti alluminio-alchilici nelle fasi di preparazione del catalizzatore.
I metalli di transizione presenti nei vari campioni sperimentali risultano essere titanio, afnio, vanadio e zirconio e si è valutata l’influenza che i diversi accoppiamenti possono determinare sullo svolgimento della polimerizzazione in autoclave.
La quantità di catalizzatore utilizzata nelle prove sperimentali è variabile in quanto ogni sistema polimerizza a velocità diverse: la reazione di polimerizzazione è esotermica e si dunque cercato di ottenere un delta di temperatura omogeneo nella conduzione delle prove per renderle confrontabili, traendo cos le dovute conclusioni su come il singolo sistema influenzi le caratteristiche del polimero ottenuto.
Il processo è condotto adiabaticamente in soluzione, utilizzando decano come solvente nel quale omogeneizzare i vari componenti e far avvenire la reazione di copolimerizzazione con l’alfa – olefina.
I polimeri ottenuti attraverso le varie prove sperimentali condotte vengono sottoposti a
determinate prove standard che tracciano una precisa carta d’identità della resina attraverso la conoscenza di alcune delle proprietà più significative del materiale come la densità e il peso molecolare.
Le prove riguardanti il Melt Flow Index e la densit sono state condotte nei laboratori Versalis dello stabilimento di Ferrara; si è proceduto inoltre ad effettuare prove di Differential Scanning Calorimetry per valutare la temperatura di fusione del polimero in modo da avere informazioni più dettagliate sulle relative proprietà fisiche.
Le prove riguardanti il peso molecolare dei vari campioni polimerici sono state effettuate nei laboratori Versalis di Mantova attraverso la tecnica di Gel Permeation Cromatography, in modo da disporre delle MWD dei polimeri e trarre le dovute conclusioni su come il sistema catalitico esaminato sia riuscito ad influenzare le caratteristiche del polimero finale.
La comprensione dei meccanismi di polimerizzazione Ziegler – Natta è indispensabile per la produzione di LLDPE, il quale grazie alle sue notevoli caratteristiche fisiche e meccaniche, rappresenta al giorno d’oggi un’importante fetta nel mercato mondiale delle poliolefine.