Detaily článku

Nátěry šetrné k životnímu prostředí

Nová třída ve vodě rozpustných katalyzátorů, které lze použít k polymeraci ethylenu přímo ve vodě

Nové katalyzátory polymerují ethylen přímo ve vodě za vzniku malých PE částic s vysokou molekulovou hmotností a vysokou linearitou (HDPE).

Chemici z Konstanz vyvíjejí novou třídu katalyzátorů, které umožňují výrobu polyethylenových disperzí přímo ve vodě. To otevírá perspektivy pro ekologickou výrobu plastových nátěrů bez použití rozpouštědel.

Datum: 29.4.2022

HDPE, ekologicky šetrná výroba polyetylenu

Polyethylen (PE) je jedním z nejdůležitějších typů plastů současnosti. Používá se v celé řadě předmětů denní potřeby - od plastových lahví přes trubky až po lyžařské nátěry a hračky. Ve formě PE disperzí tvoří také základ různých nátěrů a lepidel.

Profesor Stefan Mecking a Dr. Fei Lin z katedry chemie na univerzitě v Kostnici nyní udělali velký krok k ekologické výrobě PE nátěrů bez použití rozpouštědel. Ve svém nedávném článku v mezinárodním vydání časopisu "Angewandte Chemie" popisují chemici novou třídu ve vodě rozpustných katalyzátorů, které umožňují výrobu PE disperzí přímo ve vodě. Tím odpadají energeticky náročné mezistupně při výrobě bezrozpouštědlových a bezemisních nátěrů.

Organická rozpouštědla jako stávající průmyslový standard
Plasty se díky svým technickým vlastnostem a relativně nízkým výrobním nákladům staly základním průmyslovým materiálem. Skládají se z velkých molekul s dlouhým řetězcem, které mohou být v závislosti na typu také rozvětvenými polymery a jsou složeny z mnoha opakujících se jednotek vytvořených ze základních stavebních bloků. V případě polyethylenu je základním stavebním prvkem ethylen - plynná uhlovodíková sloučenina.

K podpoře a urychlení procesu polymerace - při němž se jednotlivé stavební bloky spojují a vytvářejí velké molekuly polymeru - se používají vhodné chemické katalyzátory. Při výrobě PE disperzí pro nátěry probíhá polymerace obvykle v organických rozpouštědlech, která jsou postupně nahrazována vodou, což vyžaduje další kroky, které jsou technicky složité a energeticky náročné.

Nová třída katalyzátorů
Výzkum a vývoj proto hledá možnosti, jak vyrábět PE přímo při polymeraci ve formě vodné disperze. To by pak mohlo sloužit jako základ pro bezrozpouštědlové a bezemisní nátěry, v nichž se při tvorbě filmu odpařuje pouze voda. Polymerizace PE přímo ve vodě je však náročná. "To vyžaduje katalyzátory, které jsou ve vodě aktivní, ale zároveň je voda neničí. Většina tradičních katalyzátorů se po kontaktu s vodou rozkládá," vysvětluje Stefan Mecking, profesor chemického materiálového inženýrství na univerzitě v Kostnici.

Dr. Fei Lin, postdoktorand v Meckingově výzkumném týmu a držitel Humboldtova stipendia, objevil nový typ takového katalyzátoru. Studie byly provedeny v rámci projektu DEEPCAT Stefana Meckinga, který je od roku 2019 podporován pokročilým grantem Evropské výzkumné rady (ERC) na vývoj plastů, které lze degradovat způsobem šetrným k životnímu prostředí. "Vyvinuli jsme ve vodě rozpustné katalyzátory pro polymeraci ethylenu, které zůstaly nejen stabilní, ale také vysoce aktivní, přestože byly během celé chemické reakce v přímém kontaktu s vodou," uvádí Fei Lin.
Stavební kameny pro polymerační proces šetrnější k životnímu prostředí

Při studiích v laboratorním měřítku se chemikům podařilo prokázat, že jejich nové katalyzátory ve vodě polymerují ethylen za vzniku velkého množství malých PE částic s vysokou molekulovou hmotností a linearitou - tzv. polyethylenu s vysokou hustotou (HDPE). "To je rozhodující pro konečné vlastnosti nátěrů vyráběných na bázi PE disperzí, a tedy pro použitelnost naší metody," říká Stefan Mecking. Zjištění týkající se nových katalyzátorů tak otevírají zajímavé perspektivy pro ekologicky šetrné polymerační procesy obecně a zejména pro efektivní výrobu PE povlaků bez rozpouštědel a emisí.

Zdrojem informací je Chemeurope.

Pro kompletní informace si přečtěte celý článek.