VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE 2.1 Các phương pháp tổng hợp polyme
2.3 Biện luận lựa chọn công nghệ sản xuất polypropylen 1 Cơ chế phản ứng
2.3.1 Cơ chế phản ứng
Bên trong cấu trúc tinh thể, mỗi nguyên tử titan (với cấu trúc bát diện) được bao quanh bởi sáu nguyên tử clo, nhưng trên bề mặt quanh nguyên tử titan chỉ có năm nguyên tử clo còn mặt còn lại là lỗ trống.
Hình 2.5: Cơ chế trùng hợp polypropylene
Trong số 5 nguyên tử clo có 4 nguyên tử tạo liên kết chặt chẽ do chúng tạo cầu nối với các nguyên tử Ti khác. Nguyên tử clo thứ năm (không tạo cầu nối) được thay thế bằng nhóm alkyl R khi muối Ti tương tác với AlR3. Cấu trúc bát diện vẫn còn một obitan trống.
Nguyên tử nhôm vẫn còn tạo phối trí (không phải cộng hóa trị) với nguyên tử cacbon CH2 của nhóm ethyl vừa mới cho titan. Ngoài ra nhôm còn tạo phối trí với một nguyên tử clo kế cận titan. Tuy nhiên titan vẫn còn obitan trống cần được điền. Mặt khác propylene có hai electron trong hệ của nối đôi cacbon – cacbon, các electron này tạo phối trí với obitan trống của titan.
Hình 2.6: Quá trình tạo phức chất của propylene và titan Quá trình polymer hóa.
Bản chất thực sự của phức giữa titan và propylene khá phức tạp. Phức này giải quyết được vấn đề titan có các obitan d không có đủ electron. Nhưng thực ra phức này không phải luôn tồn tại như thế. Sẽ có sự dịch chuyển của các cặp electron như sau:
Hình 2.7: Chuyển dịch điện tích ở phức chất propylene và Titan
Cặp electron di chuyển đầu tiên là từ liên kết (cacbon – cacbon) tạo phức với titan để tạo thành liên kết đơn titan – cacbon. Sau đó, đến các electron từ liên kết của titan với các cacbon của nhóm etyl do titan lấy từ Al(C2H5)2Cl. Cặp electron này sẽ di chuyển để tạo thành liên kết giữa nhóm etyl và cacbon có nhóm thế metyl của monomer propylene.
Tiếp theo là chuyển vị:
Lúc nào nguyên tử nhôm tạo phức với một trong những nguyên tử cacbon của monomer propylene, đồng thời titan trở lại cấu trúc ban đầu với một obitan trống cần điền đầy electron.Khi đó phân tử propylen khác lại gần, toàn bộ quá trình được lặp lại như trước, cuối cùng thu được.
Hình 2.9: Quá trình Titan trở lại cấu trúc ban đầu
Có nhiều phân tử propylene cho phản ứng và mạch càng phát triển. Tất cả các nhóm methyl đều nằm một phía của cạch polymer đang phát triển. Với cơ chế này thu được polypropylene isotactic.
Mạch đang phát triển có thể xảy ra phản ứng tắt mạch sau: (1) Chuyển vị - hydrua cho kim loại chuyển tiếp.
TiCH2CH → Ti – H + CH2 = C CH3 CH3
Hoặc cho monomer
Ti−CH2−CH + CH3CH=CH2 → Ti−CH2CH2CH2 + CH2=C
CH3 CH3
Chuyển vị -hydrua tạo thành phân tử polypropylene có một nhóm vinydien và một nhóm n-propylene cuối mạch (một đầu no và một đầu không no).
(2) Truyền mạch cho nhóm alkyl kim loại I-III
Ti−CH2−CH + Al(C2H5)3 → Ti−CH2CH3 + (C2H5)2Al−CH2−CH CH3 CH3
(3) Truyền mạch cho một hợp chất có hydro hoạt động:
Ti−CH2−CH + H2 → Ti−H + CH3−CH CH3 CH3