Un team di chimici dell'Università di Houston ha riportato la scoperta di una nuova classe di catalizzatori per produrre polietilene ad altissimo peso, una potenziale nuova fonte di alta resistenza, plastica resistente all'abrasione utilizzata per prodotti che vanno dai giubbotti antiproiettile alle articolazioni artificiali.

Il catalizzatore a base di nichel è descritto in un articolo pubblicato venerdì, 25 gennaio in Comunicazioni sulla natura .

"Si tratta di una classe completamente nuova di catalizzatori in grado di produrre polietilene ad altissimo peso, " ha detto il co-autore Olafs Daugulis, Robert A. Welch Cattedra di Chimica presso l'UH. "Abbiamo dimostrato che questa classe di catalizzatori al nichel funziona".

Altri ricercatori coinvolti nel lavoro includono il primo autore Andrew L. Kocen, uno studente di dottorato, e il professore di chimica Maurice Brookhart. Tutti sono affiliati al Welch Center for Excellence in Polymer Chemistry presso UH.

Il polietilene è tra le materie plastiche più diffuse al mondo, derivati ​​dal gas naturale e dal petrolio greggio e utilizzati per i sacchetti di plastica, bottiglie di shampoo, giocattoli per bambini e altri beni di consumo. Brookhart ha osservato che tutto il polietilene commerciale è attualmente prodotto dai cosiddetti "catalizzatori di metalli precoci, " principalmente titanio e zirconio. Nichel, uno di un gruppo di metalli noti come "metalli di transizione tardivi, " è abbondante e poco costoso, rendendo così attraenti dal punto di vista commerciale i catalizzatori a base di nichel.

Il gruppo di ricerca di Brookhart ha riportato i primi catalizzatori a base di nichel per l'uso nella sintesi di poliolefine, compreso polietilene, a metà degli anni '90. Quei primi catalizzatori avevano due molecole a base di azoto, o ligandi, legato al nichel. Il nuovo catalizzatore si basa invece su un singolo ligando fosfina.

I ricercatori hanno riferito che il nuovo catalizzatore è altamente attivo, raggiungendo 3,8 milioni di fatturati all'ora, ma è relativamente di breve durata, con polimerizzazione che rallenta drasticamente entro circa quattro minuti.

"Segnaliamo qui che il complesso tri-1-adamantilfosfina-nichel [Ad ₃ PNiBr ₃ ]-[Anno Domini ₃ PH]+, quando esposto ad attivatori di alluminio alchilico, polimerizza l'etilene in polietilene ad altissimo peso molecolare (M _n fino a 1.68x10 ⁶ g moli ^-1 ) con attività iniziali che raggiungono un ragguardevole 3,8 milioni di fatturati all'ora a 10 °C, " scrissero.

Sarà necessario più lavoro per produrre un catalizzatore commercialmente valido, ma Daugulis ha detto che il proof of concept offre un prezioso punto di partenza. "Tutte le invenzioni pratiche si basano sulla ricerca fondamentale, " ha detto. "Ecco dove iniziano le cose."

Brookhart ha detto che bilanciare l'attività catalitica, nota come frequenza di turnover, con la longevità sarà la chiave per qualsiasi potenziale commercializzazione.

"Per essere commerciale, un catalizzatore necessita idealmente di un'elevata frequenza di rotazione e di lunghi tempi di vita, " ha detto. "L'attuale catalizzatore ha un'eccezionale frequenza di turnover iniziale, ma la vita è breve. Per essere interessante commercialmente, la durata del catalizzatore deve essere migliorata."