High-temperature cationic polymerization of isobutylene
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3023
Language
en
Pages
76+4
Series
Abstract
Polyisobutylene is a versatile synthetic polymer with unique characteristics resulting in its various commercial applications. Polyisobutylene is synthesized via the cationic polymerization of isobutylene. Existing commercial production pathways for isobutylene rely on fossil feedstocks, with the polymerization of isobutylene being typically dependent on sub-zero reaction temperatures and toxic chemicals. Motivated by the potential for improving the sustainability of both isobutylene and polyisobutylene production, the thesis was commissioned by VTT Technical Research Centre of Finland Ltd, and the work was done in the collaborative Synjet project. As part of the project, a research exchange between VTT and University of Rennes in France at the Rennes Institute of Chemical Sciences was completed. The purpose of the research exchange was the investigation of milder reaction conditions and utilization of less harmful chemicals in the polymerization of isobutylene. Utilizing reaction temperatures of 0 or 25 °C, a total of three different coinitiator systems and seven different initiators in dichloromethane or toluene solvents for the homo- and copolymerization of isobutylene were tested. The resulting products were characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and size-exclusion chromatography (SEC). The results indicated the AlCl3OiPr2 coinitiator systems operating at 0 °C in toluene being the most suitable for the synthesis of the industrially most relevant grade of polyisobutylene. However, as the reaction system was susceptible to contaminants and irregular operation conditions, further research with an improved set-up would be necessary for the conclusive assessment of the suitability of the coinitiator systems and reaction conditions.Polyisobuteeni on ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta monipuolinen synteettinen polymeeri, jolla on monia kaupallisia käyttökohteita.Polyisobuteeni syntetisoidaan isobuteenin kationisella polymeroinnilla. Olemassa olevat kaupalliset tuotantoratkaisut isobuteenin valmistamiseen perustuvat fossiilisiin raaka-aineisiin ja isobuteenin polymerointi itsessään on tyypillisesti riippuvainen reaktioissa käytettävistä pakkaslämpötiloista ja myrkyllisistä kemikaaleista. Sekä isobuteenin että polyisobuteenin tuotantotapojen kestävän kehityksen parantamismahdollisuuksien motivoimana, diplomityö suoritettiin Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n toimeksiantona osana Synjet-yhteistyöprojektia. Osana Synjet-projektia toteutettiin tutkijavaihto VTT:n ja Université de Rennes -yliopiston välillä Institut des Sciences Chimiques de Rennes -instituutissa Ranskassa. Tutkijavaihdon tavoitteena oli tutkia tavallista miedompien reaktio-olosuhteiden ja vähemmän haitallisten kemikaalien hyödyntämistä ja soveltuvuutta isobuteenin polymeroinnissa. Kokonaisuudessaan kolmea eri koinitiaattorisysteemiä ja seitsemää eri initiaattoria testattiin käyttäen joko dikloorimetaania tai tolueenia liuottimina isobuteenin homo- ja kopolymeroinnissa reaktiolämpötilan ollessa joko 0 tai 25 °C. Reaktiotuotteet karakterisoitiin hyödyntämällä ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa (NMR) ja kokoekskluusiokromatografiaa (SEC). Tulosten perusteella 0 °C:een reaktiolämpötilassa ja tolueeniliuottimessa suoritetut polymeroinnit AlCl3OiPr2-koinitiaattorisysteemeillä olivat soveltuvimpia teollisesti tärkeimmän polyisobuteenilaadun syntetisointiin. Huomioitavaa on kuitenkin, että koska reaktiosysteemi oli altis kontaminaatioille ja epäsäännöllisille käyttöolosuhteille, lisätutkimuksia parannetuilla koejärjestelyillä tulisi suorittaa koinitiaattorisysteemien ja reaktio-olosuhteiden kokonaisvaltaisen soveltuvuuden arvioimiseksi.Description
Supervisor
Niskanen, JukkaThesis advisor
Reznichenko, AlexanderKarjalainen, Erno