Obtención de polietileno con catalizadores metalocénicos soportados sobre materiales híbridos zeolítico-mesoestructurados

Abstract

Las poliolefinas representan en la actualidad los materiales plásticos de mayor producción. Convencionalmente, las poliolefinas se han sintetizado mediante procesos de polimerización radicálicos o catalíticos con catalizadores tipo Philips y Ziegler -Natta. Sin embargo, en los últimos años se ha descubierto que el uso de diferentes tipos de metalocenos como catalizadores permite aumentar la productividad de la reacción de polimerización, así como obtener polímeros con una dist ribución de pesos moleculares más estrecha. La utilización de los sistemas catalíticos metalocénicos en disolución presenta serias desventajas, siendo las más relevantes el control de la morfología del polímero y la necesidad de usar elevadas cantidades de cocatalizador para conseguir altas actividades catalíticas. La aplicación de catalizadores metalocénicos soportados para la obtención de poliolefinas permitiría mantener las capacidades de producción en las plantas industriales actuales, por lo que la inmovilización del si stema catalítico metalocénico sobre un soporte se considera la mejor opción. Los factores que influyen sobre el comportamiento y la actividad de los catalizadores metalocénicos soportados son: naturaleza química del soporte, área superficial, distribución y diámetro medio de poro, tamaño y morfología de la partícula, además de la técnica empleada para soportarlo. Como soporte de los catalizadores es posible usar compuestos de naturaleza inorgánica tales como la sílice, alúmina, zeolitas, compuestos de magnesio, materiales orgánicos poliméricos, etc. En este aspecto, por sus características tanto físicas como químicas, los novedosos materiales híbridos zeolíticomesoestructurados resultan muy interesantes en el anclaje de un sistema catalítico metalocénico debido a que combinan las propiedades de las zeolitas y los materiales mesoporosos. En este trabajo se ha llevado a cabo la síntesis de materiales híbridos zeolítico-mesoestructurados tipo MCM-ZSM, materiales mesoestructurados tipo MCM-41 y la zeolita ZSM-5. La zeolita ZSM-5 presenta ordenamiento a nivel cristalino y es el que posee mayor acidez pero menor volumen y área BET. El material MCM-41 presenta ordenamiento mesoscópico y la menor acidez de los tres tipos de materiales sintetizados. En cuanto al material híbrido, presenta una acidez intermedia entre la zeolita y el material mesoestructurado y propiedades texturales mayores que los otros dos tipos de materiales sintetizados. Estos materiales se han usado como sopor tes del sistema catalítico formado por el catalizador bis -n-butilciclopentadienilzirconio dicloruro y el cocatalizador metilaluminoxano ((nBuCp)ZrCl 2 /MAO). La heterogeneización se ha llevado a cabo en un solo paso mediante impregnación de la disolución MAO/metaloceno sobre el soporte. Además, como referencia, se ha empleado sílice comercial como soporte. Todos los catalizadores soportados preparados se han empleado en la polimerización de etileno a 70 ºC y 5 bar de presión de etileno, estableciéndose comparaciones en base a la actividad catalítica obtenida en función de las propiedades del sopor te empleado en la preparación del catalizador soportado. La comparación se realiza entre materiales híbridos zeolítico-mesoestructurados con zeolitas y materiales mesoestructurados, para distintas relaciones molares Si/Al de 15, 30 y 60. Se establece también una comparación con la sílice porque es el soporte comercial más empleado para la inmovilización de sistemas catalíticos metalocénicos. De este modo se comprueba que tanto la incorporación de aluminio a la estructura, como el soporte sobre el que se sustenta el sistema catalítico influyen de manera decisiva en la actividad de la reacción de polimerización, obteniendo una mejor actividad para los materiales sintetizados con una mayor relación Si/Al y soportados sobre materiales híbridos zeolíticomesoestructurados. Se relaciona un aumento de la actividad con la variación de las propiedades fisicoquímicas, concluyendo que un aumento de la actividad se encuentra ligado a un aumento de dichas propiedades. También se relaciona un aumento en las propiedades de los polímeros, especialmente en el índice de polidispersidad con un aumento en las propiedades texturales y un aumento de la actividad, obteniéndose que para los materiales híbridos dicho índice de polidispersidad, es mayor que para el resto de materiales sintetizados.