Selbstverstärkende Polyethylenreaktorblends und Graphen-Nanokomposite durch heterogene Mehrzentrenkatalyse

In der vorliegenden Arbeit wurden neuartige heterogene Ein- und Mehrzentrenkatalysatoren durch Trägerung auf funktionalisiertem Graphen und nanometerskaligen Plättchen hergestellt und für die katalytische Ethylenpolymerisation sowie die Synthese von nanostrukturierten Reaktorblends und sortenreinen, molekularen Verbundwerkstoffen genutzt, bei denen Matrix und Verstärkungsphase aus Polyethylen bestehen. Über das Mischungsverhältnis von Einzentrenkatalysatoren auf dem gleichen Träger wurden die Reaktorblendzusammensetzung und die Molmassenverteilung von Polyethylen gesteuert. Da Nanoplättchen und Graphen in die Trägersynthese integriert wurden, gelang es diese bei der Polymerisation wirkungsvoll in der Polyethylenmatrix zu dispergieren. Durch das Zusammenwirken von Matrixverstärkung durch gerichtete Kristallisation mit Bildung faser-ähnlicher Shish-Kebab-Strukturen von hoch orientiertem ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) und das Einbringen von Nanoplättchenfüllstoffen gelang es die Materialeigenschaften dieser vollständig rezyklierfähigen, molekularen Verbundstoffe erheblich zu steigern und in Dimensionen vorzustoßen, die bisher den Glasfaser-Verbundwerkstoffen vorbehalten waren. Zudem gelang es durch Tandemkatalyse direkt während der Polymerisation 1-Hexen zu erzeugen und so erstmals durch hochselektive Copolymerisation ausschließlich UHMWPE zu verzweigen, ohne die HDPE-Mikrostruktur zu verändern. Dies war bislang nur in mehrstufigen Polymerisationen in Reaktorkaskaden möglich. Mit FG verstärkte UHMWPE-Nanokomposite zeigten im Vergleich zu konventionellen Füllstoffen (Ruß, Graphit, Kohlenstoffnanoröhrchen CNT, Böhmit) erheblich verbesserte Steifigkeiten und Festigkeiten, bei simultanem Erhalt der Bruchdehnung. Auch konnte eine elektrische Leitfähigkeit von 10−3 S/cm und ein verbessertes Abriebverhalten festgestellt werden. Mit dem Ziel molekulare Verstärkungswirkungen in Reaktorblends zu ermöglichen, wurden Zwei- und reizentrenkatalysatoren auf FG synthetisiert. Dadurch konnten homogene und nanostrukturierte ...