Ziegler-Natta eljárás

A Ziegler-Natta polimerizáció alapvető jelentőségű szerves vegyipari folyamat, amelynek köszönhetően számos fontos műanyag és polimer előállítható, például a polietilén és a polipropilén. Ezt az áttörést jelentő technológiát Karl Ziegler és Giulio Natta fedezte fel az 1950-es években, amiért 1963-ban kémiai Nobel-díjat kaptak. A Ziegler-Natta katalizátorok alkalmazása lehetővé tette az olyan monomerek, mint az etilén és a propilén, sztereospecifikus polimerizációját, ami forradalmasította a műanyagipart és a polimerkémiát.

A korai katalizátorok titán-tetrakloridra épülő Ti-klorido-alkil komplexek voltak, ahol az alkilcsoportot trietilalumíniummal alakították ki. A reakció mechanizmusára a Cossée és Arlman által javasolt útvonal terjedt el a köztudatban (15.5 ábra). Ez a mechanizmus a polimerlánc növekedését magyarázza, amely során a monomerek a fémnek hol az egyik (1), hol a másik (2) koordinációs helyéhez kapcsolódnak és egymás után épülnek be a növekvő polimerláncba.

15.5. Ábra: A titánkatalizált Ziegler-Natta eljárás mechanizmusa Cossée és Arlman szerint.

A láncnövekedés során a vándorlásos beékelődés megy végbe egymás után, ahogy a alkén monomerek beékelődnek a fém és a polimer alkilszén közti kötésbe. A polimerizációs lánc növekedése valamilyen lánczárási lépéssel ér véget, amely többnyire $\beta$-hidrid elimináció. Ez a lépés leállítja a polimerizációt, és kialakul a végleges polimer.

Komoly előrelépést jelentett a metallocén katalizátorok megjelenése. Ezeknek egy jelentős része Walter Kaminsky munkásságához köthető, így ezeket Kaminsky katalizátoroknak nevezik. Már a helyettesítetlen ciklopentadienil ligandummal is igen aktív katalizátort nyertek, azonban propén polimerizációjánál sztereoszelektivitás még nem volt megfigyelhető; csak ataktikus polipropilén keletkezett.

15.6. Ábra: Zr-tartalmú Kaminsky katalizátorok és a rájuk jellemző takticitású poliolefin termékek.

Kondenzált gyűrűs és/vagy ansa-metallocénekkel olyan katalizátorok állíthatók elő, melyek az aktivitás megőrzése (vagy akár növelése) mellett izotaktikus, vagy szindiotaktikus polipropilén is produkálható. Az alkalmazott fématom többnyire cirkónium szokott lenni, de találhatunk példát titánra és hafniumra is. Néhány Kaminsky-katalizátor a rájuk jellemző takticitású poliolefinnel a 15.6 ábrán látható. Természetesen, ezeknél a katalizátoroknál is szükséges az alkilcsoport kialakítása a fémen, hogy a katalitikus folyamat könnyen be tudjon indulni.

Mégsem Ment Töröl