Catalizadores de Ziegler-Natta

La polimerización de Ziegler-Natta es un método utilizado en la polimerización vinílica. Es importante porque permite obtener polímeros con una tacticidad específica. Es sobre todo útil, porque permite hacer polímeros que no pueden ser hechos por ningún otro camino, como el polietileno lineal no ramificado y el polipropileno isotáctico. La polimerización vinílica de radicales libres sólo puede dar polietileno ramificado y el propileno no polimeriza del todo por polimerización de radicales libres.

El catalizador de Ziegler-Natta por lo general 3 TiCl o 4 TiCl , que implica la presencia de un metal de transición. También están implicados cocatalizadores y estos, por lo general, están basados en los elementos del grupo III, que son metales como el aluminio. Así, en general, nuestro par CatalizadorCo − catalizador será

Utilidad

Los catalizadores Ziegler-Natta, se caracterizan básicamente como sistemas de múltiples sitios catalíticos. A partir de los años 50, nuevos compuestos de tipo organometálicos (metalocenos) comenzaron a aparecer como precursores catalíticos para la polimerización de olefinas. Estos a diferencia de los catalizadores Ziegler-Natta se caracterizan por ser de sitio único loque establece

marcadas divergencias entre los productos resultantes de estos dos tipos de catálisis. Hoy en día, el polietileno producido con la ayuda de estos catalizadores constituye el material plástico de mayor volumen junto con el polipropileno y representa alrededor de la mitad de la producción actual anual de 4.000 millones de kilogramos de plásticos y resinas

Ventajas

Los catalizadores tipo Ziegler-Natta, permitían conseguir un excelente control de las estructuras y la longitud de la cadena de los polímeros de propileno resultantes y, en consecuencia, de sus propiedades. Entre otros logros notorios relacionados con este tipo de catalizadores se incluyen la síntesis de un polímero idéntico al caucho natural.

Obtención de polímeros lineales, ya que los hidrógenos no se abstraen de la cadena de crecimiento debido a que los intermediarios producidos están estabilizados por el catalizador.

Fundamentos Teóricos

La polimerización es totalmente estereoespecífica (propileno).

Producción de polímeros con puntos de fusión mayores que los obtenidos por los métodos anteriores, lo cual los hace más utilizables comercialmente.

Desventajas

-baja estabilidad

-altos costos

Los pasos principales del proceso de polimerización con catalizadores Z-N, son mostrados a continuación:

1.- Reacción entre el metal de transición (Mt) y el cocatalizador alquilaluminio, el cual forma los sitios activos Mt-C. MtLn + Al RmL′ p → MtLn-1R + AlRm-1 L′p-1L

donde, R es el grupo alquil saturado, L y L′ son los ligandos ( ej. átomos de halógenos), m + p = 3 y usualmente n=3. 2.- Crecimiento de cadena por adición de la molécula de monómero al sitio activo Mt-R.

MtLn-1R + nCH2=CH-R ′ → MtLn-1-CH2-CH(R′)-P

donde, P representa el crecimiento de la cadena del polímero. 3.- Terminación de la reacción. Las cuatro maneras más comunes de terminar estas reacciones son mostradas a continuación: 3.1 Terminación por abstracción de un β hidrógeno: MtLn-1-CH2-CH(R′)-P → MtLn-1H + CH2-CH(R′)-p

3.2 Terminación por transferencia del monómero: MtLn-1-CH2-CH(R′)-P + CH2=CH-R′ → Mtn-1-CH2-CH-R′ + CH2+CH(R′)-P

3.3 Terminación por tranferencia de hidrógeno: MtLn-1-CH2-CH(R′)-P + H2 → MtLn-1H + CH3-CH(R′)-P

3.4 Terminación por transferencia del cocatalizador alquilaluminio: MtLn-1-CH2-Ch(R′)-P + AlRmL′p → MtLn-1-R + AlRm-1L′pCH2-CH2-P

Estructura molecular:

Propiedades

Un catalizador de Ziegler-Natta se compone por lo menos de dos porciones: un componente del metal de la transición y un compuesto principal del alquil del metal del grupo. El componente del metal de la transición es generalmente titanio o vanadio. El compuesto alquil del metal principal del grupo es generalmente un alquil de aluminio. En práctica común, el componente titanio se llama “el catalizador' y el alquil de aluminio se llama “el co-catalizador”. Sin embargo, es realmente la combinación de los dos que forman el catalizador activo.

Bibliografía

Boor, J., Jr., ZIEGLER- NATTA CATALYSTS AND POLYMERIZATIÓN, Academic Press, New York 1979.