Polímeros Avanzados 14/02/2016

Catalizadores Ziegler-Natta

En los años 50, Kart Ziegler y Giulio Natta descubrieron un sistema catalítico eficiente para la producción de α-olefinas. Los catalizadores Ziegler-Natta eran compuestos basados en sales de metales de transición como TiCl3 y TiCl4, que en presencia de un co-catalizador de alquilaluminio permiten la síntesis de las poliolefinas en condiciones no extremas de presión y temperatura, además de conseguir un cierto control de la morfología y estructura estereoquímica (estereoregularidad o control estereoespecífico); y un considerable aumento de la actividad.

La evolución de los catalizadores Ziegler-Natta se describe en términos de generación:

Catalizadores de 1ra generación (década del 50): A base de TiCl4 + AlR3 (Ziegler) y a base de TiCl3 + AlR2Cl (Natta), presentan bajas actividades catalíticas (1000 g polímero/g de Ti). En el caso de polimerizaciones de α-olefinas, se obtiene un polímero isotáctico y una gran producción de polímero atáctico como producto secundario. Estos catalizadores no permiten un control real del peso molecular y su distribución puede variar ampliamente (Mw/Mn = 3-10).

Catalizadores de 2da generación (década del 60): Los catalizadores de 1ra generación fueron modificados mediante tratamiento físico, como lavado o extracción, o por tratamiento químico, por adición de MgCl2 (u otros compuestos a base de magnesio). Estos catalizadores aumentaron 5 a 6 veces la actividad catalítica, en relación a los de 1ra generación, y aumentaron la estereoregularidad de las poliolefinas, además controlan mejor el peso molecular.

Catalizadores de 3ra generación (década del 70): Soportados sobre un material inorgánico(inerte) como sílica, alúmina, oxido de calcio o compuestos de magnesio. Para mejorar latacticidad fueron usados donadores de electrones tales como aminas, fosfinas, ésteres y cetonas. Estos catalizadores presentan una altísima actividad catalítica y un control casi completo de la estereoregularidad y linealidad de PEAD.

Catalizadores de 4ta generación (década del 70): Soportados sobre partículas esféricas de MgCl2 o SiO2. Por un fenómeno de réplica, las características morfológicas del catalizador son reproducidas permitiendo un control morfológico del polímero formado. De esta forma, la actividad del catalizador aumenta a 500.000 g de polímero/g de catalizador.

En un intento por resolver los inconvenientes de los catalizadores Ziegler-Natta, se desarrolló en los años 80 una nueva familia de catalizadores Ziegler- Natta solubles denominada metalocénicos (los catalizadores Ziegler-Natta están constituidos por sólidos insolubles como TiCl3, y son por tanto catalizadores heterogéneos). Este impulso se debe a Kaminsky, Sinn y colaboradores [12-14], que descubrieron que la hidrólisis controlada de trimetilaluminio produce un ácido de Lewis denominado metilaluminoxano (MAO), que junto a estos catalizadores genera un sistema catalítico 10 a 100 veces más activo que los tradicionales Ziegler-Natta.

Luis Antonio Tea Ramírez