La polimerización en cadena es un método de doble catalizador para producir copolímeros de bloque con tacticidad alterna o variable . El efecto deseado de este método es generar polímeros híbridos que porten las propiedades de ambas cadenas poliméricas, como un alto punto de fusión acompañado de alta elasticidad. Es un método relativamente nuevo, el primer caso de su uso fue informado por Arriola et al. en mayo de 2006. [1]
Polimerización de olefinas
Los polímeros de olefina (como el polipropileno y el polietileno ) han tenido un uso generalizado en la industria del plástico en los últimos 50 años. Los científicos Karl Ziegler y Giulio Natta descubrieron por primera vez una forma de mejorar las propiedades de estos polímeros de olefinas . Ziegler descubrió el catalizador original basado en titanio esencial para la polimerización de olefinas, mientras que Natta usó el catalizador para alterar y controlar la estereoquímica (tacticidad) de los polímeros de olefina (de ahí el catalizador Ziegler-Natta ). [2] Controlando la tacticidad del polímero, una cadena puede, por ejemplo, ser semicristalina o amorfa , rígida o elástica, resistente al calor o tener una temperatura de transición vítrea baja . Desde entonces, se ha dedicado mucha investigación a predecir y crear polímeros basados en este trabajo. Polimerización viva es el término acuñado para describir el uso de catalizadores especialmente fabricados (que a menudo involucran centros de metales de transición) en la polimerización de olefinas, ya que las cadenas de polímero se autopropagan en presencia del catalizador hasta que terminan intencionalmente.
La polimerización viva, sin embargo, produce solo un tipo de táctica por catalizador. Si bien la táctica específica puede controlarse alterando el tipo de catalizador utilizado, la creación de un copolímero de bloque requiere que se termine la polimerización, se destruya el catalizador y que la cadena se vuelva a propagar utilizando otro catalizador que produzca la estereoquímica deseada. Sin embargo, estas manipulaciones suelen ser difíciles.
Método
La polimerización de transferencia de cadena hace uso de dos catalizadores y un agente de transferencia de cadena (CSA) para generar copolímeros de tacticidad alterna . El catalizador 1 (Cat1) propaga una poliolefina de la tacticidad deseada. Catalizador 2 (Cat2) genera otra cadena de diferente táctica. Se permite que las dos cadenas se propaguen conjuntamente en un solo reactor de la misma forma de polímero vivo que antes. Para alternar la táctica, un CSA transferirá la cadena de polímero de su catalizador respectivo. Luego, el CSA puede unirse a Cat2 y unir la cadena a Cat2. Cuando la cadena se une a Cat2, la polimerización de esa cadena continúa, excepto que ahora se propaga con la táctica dictada por Cat2, no Cat1. El resultado general es que la cadena alternará entre dos tácticas diferentes. A medida que ocurren las reacciones de avance y retroceso, la cadena de polímero se "transporta" de un lado a otro entre los dos catalizadores y se forma un copolímero de bloque. [3]
El desplazamiento de cadenas hacia adelante y hacia atrás desde los catalizadores a través de un CSA puede verse como un equilibrio químico competitivo . Tenga en cuenta que las reacciones de avance y retroceso de la unión de CSA y la salida de Cat1 o Cat2 son posibles. Esta competencia significa que una cadena puede salir de Cat1 a través de un CSA y volver a unirse a Cat1, polimerizando la misma táctica. La velocidad a la que se produce la reinserción de Cat1 se puede controlar alterando las concentraciones relativas de Cat1, Cat2 y CSA. Por ejemplo, si se quisiera producir un polímero con las propiedades resultantes principalmente del uso de Cat1 y solo se quisiera influir ligeramente en sus propiedades por la presencia de Cat2, se utilizaría una concentración mayor de Cat1 que para Cat2. La tasa de alternancia entre la tacticidad se puede controlar alterando la concentración de CSA en relación con Cat1 y Cat2; tener una concentración más alta de CSA significa que las cadenas se moverán hacia adelante y hacia atrás más rápidamente, creando unidades más cortas de táctica alterna.
Ventajas
La primera clara ventaja del transporte en cadena es que se pueden diseñar copolímeros con características más deseables. Un polímero que normalmente es semicristalino y rígido se puede alterar para que tenga una temperatura de transición vítrea más baja. Una membrana de polímero elástica amorfa se puede alterar para que tenga un punto de fusión más alto. La técnica abre la puerta para que los polímeros hechos a medida sean ampliamente accesibles y fáciles de fabricar de forma económica.
Referencias
- ^ Arriola, D., Carnahan, E., Hustad, P., Kuhlman, R., Wenzel, T. "Producción catalítica de copolímeros de bloques de olefinas a través de la polimerización en cadena de transporte" Science Vol. 312 de mayo de 2006. 10.1126 / science.1125268
- ^ http://pslc.ws/mactest/ziegler.htm
- ^ Gibson, V. "Transporte de poliolefinas a una nueva dimensión de materiales" Science Vol. 312 de mayo de 2006