Polipropilene isotattico

L’unico Premio Nobel per la Chimica italiano è stato attribuito all’eminente scienziato Giulio Natta il 10 dicembre 1963 per i suoi studi sulla sintesi del polipropilene isotattico, polimero che per le sue caratteristiche ha costituito una delle maggiori innovazioni del secolo scorso con enormi ripercussioni sulla vita quotidiana. Il Prof. Natta, tuttavia, persona dal carattere schivo e riservato che non ha mai amato esporsi alle luci della ribalta quell’11 marzo 1954, annotò semplicemente sulla sua agenda “fatto il polipropilene”.

fatto il polipropilene

Dal petrolio si era ottenuto un nuovo materiale plasmabile e leggero, ultraresistente destinato a cambiare la vita di tutti noi per le sue molteplici applicazioni che vanno dagli oggetti di uso comune come siringhe, tubi, bottiglie, spazzolini, indumenti usa e getta, atricoli casalinghi. Il polipropilene è un materiale che può servire alla produzione tanto di manufatti con una forma stabile nel tempo e capaci di sopportare sforzi e sollecitazioni meccaniche, quanto di oggetti per uso specifico come cavi, supporti per circuiti integrati, membrane, componenti isolanti, batterie per auto. Il polipropilene ha bassa densità, elevata rigidità, resistenza termica, inerzia chimica, buona elasticità notevoli caratteristiche meccaniche quali elevato carico di snervamento, allungamento a rottura, resilienza, durezza  e buone caratteristiche dielettriche alle alte frequenze.

Nei primi anni ’50 lo scienziato tedesco Karl Ziegler era riuscito a sintetizzare dei polimeri lineari dell’etilene utilizzando alluminio trietile come catalizzatore e Natta iniziò con lui una stretta collaborazione che portò alla scoperta dei catalizzatori stereospecifici che in loro onore vengono tuttora chiamati catalizzatori Ziegler Natta.

Il monomero di partenza per la sintesi del polimero è il propene o propilene, un’α-olefina che presenta tre atomi di carbonio e la reazione di polimerizzazione può essere schematizzata come segue:

polipropilene

Il catalizzatore usato nella sintesi riesce ad orientare in modo regolare tutti i gruppi –CH3 dallo stesso lato della catena polimerica ed è detto stereospecifico

isotattico

Esso è costituito da un catalizzatore e da un co-catalizzatore: il catalizzatore è tricloruro di titanio TiCl3 o tetracloruro di titanio TiCl4 a cui vengono affiancati Al(C2H5)2Cl o Al(C2H5)3. Consideriamo il sistema TiCl3/ Al(C2H5)2Cl. Il tricloruro di titanio si può trovare in diverse forme cristalline; quella che interessa per il catalizzatore Ziegler Natta è l’α- TiCl3:

TiCl3

in cui ogni atomo di titanio è coordinato a sei atomi di cloro con geometria ottaedrica; tuttavia sulla superficie del cristallo il titanio è circondato solo da cinque atomi di cloro data l’interruzione della struttura cristallina e pertanto possiede una vacanza di Cl cioè ha un orbitale d disponibile. Il titanio superficiale può perdere uno ione Cl e può quindi avere due orbitali d disponibili uno dei quali può essere occupato dal gruppo –C2H5 legato all’alluminio e rimanendo ancora disponibile un altro orbitale. Una volta formatosi questo centro attivo gli elettroni del legame π presenti nel propene vanno a riempire tale orbitale con formazione di un complesso e ciò avviene con una una ben precisa orientazione in quanto il propene, nell’avvicinarsi dispone il gruppo più ingombrante, il metile, sempre dalla stessa parte dove è minore l’ingombro sterico.

In seguito a riarrangiamenti  il titanio viene ad avere ancora un orbitale d disponibile che viene ancora una volta occupato da un altro monomero di propene che, dopo un ulteriore riarrangiamento porta all’accrescimento del polimero e alla presenza di un orbitale d disponibile. Il processo si ripete n volte fino ad ottenere il polimero

meccanismo

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Author: Chimicamo

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