Ziegler-Natta-katalysator
Een Ziegler-Natta-katalysator is een type stereoselectieve katalysator die gebruikt wordt bij de polymerisatie van vinylmonomeren tot vertakte polymeren.
Ontdekking en ontwikkeling
bewerkenDe katalysatoren zijn genoemd naar Karl Ziegler, voor de ontwikkeling van de titanium-gebaseerde katalysator, en naar Giulio Natta, voor het maken van stereoreguliere (isotactische, syndiotactische of atactisch) polymeren. Hiervoor kregen ze de Nobelprijs voor de Scheikunde in 1963.
Opbouw en toepassingen
bewerkenZiegler-Natta-katalysatoren worden voornamelijk gemaakt van titaniumtetrachloride, aluminiumsesquichloride en vanadiumoxytrichloride, of ze bestaan uit een organometaalverbindingen zoals trialkylaluminium.
Ziegler-Natta-katalysatoren polymeriseren terminale 1-alkenen (alkenen waarbij de dubbele binding zich aan een terminaal koolstofatoom bevindt). Ze kennen toepassingen bij de productie van polyetheen, polypropeen, EPDM, polyvinylalcohol en polyacetyleen.
Werking
bewerken.png)
Een Ziegler-Natta katalysator is niets meer dan een overgangsmetaal (meestal titanium of vanadium) waarbij gebruikgemaakt wordt van de vrije orbitaal om een vinylmonomeer op steeds dezelfde wijze (isotactisch - voornamelijk door titanium) of alternerende wijze (syndiotactisch - voornamelijk door vanadium) te polymeriseren.
Allereerst wordt tri-ethylaluminium (Al(Et)3) (de cokatalysator) gebonden op titaantetrachloride (TiCl4) (of AlCl(Et)2 op Ti(Et)Cl3). Het titaan heeft hoe dan ook een vrij orbitaal (zie figuur: de golvende binding). Dit vrij orbitaal is dus partieel positief geladen. Een vinylmonomeer heeft een dubbele (onverzadigde) binding. De -wolk van het monomeer vult als het ware het lege orbitaal op.
Vanaf dat moment gebeuren er een reeks veranderingen en elektronenshift (zie figuur: rode pijlen), waarvan men nog niet helemaal begrijpt waarom ze plaatsgrijpen. Op de figuur is te zien dat het monomeer gebonden wordt zodat de Y-groep (bijvoorbeeld chloor, benzylgroep, ...) steeds dezelfde ruimtelijke positie inneemt. Op te merken is dat na toevoegen van het monomeer exact hetzelfde proces kan hervat worden, omdat de groeiende polymeerketen het vrije orbitaal niet meer afschermt.
De figuur toont een isotactische polymerisatie. Bij syndiotactische polymerisatie spiegelt de hele katalysator om en wordt het vrije orbitaal aan de andere kant van de molecule teruggevonden.
Isotactische en syndiotactische polymerisatie wordt echter steeds meer gedaan met behulp van metallocenen.