La Catálisis Ziegler Natta y sus Aplicaciones en la Polimerización de Olefinas

Curso 1

La Catálisis Ziegler Natta y sus Aplicaciones en la Polimerización de Olefinas.

Edgar R. González A.

Investigación y Desarrollo C. A.

(INDESCA). El Tablazo.

La Catálisis Ziegler Natta y sus Aplicaciones en la Polimerización de Olefinas.

Edgar R. González A.

Investigación y Desarrollo C. A. (INDESCA). El Tablazo.

Maracaibo, Edo. Zulia. Venezuela

Introducción:

La importancia de los llamados catalizadores Ziegler Natta se deriva de la gran importancia de las productos derivados de su utilización, correspondiendo a Poliolefinas del tipo polipropileno, y los polietilenos de alta y media densidad, su mayor impacto, llegando a representar en 1999 mas del 25 % de la producción mundial de plásticos estimada para esta fecha en 168 MTMA.

Los catalizadores Ziegler Natta representan uno de los mas elegantes ejemplos en la catálisis, tanto desde el punto de vista de su versatilidad, y diseño como de su muy difundida aplicación Industrial en los procesos de polimerización de olefinas. Fueron descubiertos a principio de la década de los 50 en el laboratorio de Karl Ziegler en Alemania y desarrollados (aplicación industrial) en el laboratorio de Guilio Natta en Italia. Por el impacto industrial de estos catalizadores a la industrial del plástico, a estos investigadores le fue otorgado el premio novel en química en 1963.

Las primeras patentes definen a los catalizadores Ziegler Natta como compuestos preparados a partir de una sal u oxido de un metal de transición, de los grupos IV a VIII de la tabla periódica, activado con un agente secundario constituido por una sal, hidruro o alquilo de un metal de los grupos I, II y III de la tabla periódica. Al primero de estos compuestos se le denomina precursor catalítico, y es donde se encuentra el centro activo, y al segundo cocatalizador. El proceso de unión de estos dos compuestos se conoce como activación y es el responsable de las formación de la especie activa o catalizador,

La gran aplicabilidad de los catalizadores Ziegler Natta en la industria del plástico motivó un desarrollo vertiginoso en el área, produciéndose nuevos catalizadores con la finalidad de optimizar los procesos productivos, dedicándose grandes esfuerzos en la eliminación de las etapas de remoción de restos catalíticos y de separación de la fracción de atáctico para el caso del propileno (Figura 1). Estos objetivos implicaron la aparición de nuevas familias de catalizadores, clasificadas según su impacto en los procesos en las llamadas generaciones. Los linderos de clasificación no son claros; sin embargo, es generalmente aceptado que los mismos son impuestos por el impacto a nivel de la actividad y selectividad de los catalizadores desarrollados. Dependiendo de los autores se aceptan la existencia de por lo menos cuatro generaciones de catalizadores Ziegler Natta (tabla I). Una quinta fue planteada para la aparición de los llamados catalizadores Metalocenicos. Sin embargo, este tipo de catalizadores formaron un grupo aparte con la aparición de los catalizadores Metalocenicos de segunda generación, los cuales ya no pueden ser clasificados como Ziegler Natta (no cumplen con las premisas iniciales en cuanto a sus componentes, ni reactividad, etc).

Figura 1.- Evolución de los Procesos Industriales (tecnología Ziegler Natta).

En general, los primeros catalizadores Ziegler Natta son clasificados como de primera generación, en comparación con los iniciadores (procesos existentes para 1945). Estos nuevos catalizadores (nuevos procesos) eran más activos y mucho más selectivos. Para la década del 60 se inicia la utilización de agentes donadores (bases Lewis). Su impacto no permitió clasificar este nuevo sistema como una nueva generación. A finales de los 60´ se inicio la utilización de los agentes primarios pretratados, cuya síntesis permitía obtener una especie cristalina del tipo  -TiCl3, la cual resulto mucho mas activa. A esta familia se le clasifico como de segunda generación. Para la década del 70´ se inicio la utilización del cloruro de magnesio como soporte. Los nuevos catalizadores “soportados” presentaron actividades significativamente mayores que sus predecesores, llegando a desplazarlos en la mayoría de los procesos. Así mismo, para esta década se retomo la utilización de los agentes donadores pudiéndose incrementar significativamente la selectividad. La llamada cuarta generación se deriva de la utilización de un mayor control morfológico de la síntesis de los soportes. Se incluyen soportes mixtos y la utilización de agentes donadores especiales del tipo silanos. Esta nueva generación pretende desplazar las etapas relacionadas con la peletización y comercializar los productos directamente como son sintetizados. Hoy día se sigue haciendo investigación en esta área. Los esfuerzos son dirigidos hacia la síntesis de productos con moléculas de estabilizantes incluidos en su esfera de coordinación y hacia la utilización de agentes “activantes” que modifique el centro activo buscando modificar las propiedades del producto (distribuciones de pesos moleculares bimodales).

Tabla I.- Clasificación de los catalizadores Ziegler Natta según su desarrollo histórico.

En su mayoría (> 90 %), los procesos modernos basados en tecnologías Ziegler Natta, para la síntesis de poliolefinas, utilizan catalizadores de tercera y cuarta generación; por lo que el estudio de la aplicabilidad de los

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