Химическая энциклопедия
"КАТАЛИЗАТОРЫ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ"

КАТАЛИЗАТОРЫ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ , в-ва, возбуждающие полимеризацию. Ранее К. п. называли любой реагент, способствующий протеканию полимеризации. По мере изучения конкретных процессов выяснилось, что нек-рые реагенты необратимо расходуются на стадии возбуждения полимеризации и входят (в виде концевых групп) в состав образующегося полимера, напр., при радикальной (часто анионной) полимеризации. Такие реагенты названы инициаторами (см. Инициаторы радикальные ). Термин "К. п." обычно относят к возбудителям катионной, координационно-ионной и реже анионной полимеризации, хотя и в этих процессах механизм не всегда отвечает классич. определению катализа (см. также Катализаторы ). Осн. роль К. п. - создание активных центров, на к-рых осуществляется рост макромолекулы. Наряду с природой мономера и среды, природа катализатора определяет механизм процесса, кинетич. характеристики элементарных актов, мол. массу, ММР и пространств. структуру образующегося полимера. В зависимости от природы активных центров различают ионные (катионные и анионные), металлокомплексные, металлоорг. и оксиднометаллич. К. п. К ионным катализаторам катионной полимеризации относят протонные и апротонные к-ты (HF, Н₂SО₄, AlCl₃, BF₃, FeCl₃ и др.), соли карбония, напр. Ph₃C⁺ SbCl₄^-, оксония (R₃O⁺SbF₆^-) и др. Все они - акцепторы электронов и электронных пар. Большую роль в формировании активных центров играют микропримеси воды, спиртов и др. доноров протона. Эффективность катионных К. п. зависит от величины кислотности комплекса, образующегося при взаимод. компонентов катализатора с мономером. В пром-сти, используя эти катализаторы, синтезируют ряд полимеров. Так, полиизобутилен с мол. м. 150-225 тыс. получают полимеризацией изобутилена в присут. BF₃ при т-рах от — 80 °С до — 100°С, бутилкаучук - сополимеризацией изобутилена и изопрена при т-рах от —80 до — 95 °С в присут. AlCl₃ или протбнир. комплексов этилалюминийсесквихлорида (С₂Н₅)₃Al₂Cl₃, полиформальдегид - полимеризацией триоксана в присут. комплексов BF₃ или солей карбония. Для получения кумароно-инденовых смол в качестве катализаторов используют обычно H₂SO₄ (р-ция экзотермическая, протекает мгновенно), безводный AlCl₃ (время р-ции 20-40 мин, т-ра 100-120 °С) или эфираты BF₃. Катализаторы анионной полимеризации-щелочные металлы, их алкоголяты, нафтилид Na, NaNH₂, Ph₃CNa, реактивы Гриньяра, литийорг. соед. и др. агенты основного характера. В их присут. полимеризуются мономеры с пониж. электронной плотностью у двойной связи СН₂=СНХ, где X = NO₂, CN, COOR, С₆Н₅, СН=СН₂, а также нек-рые лактоны, силоксаны и др. Процессы с участием катализаторов анионной полимеризации в ряде случаев характеризуются низкой скоростью передачи и обрыва цепи, что приводит к образованию т. наз. живущих полимеров. В пром-сти такие катализаторы используют для синтеза каучуков, полиамидов, полисилоксанов и др. Так, синтез каучука из бутадиена м. б. осуществлен под действием металлич. Na (по Лебедеву) или Li, пром. синтез полиизопрена - под действием металлич. Li, синтез поли-e-капроамида - в присут. гидроксидов, карбонатов или гидридов щелочных металлов при 140-260 °С. Металлокомплексные К.п. получают взаимод. соед. переходных маталлов IV-VIII гр. (напр., TiCl₃, TiCl₄, VC1₄, VOCl₃, ZrCl₄, NiCl₂ и др.) с орг. производными металлов I-III гр. (напр., AlR₃, AlR₂Cl, ZnR₂, RMgCl и др.). Такие К. п. наз. Циглера-Натты катализаторами . Широкое распространение находят металлокомплексные каталитич. системы, закрепленные на неорг. и орг. носителях. При использовании твердых и нанесенных комплексных К. п. большое значение имеет их дисперсный состав, площадь пов-сти, объем пор, прочность. На твердых микросферич. катализаторах можно получать в ходе синтеза частицы полимера заданного размера. наиб. перспективны для полимеризации олефинов катализаторы Циглера-Натты, получаемые закреплением галогенидов Ti и V на пов-сти носителей, содержащих Mg (напр., MgO, MgCl₂, полиэтилен с привитыми фрагментами MgR и MgCl). Напр., с использованием таких титанмагниевых катализаторов можно получать неск. т полиэтилена и ок. 100 кг полипропилена на 1 г катализатора. С использованием металлокомплексных К. п. получают стереорегулярные полимеры. Напр., К. п. на основе р-римых соед. Zr и метилалюмоксанов [Al(СН₃)О]₆_₂₀ проявляют высокую активность при полимеризации этилена (25 • 10⁶ г полиэтилена на 1 г Zr); в их присутствии можно получать полиолефины со спец. св-вами. Так, при полимеризации пропилена в присут. метилалюмоксана и бис-циклопентадиенилцирконийдихлорида образуется атактич. полипропилен, в присут. алюмоксана и хирального этилен-бис-тетрагидроинденилцирконийдихлорида - изотактич. полипропилен, под действием оптически активного изомера цирконоцена и алюмоксана - оптически активный полимер. Стереоспецифичность действия металлокомплексных К. п. определяется природой переходного металла, лигандным окружением центр. атома, типом решетки катализатора и носителя и т.п. (см. Координационно-ионная полимеризация , Металлокомплексный катализ ). Металлоорг. К.п. - орг. производные металлов IV-VIII гр. Используют для полимеризации диенов, ацетиленов, циклоолефинов. Активные центры полимеризации диенов - p-аллильные комплексы металлов, строение к-рых определяет микроструктуру образующегося полимера. Полимеризация циклоолефинов протекает с участием активных центров, включающих карбеновые комплексы типа ~ СН₂ : МХ. Оксиднометаллич. К.п. обычно содержат оксиды Сr, Со и Мо. Используются, как и металлоорг. К. п., для полимеризации олефинов и диенов. Напр., для полимеризации этилена (130-160 °С; давление 4 МПа) применяют оксиднохромовый катализатор с содержанием Сr на носителе (обычно алюмосиликате) ок. 25% по массе. Стереоспецифичность этих К. п. значительно ниже, чем у металлокомплексных. Лит.: Катионная полимеризация, под ред. П. Плеша, пер. с англ., М., 1966; Шварц М., Анионная полимеризация, пер. с англ., М., 1971; Чирков Н. М., Матковский П. Е., Полимеризация на комплексных металлоорганических катализаторах, М., 1976; Долгоплоск Б. А., Тинякова Е. И., Металлоорганический катализ в процессах полимеризации, М., 1982; Catalytic polymerisation of olefins, ed. by T. Keii, K. Soga, Tokyo, 1986. Ф. С. Дьячковский.