Для синтеза упорядоченных полимеров, в первую очередь альфа-олефинов, катализаторы были использованы итальянцем Джулио Наттой, дружившим и сотрудничавшим с Циглером с 1940-х годов и убедившего компанию Montecatini, где Натта работал консультантом, выкупить права на использование результатов Циглера.
За эти достижения Циглеру и Натте в 1963 году была присуждена Нобелевская премия по химии.
Полученный Циглером полиэтилен низкого давления был чересчур «жёстким» и неудобным для переработки. Температура его размягчения и плотность оказались значительно выше, чем у широко известного в то время полиэтилена высокого давления, созданного английскими химиками перед Второй мировой войной.
Натта решил применить циглеровский катализатор к пропилену. Первые эксперименты с триалкилалюминием и тетрахлоридом титана (катализатор Циглера) в качестве продуктов давали смесь полипропиленов с аморфными и кристаллическими фракциями. Тогда, несколько модифицировав катализатор (вместо ТiCl4 был использован ТiCl3), Натта получил новый класс синтетических высокомолекулярных соединений – стереорегулярные полимеры.
Немного школьной химии
Напомним, что полимерами называются высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения (от греч. «поли» – много, «мерос» – часть).
Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH, имеет такое строение:
...-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-... или (-CH2-CH2-)n
Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» – большой, длинный).
Молекулярная масса макромолекул достигает десятков сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.
Химическое строение макромолекул, от которого в первую очередь зависят свойства материала, – это порядок соединения структурных звеньев в цепи.
Полимеры, у которых структурные звенья симметричны, называются регулярными.
Что касается пространственной формы макромолекул полимеров, то она бывает трёх видов. Линейной формой, когда одно звено следует за другим, отличаются полиэтилен низкого давления и невулканизированный натуральный каучук. Разветвлённая форма характерна для полиэтилена низкого давления. Пространственная (трёхмерная или сетчатая) форма специфична для вулканизированного каучука.
Стереополимеры – новое слово в оргсинтезе
Возвращаясь к катализаторам Циглера–Натта, отметим, что в 1954 году Натта и его коллеги открыли метод каталитической полимеризации пропилена, при котором образующийся высокомолекулярный продукт отличался тем, что все боковые цепи каждого мономерного звена в нём были расположены по одну сторону молекулы, а не ориентированы как попало.
Натта обнаружил, что новый полимер был прочным, обладал высокой точкой плавления, высокой степенью кристалличности и во многих отношениях превосходил полиэтилен, полученный Циглером. Проведённые им рентгенографические и электронографические исследования нового материала с целью установления его молекулярной структуры показали, что новые катализаторы Циглера вызывали образование макромолекул с необыкновенным регулярным атомным пространственным соотношением. Получение кристаллического полипропилена открыло новую область полимерной химии – стереоспецифическую полимеризацию. Новый класс полимеров с объёмно упорядоченной структурой получил название стереорегулярных, а каталитические системы на основе триалкилалюминия и трихлорида титана и другие подобные стали называть катализаторами Циглера–Натты. Эти катализаторы позволяют химикам осуществлять полный контроль над структурой и пространственной ориентацией новых полимеров.
С помощью супруги, профессора лингвистики, Натта разработал номенклатуру стереорегулярных полимеров и получил все мыслимые типы регулярных структур: синдиотактические, изотактические, а также атактические с различной степенью регулярности, линейные неразветвлённые полимеры других моноолефинов. Все эти сложные названия, которые Натте подсказала его жена-лингвист, обозначают трёхмерную ориентацию макромолекул.
Катализаторы Циглера–Натта удешевили производство синтетических каучуков, и благодаря этому в современной промышленности получили широкое распространение все возможные этилен-пропиленовые каучуки, сокращённо именуемые СКЭП (двойные сополимеры) или СКЭПТ (тройные сополимеры этилена, пропилена и диена).
