Koordinaatiopolymerisaatio

Koordinaatiopolymerisaatio on ketjumaisen polymerisaation muoto, jossa aktiivisena katalyyttinä toimii siirtymämetalliyhdiste. Monomerit, erityisesti alkeneihin, koordinoituvat metallin keskukseen ja insertio-reaktiossa liittyvät kasvavaan polymeeriketjuun. Tämä mekanismi ero radikaali- ja ionipolymerisaatiosta ja on keskeinen polyolefiinien, kuten polyeteenin (PE) ja polypropeenin (PP), sekä näiden kopolymerien tuotannossa. Koordinaatiopolymerisaatio mahdollistaa rakenteellisen kontrollin, kuten isotaktisuuden, sekä comonomerien sisällyttämisen ja molekyylipainon säätelyn.

Prosessi alkaa aktiivisen metalliyhdisteen koordinaatiokyvyn kautta, jolloin monomeeri sitoutuu keskukseen. Tämän jälkeen seuraa insertio, jossa monomeerin reaktiivinen hiili liittyy kasvavaan metallikantaan, ja ketju pitenemään. Kasvu toistuu samalla mekanismilla. Terminaatio voi tapahtua esimerkiksi ketjujen transferoinnilla tai β-hidridin eliminoinnillä riippuen järjestelmästä.

Katalysaattorit ja olosuhteet: Tyypillisiä koordinaatiopolymerisaation katalyyttejä ovat Ziegler-Natta-katalyytit (esim. TiCl4:n ja MgCl2:n kaltaiset järjestelmät) sekä homogeeniset yksittäiskohdat, eli single-site-katalyytit, kuten metallocene-pohjaiset järjestelmät (esim. Cp2MCl2, M = Ti tai Zr). Näitä käytetään cocatalyyttien, kuten MAO:n, kanssa. Näiden avulla voidaan hallita isotaktisuutta, molekyylipainon jakaumaa ja kopolymeroinnin mahdollisuuksia.

Koordinaatiopolymerisaatio on ollut keskeinen tekijä polyolefiinien tuotannossa vuodesta 1950-luvulta lähtien. Ziegler-Natta- ja metallocene-katalyytit ovat mahdollistaneet suurten volyymien tuotannon sekä tarkemman rakenteellisen kontrollin. Kehitys jatkuu kohti paremmin hallittuja ominaisuuksia, laajempaa monomeerivalikoimaa ja parempaa prosessitehokkuutta.