Polimerización de 2-metil, 1,3-butadieno mediante catalizadores lantánidos - Influencia del tipo de alquilaluminio, concentración y temperatura de reacción y catalizador

Polymerization of 2-methyl, 1,3-butadiene via Lanthanides Catalysts - Influence from the Type of Alkylaluminum, Concentration and Reaction Temperature and Catalyst

Los catalizadores de metales de tierras raras son muy eficientes en la polimerización estereoespecífica de dienos, especialmente los de neodimio. Este trabajo informa sobre la polimerización de 2-metil, 1,3-butadieno con catalizadores de neodimio, utilizados comercialmente en la polimerización de 1,3-butadieno. Se estudiaron los efectos de la temperatura, del tipo de alquilaluminio y de la concentración de catalizador. Las reacciones se llevaron a cabo en un reactor de acero inoxidable bajo atmósfera inerte, utilizando hexano como disolvente y una concentración del 12% de 2-metil, 1,3-butadieno. Se obtuvieron polímeros con un peso molecular de 1,0 a 1,5 × 105, con aproximadamente un 97% de unidades repetitivas cis.

INTRODUCCIÓN

Durante la Segunda Guerra Mundial, la demanda de caucho natural para fines militares fomentó el desarrollo de un polímero que tuviera las buenas características y propiedades del caucho natural sin sus problemas[5]. Alrededor de los años 50, las empresas BF Goodrich Company y Firestone Tire anunciaron la producción de un poliisopreno sintético de configuración 1,4-cis, mediante la polimerización del isopreno[6]. La polimerización del isopreno (2-metil, 1,3-butadieno) implica la formación de unidades isoméricas repetitivas[1]. El tipo de polímero depende de factores como la pureza del monómero, el tipo de síntesis, el sistema iniciador, el tipo de proceso, etc[2,3]. Es posible obtener polímeros de isopreno con alta estereoregularidad, alcanzando contenidos de unidades 1,4-cis de alrededor del 97%.

Aunque muchos iniciadores, incluidos los alquilmetálicos, polimerizan butadieno e isopreno, actualmente los catalizadores que más destacan son los basados en lantánidos. Los catalizadores basados en neodimio son los más destacados, debido a su mayor actividad[7]. Aunque los catalizadores de neodimio pueden generar mayores niveles de unidades de 1,4-cis superiores al 98%, el procedimiento de preparación del catalizador activo es complejo y no está muy claro en la bibliografía disponible[8]. Esta tecnología produce polímeros que difieren en cuanto a su aspecto óptico, estructura, propiedades y tipo de aplicación[4].

Para llevar a cabo estos experimentos, se utilizó diisobutilaluminio, hidruro de diisobutilaluminio (DIBAH) (Akzo-Nobel), triisobutilaluminio (TIBA) (Akzo-Nobel), versatato de neodimio (Rhodia) y cloruro de t-butilo (Sigma-Aldrich). El antioxidante, fosfito de trinonilfenilo (TNPP), y los terminadores, Irganox 1076 y 3,5-di-t-butil-4-hidroxitolueno (BHT), se utilizaron en forma de soluciones en hexano al 10% y al 50%, respectivamente. Los polímeros se sintetizaron en una planta piloto en la que se utilizó un reactor de acero inoxidable de 2 galones, se coagularon en agua a 90 °C y se secaron en un horno a 70 °C.