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从石油而来的聚合物

09.01.2008
乙烯和丙烯聚合成聚乙烯和聚丙烯。

虽然科学和聚合物技术在20世纪50年代初的早期取得了惊人的进步 ,但仍迎接巨大的挑战。烃类聚合物,其中只有碳和氢原子,可以从石油中产生的小单体, 由于当时的这个看似取之不尽,用之不竭的石油,这一级的聚合物对蓬勃发展的塑料工业是非常有吸引力的。特别是最小,最丰富的存在的单体乙烯和丙烯,它们包含两个或三个碳原子的聚合物。人们早就知道,这样的含有“双键”的分子的原则上可以互相形成长链(如上图)。一个熟悉的例子是聚苯乙烯。然而在乙烯和丙烯的情况下,所希望得到的聚合物出现了一个大的技术问题,虽然乙烯聚合已经成功,但只有在极高温度和压力的情况下才可以进行,聚合物形成了, 但功能和想象的差别 有很大。 丙烯聚合没有实现。

在20世纪50年代在米尔海姆马克斯普朗克煤炭研究机构的德国化学家卡尔齐格勒做含有铝 - 碳键的化合物反应的基础研究。 1953年,他发现,在用如钛或锆特定的金属盐类会在温和的条件下产出对聚合乙烯这种连接很积极的催化剂,催化剂是很强烈的加快化学反应的物质。由于催化剂的缘故可以形成更长,直的链,产生的聚合物,就有如高拉伸强度,硬度和化学稳定性,这使他们在许多应用上有非常有用的卓越的性能。来自米兰聚合研究院的意大利化学家纳塔朱利奥继续发展的齐格勒式催化剂,
使丙烯聚合成为了可能。事实证明,这些“齐格勒 - 纳塔催化剂”而且也使一个链的长度和结构和因而所产生的聚丙烯的属性有一个极好的控制。用这种催化剂使一个出色的聚合物达到了类似天然橡胶的合成。

齐格勒 - 纳塔催化剂几乎立即应用到工业应用中。随着时间的推移,他们做了许多的修改, 而且它的应用还在一直的扩大。用这样的催化剂生产的聚乙烯是目前最多生产的塑料材料,和聚丙烯一起生产了美国目前每年所生产的363亿千克塑料和树脂的一半产品。聚乙烯和聚丙烯被用于几乎所有工业和日常生活中,例如,建筑材料,容器,玩具,体育用品,电器及电子设备,纺织品,地毯和医疗设备。在很多这些应用的形式中,聚合物取代了其它的物质如玻璃,金属等,但他们的特殊属性也可以完全带
来新的应用,包括用于医疗目的。

1963年,齐格勒和纳塔获得“在化学和高聚合物技术领域的发现。”的诺贝尔化学奖, 齐格勒在接受提名的演讲中首先回顾了其突破性的发现以及所克服的科学上的障碍,然后继续说道:“当时还可能出现更大的障碍。为了解释这一点,我必须接受这个在所提到的研究的关键的最后阶段在研究机构里进行的悖论。早在1943年当我被调到煤炭科学研究总院的时候,这些习惯性用这样的名字命名的目标使我感到困惑。我担心,我会被赋予应用化学研究的任务。由于乙烯可在鲁尔区的焦炭生产中来提取,例如,很可能也会 就依据这样的方法生产聚乙烯了。我现在肯定知道和当时我已经猜到的是, 一个这样严格限定的目标在一开始就会使我的创造性枯竭。

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