Пластик от дизайнера.

Катализаторы: спустя годы совершенствования новое поколение катализаторов под названием "металлоцены" потрясает пластмассовый бизнес, быстро проникая на товарные рынки и обещая новую эру дешевой дизайнерской пластмассы. Действительно ли это революция, как говорят их сторонники?

Я хочу сказать вам одну вещь, только одно слово. Вы слушаете? Пластмасса!..

Совет, который молодой, смущенный Бен Бреддок получил в классическом фильме 1967 г. "Выпускник", до сего дня живет как напоминание о приземленности пластмассового бизнеса, со всеми его мрачными дымовыми трубами и органическими смесями. Но на протяжении уже 30 с лишним лет пластмассовый бизнес доказывает все что угодно, кроме того, что он скучен для химических концернов, которые стоят на пороге полного прорыва в технологии.

Благодаря новому поколению катализаторов, называемых металлоценами, пластмассовый бизнес вступает в один из самых значительных периодов инноваций за все десятилетия. Такие защитники металлоценов, как Dow Chemical и ExxonMobil, говорят, что на карту поставлено ни много ни мало будущее пластмассового бизнеса.

Многие годы ушли на разработку, пилотные испытания и маркетинговые исследования - и металлоценовая технология наконец-то подошла к критической точке: в прошлом году было продано более одной метрической тонны таких пластмасс. По мнению отраслевых наблюдателей, это - веха, подчеркивающая растущее одобрение технологии. Оставив позади годы юридических разбирательств и сражений за интеллектуальную собственность, выпускающие пластмассу компании начали лицензировать технологии в целом, планируя начать производство основанной на металлоцене пластмассы на гораздо более масштабном уровне.

Точно так же, как полупроводники превратили аналоговые сигналы в цифровую информацию, металлоцены обещают преобразить пластмассу. Как биотехнология обещает лекарства с большой точностью, точно так же катализаторы обещают пластмассу, которая может быть сконструирована под определенные нужды инженеров. "Из этого буквально вырастает новая индустрия", - подчеркивает Джон Ивен, пионер металлоценовой технологии и консультант индустрии.

Современные полиэтилен и полипропилен продаются в гораздо больших объемах, чем другие пластмассы. В бутылках ли, пластиковых пленках или медицинских продуктах, два полимера (в собирательном значении известные как полиолефины) показали себя как наиболее надежные материалы с 60-х гг. Их ключевые свойства внушительны (низкая себестоимость, высокая прочность и многосторонность), и неудивительно, что ежегодный объем продаваемых в Америке полиолефинов насчитывает около $60 млрд, что составляет почти половину стоимости всей пластмассы, продаваемой в Америке ежегодно. Правда, несмотря на все это, качество полиолефинов оставляет желать лучшего. Средний пластик - это смесь полимерных цепей и структур, чьи свойства трудно предсказуемы. Дизайнеры и инженеры обычно учитывают эти неопределенности, делая свои продукты толще, больше и проще или используя специальные добавки для изменения свойств, что связано с большими затратами.

Новая алхимия Суть проблемы - это катализаторы, на которых держался весь пластмассовый бизнес. За последние 50 лет одной из основ производства полиолефинов был уникальный набор катализаторов, названный катализаторами Циглера - Натта в честь изобретателей Карла Циглера и Джулио Натта. Эти ученые впервые раскрыли их эффект в 1953 г. и получили за это Нобелевскую премию в 1963 г. Доктор Циглер и доктор Натта заметили, что особые виды металлов, такие как титан и ванадий, могут атаковать двойные связи между атомами углерода в этилене и пропилене, позволяя атомам углерода соединяться с соседними молекулами и формировать цепочки полиэтилена и полипропилена.

Катализаторы способствуют быстрому и легкому появлению длинных цепочек полиолефинов: полиэтилена с подвижной структурой из зигзагообразного углерода, усеянного водородом, и полипропилена с более твердой структурой из равноудаленно расположенных групп атомов углерода с тремя атомами водорода.

Отличный от этого процесс, разработанный Philips Petroleum в 1951 г., где применяются катализаторы хрома, также используется в производстве полиэтилена.

Но все же катализаторы Циглера - Натта затрудняют производство чистого пластика. Их решетчатая структура создает множество различных реактивных центров, которые в данном процессе могут синтезировать цепи полимеров разных типов и массы, производя пластик с большим количеством детритовых полимеров - от липких, с низким молекулярным весом составов, до хрупких - с высокой молекулярной массой полиэтилена и полипропилена. В равной степени сложным является процесс видоизменения свойств пластика - это трудоемкое дело, требующее применения дорогих добавок. Усиление прочности пластика может добавить почти 40% к его стоимости.

Металлоцены обещают все это исправить и к тому же дать новые свойства. Действие катализаторов больше похоже на работу крошечных молекулярных роботов, позволяющих химикам контролировать выравнивание и структуру полимерных цепей. По ходу процесса они создают цепи определенной длины и определяют более предсказуемые физические свойства. А также обещают проводить все это в единой реакции, сократив стоимость производства пластмассы с высокой рабочей характеристикой.

Металлоцены, по определению, - это крошечные частицы позитивно заряженных ионов металлов, помещенные в середине между двумя кольцами атомов углерода, каждый из которых имеет по пять атомов. Они - самый развитый подвид из категории катализаторов с единым центром полимеризации на металле. В 80-х гг. прорывы в физической химии и катализаторы привлекли внимание химиков к металлоценам, имеющим лишь по одному активному центру на частицу катализатора, каждый из которых идентичен.

Забавно, что хотя катализаторы как таковые были открыты в 1953 г., на протяжении десятилетий их отвергали как непрактичный химический феномен из-за их низкой активности. Потом, в 1976 г., два немецких исследователя - Уолтер Каминский и Хансберг Шин - продемонстрировали, что с добавлением контролируемого количества воды металлоцены могли становиться куда более реактивными. Четыре года спустя ученые подогрели интерес химиков, продемонстрировав, что в присутствии определенных химических препаратов (таких, как метилалюмоксан, MAO) они проявляют удивительно высокую активность для производства полиолефинов.

Это превратило металлоцены из фантастики в "хайтековскую" реальность. Сегодня комбинация металлоценов и MAO или сокатализатора триметил-алюминий дает мощную смесь, позволяющую достичь гораздо большей производительности при более низких температурах и давлении, чем это было возможно с катализаторами Циглера - Натта.

Жемчужина в ковше экскаватора Однако истинная сила металлоценов кроется в их форме - это типичный "ковш экскаватора" на шарнирах с жемчужиной титана, циркония или гафния в центре. Путем изменения формы "ковша" и изменения типа используемого металла химики могут контролировать реакцию мономеров (простых соединений).

Жемчужина металла создает единственный активный центр, гарантируя, что в результате реакции производится только один тип полимера.

" The Economist 2001 Публикуется в соответствии с соглашением об эксклюзивной синдикации материалов в еженедельном журнале "Русский Фокус" на территории России. На сайте статья приведена в сокращенном варианте. Окончание читайте в печатной версии журнала.

  00:04 10.12