Tatticità nei polimeri: isotattici, sindiotattici

I polimeri che hanno dei sostituenti legati alla catena polimerica mostrano una proprietà nota con il nome di tatticità dovuta a come tali sostituenti si trovano legati al polimero. La tatticità è la proprietà di presentare una configurazione regolare nella disposizione degli aggruppamenti atomici legati allo scheletro di un polimero

La tatticità assume una particolare rilevanza nei polimeri ottenuti da monomeri vinilici del tipo H2C=CHR come il propene, il vinilcloruro e lo stirene. I monomeri monosostituiti, infatti, possono polimerizzare in due modi ovvero testa-testa o testa-coda dando polimeri che mostrano una certa organizzazione o in modo random. Se la catena polimerica è disegnata a zig-zag, ogni gruppo R deve trovarsi sopra o sotto il piano definito dalla catena principale. Possiamo quindi ottenere tre isomeri configurazionali di tale polimero.

Se tutti i gruppi R si trovano distribuiti in modo casuale si ha un polimero amorfo che mostra una struttura irregolare e tale polimero non cristallino è detto atattico.

Tatticità e proprietà

La tatticità si riferisce all’ordine di successione delle unità ripetitive configurazionali nella catena principale di una macromolecola. La tatticità influenza anche le caratteristiche fisiche della struttura in termini di cristallinità.

struttura
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I cristalli hanno strutture regolari e i polimeri isotattici o sindiotattici saranno in grado di solidificarsi in reti cristalline o semicristalline. Al contrario, i polimeri atattici hanno una disposizione casuale delle unità ripetitive, quindi non saranno in grado di formare cristalli e di solito formeranno invece strutture amorfe.

Quando i polimeri hanno struttura cristallina, le forze di attrazione intermolecolari sono elevate, quindi il polimero creato è più denso e più resistente. La tatticità e la cristallinità sono importanti nel settore della sintesi dei polimeri. Diverse condizioni di polimerizzazione come la temperatura e la scelta del solvente influenzeranno la tatticità del polimero formato

Polimeri isotattici

Se tutti i gruppi R si trovano dallo stesso lato della catena il polimero è detto isotattico.

Esso si presenta cristallino e ha una struttura regolare che massimizza le forze intermolecolari che conferiscono al polimero un’alta resistenza. Per ottenere la configurazione isotattica  vengono usati i catalizzatori Ziegler-Natta che per le loro proprietà e per il loro meccanismo di azione vengono detti stereospecifici.

I catalizzatori Ziegler-Natta dovuti a Karl Waldemar Ziegler e Giulio Natta che per la loro scoperta vinsero il Premio Nobel per la Chimica nel 1963 sono composti metallorganici che contengono un metallo di transizione e un cocatalizzatore. Questi catalizzatori, altamente stereoselettivi, sono noti per la loro capacità di polimerizzare le olefine in polimeri con grandi pesi molecolari e strutture altamente ordinate

Polimeri sindiotattici

Se i gruppi R si trovano alternati da un lato e dall’altro della catena polimerica in modo regolare si ha una configurazione sindiotattica.

Le proprietà di un polimero sindiotattico si avvicinano di più a quelle del polimero isotattico stante la struttura regolare che dà luogo alla formazione di forze intermolecolari e a un certo grado di cristallinità.

Per determinare la struttura di un polimero e la sua tatticità si può usare l’NMR infatti sia il polimero isotattico che sindiotattico mostrano una simmetria e danno luogo a spettri semplici con lievi differenze, mentre il polimero atattico mostra spettri molto complessi.

La configurazione dei polimeri determina diversità delle proprietà fisiche: il polimero atattico è morbido, elastico, leggermente appiccicoso e abbastanza solubile in alcuni solventi. Il polimero isotattico si presenta duro, ad alta cristallinità ed elevate temperature di fusione; è inoltre praticamente insolubile nei solventi organici a temperatura ambiente.

I diversi metodi di polimerizzazione danno polimeri differenti e con un diverso grado di tatticità e la posizione dei gruppi R influenza proprietà del polimero stesso quali punto di fusione, solubilità, proprietà meccaniche e ordine cristallino

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