PVC, polietilene e polipropilene

 

 

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Già le vicende del Buna-S e del nylon ci hanno messo sull’avviso che lunghi tempi di ricerca e sviluppo erano componenti essenziali delle innovazioni legate ai nuovi materiali.

Prima di fare qualche osservazione a questo proposito ci soffermeremo ancora su 3 "casi": PVC, polietilene e polipropilene.

La prima sintesi del cloruro di vinile risale alle ricerche giovanili di H. Regnault (1810-1878), condotte nel 1835 nel laboratorio di Liebig. Le proprietà di polimerizzazione di questa sostanza rimasero incontrollabili fino a quando un chimico industriale della Hochst, Fritz Klatte, prese (fra il 1912 e il 1913) una serie di brevetti che puntavano alla fotopolimerizzazione del cloruro di vinile; il POLIVINILCLORURO così ottenuto risultava essere un materiale intrattabile, instabile alla luce, duro da lavorare, e poteva liberare HCl se riscaldato.Fu nei laboratori dell’IG Farben che si trovò una soluzione a questi problemi, man mano che divenivano accessibili i fondamenti della chimica macromolecolare di Staudinger. Il passo fondamentale fu compiuto nei laboratori di Ludwigshafen (1929-31) con il trasferimento alla sintesi del PVC delle conoscenze acquisite nella polimerizzazione in emulsione del Buna-S.

La commercializzazione iniziata nel 1933 poteva avviarsi anche per l’intensa ricerca condotta dalla IG Farben sui plastificanti del PVC, che lo trasformavano in un materiale adatto agli usi più svariati.

Diverso fu il contesto scientifico-tecnico in cui nacque il POLIETILENE. L’Alkali Division della Imperial Chemical Industries aveva forti tradizioni di ricerca, ereditate dall’impresa di Mond che vi era stata incorporata al momento della formazione delle ICI nel 1926. Proprio alla vigilia della fondazione dell’oligopolio inglese aveva iniziato a lavorarvi un giovane chimico, R.O. Gibson, già allievo di A. Michels, uno studioso olandese delle tecniche di sintesi ad altissime pressioni. Il progetto di ricerca fondamentale era nato da un interesse verso il processo Haber, ed era rivolto allo studio delle reazioni di addizione fra etilene e altre molecole quali la benzaldeide. I primi reattori disegnati da MICHELS, furono installati nei laboratori di Winnington nel 1931, e il 27 marzo 1933 fu notato che una CERA BIANCA ricopriva le pareti di un recipiente che aveva contenuto etilene e benzaldeide a una pressione incerta fra le 1000 e le 2000 atmosfere; l’analisi rivelò essere un POLIMERO DELL’ETILENE, ma solo nel dicembre 1935 l’etilene fu fatto reagire da solo con l’ottenimento di 8 g di polimero. Nel marzo 1938 fu avviata la preparazione su piccola scala. La prima tonnellata di materiale dimostrò che questo aveva qualità impareggiabili come isolante elettrico e nell’agosto 1939 iniziò la produzione industriale che fu assorbita dalle necessità belliche(in particolare nelle tecniche collegate al radar). Finita la guerra il polietilene rischiò di scomparire dai prodotti della ICI, ma i risultati delle ricerche su POSSIBILI NUOVE APPLICAZIONI dimostrarono che il polietilene era un materiale assai più versatile di quanto si fosse pensato. E d’altra parte uno sviluppo imprevisto venne dalle ricerche di Karl Ziegler (1898-1973).

ZIEGLER si era occupato nel 1928 dell’attività catalitica del Na nella preparazione del Buna e non aveva mai abbandonato il campo dei composti metallorganici. Dal 1945 si era dedicato a ricerche sui composti organici dell’Al, e nel 1953 stava cercando di sintetizzare derivati tri-alchilici superiori dell’Al scaldando i termini inferiori con etilene quando scoprìLA DIMERIZZAZIONE COMPLETA DELL’ETILENE IN BUTILENE. Seguendo questa traccia Z. scoprì che il tetracloruro di titanio favoriva la formazione di alti polimeri lineari dell'’etilene in condizioni di T e p assai blande. Era l’inizio di una vera RIVOLUZIONE non solo per il nuovo processo di sintesi del polietilene (Hochst,1955) ma anche per il formidabile effetto amplificatore di queste scoperte….

Giulio Natta (1903-1979) che era in contatto da tempo con Ziegler attraverso la mediazione della Montecatini, nel suo laboratorio milanese, estese la reazione di Ziegler al PROPILENE scoprendo un’intera nuova classe di polimeri, e spiegandone le eccezionali proprietà attraverso una precisa indagine strutturale. La Montecatini iniziò la produzione commerciale del POLIPROPILENE nel 1957. Nel 1962 la produzione mondiale del polietilene ad alta densità di Z. e del polipropilene di Natta raggiungeva le 250.000 t; l’anno dopo i due scienziati ricevettero il Nobel.

Osservazioni: i processi di innovazione con cui i materiali polimerici furono portati sul mercato furono tortuosi, con eventi inaspettati e spesso vissuti dalle imprese con ritmi decennali; questi sono i segni vistosi di una RIVOLUZIONE SCIENTIFICA che metteva in discussione il concetto classico di molecola e di una RIVOLUZIONE TECNICA COEVA che doveva gestire nello stesso momento nuovi processi e nuovi prodotti.

Un’analisi attenta e puntuale dei principali "avanzamenti tecnici" nel periodo fino al 1955 (117 in tutto) ha dimostrato la presenza dominante di 3 soli PAESI, e quella rilevante di poche grandi imprese:

InGERMANIA 51 innovazioni di cui 30 realizzate all’interno della IG Farben;

InAMERICA 43 innovazioni di cui 12 rivendicate dalla Du Pont;

In INGHILTERRA 7 innovazioni di cui 15 avevano avuto origine all’interno della ICI.

Altri paesi 8 innovazioni.

Per quanto riguarda i tempi di trasferimento dalle scoperte in laboratorio alla

produzione industriale, la commercializzazione dei risultati di Ziegler e Natta fu

particolarmente rapida. A questo hanno contribuito diversi FATTORI: le 1) condizioni blande in cui si realizzavano le reazioni di polimerizzazione e 2) un generale progresso delle pratiche costruttive degli impianti chimici, ma forse il FATTORE ESSENZIALE fu la flessibilità conseguita dall’industria petrolchimica nella produzione delle diverse classi di idrocarburi.