CC BY
12
Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. Вып. 5. 2021. Т. 11, № 2. С. 103-106. Transactions Ко1а Science Centre. Chemistry and Materials. Series 5. 2021. Vol. 11, No. 2. P. 103-106.
Научная статья УДК 544.773.3
D0I:10.37614/2307-5252.2021.2.5.020
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ
НА СТРУКТУРУ ВЫСОКОПОРИСТОГО СОПОЛИМЕРА СТИРОЛА И ДИВИНИЛБЕНЗОЛА
Павел Станиславович Загоскин1, Сергей Александрович Широких Анатолий Александрович Фенин3, Марина Юрьевна Королёва4
12 3 4Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
1 sulphurs@yandex. ru
2serega-teo@mail.ru
3fenin@muctr.ru
4m.yu. kor@gmail. com
Аннотация
Исследовано влияние параметров полимеризации и температуры сушки на структуру пористого сополимера стирола и дивинилбензола, полученного на основе обратных высококонцентрированных эмульсий. Структуру данного материала составляли два типа пор: пустоты со средним размером 3,5±0,3 мкм и вторичные отверстия в стенках пор со средним размером 0,7±0,2 мкм. Определено, что как при вещественно инициируемой, так и при радиационной полимеризации образуются пористые сополимеры стирола и дивинилбензола с одинаковой структурой. Ключевые слова:
пористый полимер, высокопористый сополимер стирола и дивинилбензола, высококонцентрированная обратная эмульсия, радиационная полимеризация Финансирование
Данная работа осуществлялась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований контракт № 20-03-00397/20. При выполнении части исследования было использовано оборудование ЦКП РХТУ им. Д. И. Менделеева.
Original article
STUDY OF THE INFLUENCE OF THE PARAMETERS OF THE PREPARATION PROCESS
ON THE STRUCTURE OF A HIGHLY POROUS COPOLYMER OF STYRENE AND DIVINYLBENZENE
Pavel S. Zagoskin1, Sergey A. Shirokikh2M, Anatoly A. Fenin3, Marina Yu. Koroleva4
i,2,3,4Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russia
1sulphurs@yandex.ru
2serega-teo@mail.ru
3fenin@muctr.ru
4m.yu.kor@gmail.com
Abstract
The effect of polymerization parameters and drying temperature on the structure of a porous styrene-divinylbenzene copolymer obtained on the basis of highly concentrated emulsions was investigated. The structure of this material consisted of two types of pores: voids with an average size of 3.5±0.3 jm and holes in the pore walls with an average size of 0.7±0.2 jm. It was determined that both in materially initiated and radiation polymerization, porous copolymers of styrene and divinylbenzene with the same structure are formed. Keywords:
porous polymer, highly porous copolymer of styrene and divinylbenzene, highly concentrated reverse emulsion, radiation polymerization Funding
This work was supported financially by the Russian Foundation for Basic Research, Contract No. 20-03-00397/20. The equipment of the D. I. Mendeleev Russian Chemistry and Technical University was used for part of this work.
В современном мире существует множество разработок, связанных с использованием нефти и нефтепродуктов. За последние сорок лет произошло двадцать крупных аварий с разливом нефтепродуктов на поверхности воды, причинами которых являлись аварии на нефтяных баржах, танкерах, трубопроводах и морских буровых установках. Ликвидация их последствий заняла от нескольких месяцев до десяти лет, что, несомненно, повлияло на экологическую обстановку
© Загоскин П. С., Широких С. А., Фенин А. А., Королёва М. Ю., 2021
в местах аварий. Среди множества способов ликвидации аварийных разливов можно выделить использование сорбентов, поскольку они позволяют удалять тонкие нефтяные пленки, остающиеся на поверхности воды после первичной очистки водоемов. В качестве сорбентов могут применяться высокопористые полимерные материалы, одним из методов получения которых является полимеризация дисперсионной среды высококонцентрированных обратных эмульсий [1-3]. Данный метод позволяет получать высокопористые материалы с взаимосвязанной структурой открытых пор, это подразумевает наличие в полимере пор-пустот и вторичных отверстий, за счет которых сорбируемая жидкость может проникать в объем материала [4]. Необходимо определить основные факторы, влияющие на образование вторичных отверстий, так как отверстия могут возникать в стенках полимерной матрицы как на стадии полимеризации из-за избытка ПАВ на участках поверхности пор, так и во время сушки образца.
Чтобы определить, на какой стадии происходит образование вторичных отверстий, были исследованы полимерные материалы, полученные полимеризацией дисперсионной среды обратных высококонцентрированных эмульсий при помощи вещественно инициированной радикальной полимеризации и при воздействии рентгеновского облучения. Высококонцентрированные обратные эмульсии получали методом диспергирования верхнеприводной мешалкой IKA EUROSTAR power control-visc P1 со скоростью 1200 об/мин. Доля дисперсной фазы эмульсии составляла 95 об. %. Состав дисперсионной среды включал в себя смесь сомономеров стирола и дивинилбензола в объемном соотношении 9:1. Обратные эмульсии стабилизировались путем добавления 10 об. % Span 80.
В качестве инициатора радикальной полимеризации использовался водорастворимый пероксодисульфат аммония в количестве 3 мас. % от массы сомономеров. Образец полимеризовался при температуре 65 °C в течение 4 часов. Для проведения радиационной полимеризации образец высококонцентрированной эмульсии помещали в стеклянный сосуд и облучали с помощью рентгеновской трубки БХВ 6-Mo (анодный ток 50 мА, напряжение 40 кВ) с мощностью поглощенной дозы 3 Гр/с в течение 6 часов. Полученные полимеры вынимали из сосуда, разделяли на две части, одну высушивали при температуре 65 °С в течение 36 часов, а вторую — при 25 °С в течение 3 сут.
На рисунке показаны микрофотографии образцов, полученных при радикальной и радиационной полимеризации и при разных температурах сушки.
Микрографии высокопористых сополимеров стирола и дивинилбензола, полученных при радикальной (а, б) и радиационной полимеризации (в, г). Температура сушки 65 °С (а, в) и 25 °С (б, г)
При вещественно-инициированной радикальной полимеризации и сушке при температуре 65 °С полимерный материал имел вторичные отверстия с ровными краями (рис., а). В случае проведения сушки при температуре 25 °С образовывались вторичные отверстия с гофрированными краями (рис., б). Так как при температуре 25 °С сушка протекала медленнее, чем при 65 °С, прослойки
дисперсионной среды растягивались по мере испарения воды. После прорыва полимерной пленки гофрированная поверхность по краям отверстий сохранялась.
При радиационной полимеризации получаемые образцы имели схожую структуру с одинаковым размером вторичных отверстий как при температуре 65 °С (рис., в), так и при 25 °С (рис., г). Вероятно, при облучении происходило частичное разрушение образцов, так как полимеры обладали более хрупкой структурой по сравнению с образцами, полученными методом радикальной полимеризации. Так как вторичные отверстия образовывались в процессе полимеризации, то во время сушки образца их размер практически не изменялся. Также не влияло на их формирование и частичное разрушение структуры полимерной матрицы.
Изменение параметров процесса полимеризации и сушки не повлияло на размеры пор-пустот и вторичных отверстий в высокопористых сополимерах стирола и дивинилбензола. Диаметр пор-пустот был равен 3,5 ± 0,3 мкм, размер вторичных отверстий составлял 0,7 ± 0,2 мкм. Решающим фактором в образовании вторичных отверстий, по-видимому, является избыточная концентрация ПАВ в дисперсионной среде обратной эмульсии, поэтому необходимо более подробно изучить влияние ПАВ на образование вторичных отверстий.
Список источников
1. Изучение влияния концентрации пероксида бензоила на размер пор высокопористого сополимера стирола и дивинилбензола / В. А. Щербаков [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31, № 13 (194). С. 26-28.
2. Изучение гидрофобности нанокомпозита на основе высокопористого сополимера стирола и дивинилбензола / В. А. Щербаков [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31, № 13 (194). С. 45-47.
3. Влияние устойчивости высококонцентрированных эмульсий со стиролом и дивинилбензолом на структуру высокопористого сополимера на их основе / С. А. Широких [и др.] // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82 (6). С. 771-780.
4. Controlling pore sizes in highly porous Poly (Styrene-Divinylbenzene) sponges for preferable oil sorption / M. Y. Koroleva ^t а!.] // Polymer Testing, 2019, Vbl. 77. Р. 105931.
References
1. Shcherbakov V. A., Hasanova L. H., Shirokih S. A., Rakitin A. I., Anisimova E. D., Korchagina M. G., Korolyova M. Yu. Izuchenie vliyaniya koncentracii peroksida benzoila na razmer por vysokoporistogo sopolimera stirola i divinilbenzola [The study of the effect of the concentration of benzoyl peroxide on the pore size of a highly porous copolymer of styrene and divinylbenzene]. Uspekhi v himii i himicheskoi tekhnologii [Advances in chemistry and chemical technology], 2017, Vоl. 31, Ко. 13 (194), рр. 26-28. (In Russ.).
2. Shcherbakov V. A., Hasanova L. H., Rakitin A. I., Shirokih S. A., Korchagina M. G., Anisimova E. D., Korolyova M. Yu. Izuchenie gidrofobnosti nanokompozita na osnove vysokoporistogo sopolimera stirola i divinilbenzola [Study of the hydrophobicity of a nanocomposite based on a highly porous copolymer of styrene and divinylbenzene]. Uspekhi v himii i himicheskoi tekhnologii [Advances in chemistry and chemical technology], 2017, Vоl. 31, Ко. 13 (194), рр. 45-47. (In Russ.).
3. Shirokih S. A., Kulieva L. E., Koroleva M. Yu., Yurtov E. V. Vliyanie ustojchivosti vysokokoncentrirovannyh emul'sij so stirolom i divinilbenzolom na strukturu vysokoporistogo sopolimera na ih osnove [The effect of stability of highly concentrated emulsions with styrene and divinylbenzene on the structure of a highly porous copolymer based on them]. Kolloidnyjzhurnal [Colloidal Journal], 2020, Vol. 82 (6), рр. 771-780. (In Russ.).
4. Koroleva M. Y., Shirokikh S. A., Zagoskin P. S., Yurtov E. V. Controlling pore sizes in highly porous Poly (Styrene-Divinylbenzene) sponges for preferable oil sorption // Polymer Testing, 2019, Vоl. 77, рр.105931.
Сведения об авторах
П. С. Загоскин — студент 4-го года кафедры наноматериалов и нанотехнологии; С. А. Широких — ассистент, аспирант 2-го года кафедры наноматериалов и нанотехнологии; А. А. Фенин — старший преподаватель кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии; М. Ю. Королёва — доктор химических наук, профессор.
Information about the authors
P. S. Zagoskin — fourth-year Student at the Department of Nanomaterials and Nanotechnology; S. A. Shirokikh — assistant, second-year Graduate Student at the Department of Nanomaterials and Nanotechnology; A. A. Fenin — Senior Lecturer at the Department of High Energy Chemistry and Radioecology; M. Yu. Koroleva — Dr. Sci. (Chemistry), Professor.
Статья поступила в редакцию 25.03.2021; одобрена после рецензирования 01.04.2021; принята к публикации 05.04.2021. The article was submitted 25.03.2021; approved after reviewing 01.04.2021; accepted for publication 05.04.2021.
