CC BY
0
DOI -10.32743/UniChem.2024.124.10.18335
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ГИДРОФИЛЬНОГО ПРОИЗВОДНОГО ПОЛИВИНИЛИМИДАЗОЛА
Отаджонов Сардорбек Рахим угли
базовый докторант Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Жунсалиева Галия Абдукаюм кизи
базовый докторант Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Айтмуратова Алтинай Елмуратовна
базовый докторант Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Позилджонова Гулшодахон Джахонгир кизи
базовый докторант Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Сидрасулиева Гоззал Бекбергеновна
докторант
Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Каттаев Нуритдин Тураевич
д-р хим. наук, профессор Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Акбаров Хамдам Икрамович
д-р хим. наук, профессор Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент
SYNTHESIS AND STUDY OF THERMAL STABILITY OF A HYDROPHILIC DERIVATIVE OF POLYVINYLIMIDAZOLE
Sardorbek Otajonov
PhD student
at the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Galiya Junsalieva
PhD student
the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Altinay Aytmuratova
PhD student
the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ГИДРОФИЛЬНОГО ПРОИЗВОДНОГО ПОЛИВИНИЛИМИДАЗОЛА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Отаджонов С.Р. [и др.]. 2024. 10(124). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/18335
Gulshodakhon Poziljonova
PhD student
the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Gozzal Sidrasulieva
DSc student
the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Nuritdin Kattaev
Doctor of Chemical Sciences, Professor of the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Khamdam Akbarov
Doctor of Chemical Sciences, Professor of the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Химической реакцией поливинилимидазола с гидробромидом 3-бромопропиламина получено гидрофильное производное поливинилимидазола (PVim). Идентификация гидрофильного производного PVim осуществлена с помощью метода ИК-спектроскопии. Термическая устойчивость и некоторые структурные особенности химически модифицированного PVim оценены с помощью методов термогравиметрии (ТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Показано, что потеря массы в диапазоне температур, не превышающего 300 оС, связана с выделением влаги, с дегидратацией и термической деформацией в структуре гидрофильного производного PVim, а термо/термоокислительная деструкция происходит в интервале температур 333-600 оС.
ABSTRACT
A hydrophilic derivative of polyvinylimidazole (PVim) was obtained by chemical reaction of polyvinylimidazole with 3-bromopropylamine hydrobromide. Identification of the hydrophilic derivative of PVim was carried out using IR spectroscopy. Thermal stability and some structural features of chemically modified PVim were estimated using thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimetry (DSC). It was shown that weight loss in the temperature range not exceeding 300 °C is associated with moisture release, dehydration and thermal deformation in the structure of the hydrophilic derivative of PVim, and thermal/thermooxidative destruction occurs in the temperature range of 333-600 °C.
Ключевые слова: радикальная полимеризация, поливинилимидазол, химическая модификация, гидрофильная группа, термическая устойчивость, эндо- и экзоэффекты
Keywords: radical polymerization, polyvinylimidazole, chemical modification, hydrophilic group, thermal stability, endo- and exo-effects
I. Введение
В настоящее время возрос интерес к электропроводящим полимерам, т.к. последние обладают рядом преимуществ. Потенциальные преимущества заключаются в их легкости, простоте синтеза и процессе изготовления [1-3]. При этом введение в структуру полимеров гетероатомов (Ы, S) приводит к улучшению их электропроводимости. Также оказывает влияние электроотрицательность и индуктивный заряд заместителей на молекулярные показатели полимеров, такие как электронодонорные и электроноакцепторные свойства. Таким образом в случае, если имеются принципиально подходящие заместители и допанты, тогда даже в не конъюги-рованных структурах, таких как поливинилимидазол, может наблюдаться заметный рост трансфера заряда между полимером и допантом [4-5]. В этой связи данная работа посвящена синтезу гидрофильного производного поливинилимидазола методом химической модификации и исследованию сравнительной термической устойчивости полученного полимера.
II. Экспериментальная часть
1-Винилимидазол и гидробромид 3-бромопропиламина (с чистотой >99%, продукты фирмы Sigma-Aldrich) использованы без предварительной очистки. Азо-изо-бутиронитрил (ДАК) предварительно очищен путем двукратной перекристаллизации из этанольного раствора. Использованные растворители очищали согласно общепринятым методикам.
Для характеристики структуры полимеров использовали методы Фурье-ИК-спектроскопии с использованием Nicolet iS50 производства фирмы Thermo Scientific (США).
Термический анализ проводился методами термогравиметрии (ТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на приборе «DTG-60, Simultaneous DTA-TG apparatus» фирмы Shimadzu (Япония)». Термограммы получали при следующих условиях: атмосфера-аргон, диапазон температур 30-900 °С, скорость нагрева образца - 10 °С/мин, масса образца - 10 мг [6].
III. Полученные результаты и их обсуждение
Исходный PVIm синтезировали методом радикальной полимеризации l-N-винилимидазола в среде бензола в присутствии ДАК (1 масс.%) в инертной атмосфере (N2) при температуре 60оС в течение 24 часов. Полученный PVIm плохо растворяется в воде и других гидрофильных растворителях. Поэтому для повышения гидрофильности
РУ1ш его модифицировали гидробромидом 3-бромпропиламина.
Процесс модификации проводили в среде бензола и инертной атмоффере (N2) при температуре 60оС в течение 48 часов. Схематически процесс радикальной полимеризации и химической модификации можно представить следующим образом (рис. 1):
п
/ ДА
(50°
60oC,
C3H6NH5
Рисунок 1. Схема радикальной полимеризации 1-^винилимидазола и химической модификации PVim
гидробромидом 3-бромпропиламина
В отличие от исходного РУ1ш, его модифицированный продукт (PVIm-pro-NH2) хорошо растворяется в воде, что свидельствует о высокой гидрофильности полимерной цепи [7-8].
Производное PVIш(PVIш-pro-NH2) идентици-фировали методом Фурье-ИК-спектроскопии. Результаты исследования приведены на рис. 2.
Обнаружение в спектре PVIm-pro-NH2ПOлос поглощений в 3389,7см-1, 1710,8 см-1, 1566,7 см-1, 1159,24 см-1 и 1051,1 см-1 свидетельствуют об успешности протекания реакции химической модифицирования поли-винилимидазола с образованием гидрофильного производного под условным обозначением PVIш-pro-NH2.
<и =
X <и
3
о
п
L-
о
С
3500
2000 1500 -1
1000
3000 2500
Волновое число, см-Рисунок 2. Фурье-ИК-спектры PVIm и PVIm-pro-NH2.
Как известно, термогравиметрический анализ (ТГА) обычно выполняется путем измерения массы вещества, уменьшающейся с повышением температуры. По кривой ТГ можно сделать вывод, как изменяется масса образца. Дериватография основана
на сочетании термогравиметрии и дифференциального теплового анализа. Дериватография широко используется для изучения фазовых превращений, термического разложения, окисления, горения и других процессов. Дерватографические данные могут быть
использованы для определения параметров дегид- Результаты исследования термической устойчи-
ратации и диссоциации, изучения механизмов вости (ДТГ и ДСК анализа) представлены на рис. 3.
реакций [9-10].
Рисунок 3. КривыеТГиДСК анализа образцов PVIm и PVIm-Pro-NH2
Как видно из представленных на рис.3 кривых, при нагревании от 50 оС до 300 оС в течение 36 минут потеряно 19,73% образца PVim. Потеря массы 94,73% наблюдалась при нагреве образца от 300°С до 700°С.
При нагревании РУТт-Рго-МН до 85 °С содержащиеся в нем вода и влага, выделяются. PVIm-Pro-NH2 очень термически стабилен при температуре ниже 300 °С и разлагается на низкомолекулярные соединения (например, N^3) при температуре выше 600 °С Как видно из ТГ-кривой РУ1т-Рг°-МН2, потеря массы 74% наблюдалась в диапазоне 100-400°С, а потеря массы 88,11% наблюдалась в диапазоне 400-600°С.
Видно, что поглощение энергии в интервале температур 300 оС связано с дегидратацией и термической деформацией, а термо/термоокислительная деструкция происходит в интервале температур 333-600 оС. При термической деформации наблюдается потеря многослойной структуры или полимерных цепей РУ1т-Рго-МН2. Наблюдаемый экзотермический
эффект до 600 оС начал переходить в эндотермический эффект. Причину этого можно объяснить термическим разрушением и структурным искажением PVIm-Pr°-NH2 [11-12].
IV. Заключение
Таким образом, методом полимераналогичного превращения Р^т под воздействием гидробромида 3-бромопропиламина получено гидрофильное производное РУ1т. Методом Фурье-ИК-спектроскопии и сравнительным изучением термической устойчивости гидрофильного производного РУ1т охарактеризовано структурные особенности РУТт-Рга-М^. Показано, что РУТт-Рга-МН довольно стабилен при температурах ниже 300 °С. Основная потеря массы образца (88,11 %) приходится на диапазон температур 400-600°С.
Список литератур:
1. Zuhal Kugukyavuz, Savas Kugukyavuz, Nahid Abbasnejad. Electrically conductive polymers frompoly(N-vinylimidazole) // Polymer, 1996, Vol. 37, No. 15, p. 3215-3218.
2. Murat Ozyalgin, Zuhal Kugukyavuz. Synthesis, characterization and electrical properties of iodinated poly(N-vinyl imidazole) // Synthetic Metals, 1997, Vol. 87, p. 123-126.
3. Khaligh, N.G., Poly (N-vinyl imidazole) as a halogen-free and efficient catalyst for N-Boc protection of amines under solvent-free conditions // RSC advances, 2012, Vol. 2(32), p. 12364-12370.
4. S. Timea, et. al. Nanoconfined crosslinked poly(Ionic liquid)s with unprecedented selective swelling properties obtained by alkylation in nanophase-separated poly(1-vinylimidazole)-l-poly(tetrahydrofuran) conetworks // Polymers, 2020, Vol. 12, No. 10, p. 1 - 20.
5. Jessica C. Audifred-Aguilar, Victor H. Pino-Ramos, Emilio Bucio. Synthesis and characterization of hydrophilically modified Tecoflex® polyurethane catheters for drug delivery // Materials Today Communications, 2021, Vol. 26, p. 101894.
6. С.Р. Отаджонов, Н.Т. Каттаев, Х.И. Акбаров, А.Т. Мамадалимов. Синтез и электрохимические свойства электропроводящего полимера на основе поливинилимидазола // Узб. хим. журн. - 2023. - № 1. - С. 9-14.
7. Исследование сорбции паров воды и бензола производными поливинилимидазола // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Отаджонов С.Р. [и др.]. 2023. 9(111). URL: https://7universum.com/ru /nature/archive/item/15859
8. V.V. Apyari et al. Unusual application of common digital devices: Potentialities of Eye-One Pro mini-spectrophotometer - A monitor calibrator for registration of surface plasmon resonance bands of silver and gold nanoparticles in solid matrices // Sensors and Actuators B, 2013, Vol. 188, p. 1109- 1115.
9. S. Katsuhiko, et. al. Electrochemical Quantitative Evaluation of the Surface Charge of a Poly(1-Vinylimidazole) Multilayer Film and Application to Nanopore pH Sensor // Electroanalysis, 2021, vol. 33; No. 6, p. 1633 - 1638.
10. H. Pan, et al. Nitrogen-doped porous carbon with interconnected tubular structure for supercapacitors operating at sub-ambient temperatures // Chemical Engineering Journal, 2020, Vol. 401, p. 126083.
11. N. Alexandrina, T., Rodica. Poly(1-vinylimidazole) grafted on magnetic nanoparticles - attainment of novel nanostructures // Revue Roumaine de Chimie, 2020, vol. 65; No. 6, p. 611 - 616.
12. H., Zhou, et. al. Preparation and application of quinine-functionalized poly(1-vinylimidazole) -modified silica stationary phase in hydrophilic interaction chromatography // Chinese journal of chromatography, 2020, vol. 38; No. 4, p. 438 - 444.
