CC BY
23
УДК 541.536:
Журавлева К.А., Кондакова Н.Н., Козлов А.А.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ПРОИЗВОДНЫХ ФЕРРОЦЕНА С ЭПОКСИУРЕТАНОВЫМИ КАУЧУКАМИ
Журавлева Кристина Алексеевна, студентка 5 курса инженерного химико-технологического факультета;
Кондакова Наталья Николаевна, вед. инженер кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений
инженерного химико-технологического факультета; e-mail: nkondakova@muctr.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20, корп. 1
Козлов Андрей Александрович, начальник лаборатории 143;
Федеральный центр двойных технологий «Союз»
140090, Дзержинск, Московская область, ул. Академика Жукова, 42, Россия
Исследована термодинамическая совместимость производных ферроцена различного химического строения с эпоксиуретановыми полимерами ПДИ-3А и ППГ-3А. Установлено, что все ферроценовые пластификаторы неограниченно совместимы с ПДИ-3А, в то время как с ППГ-3А неограниченно совместим только ДАФ-2.
Ключевые слова: термодинамическая совместимость, производные ферроцена , полимеры.
THERMODYNAMIC COMPATIBILITY OF FERROСEN DERIVATIVES WITH EPOXYRETHANE RUBBER
Zhuravleva K.A., Kondakova N.N., Kozlov A.A.*
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow. Russia FCDT "Souz", Moscow region, Dzerzhinck, st. Akademik Zhukov, 42, Russia
The thermodynamic compatibility of ferrocene derivatives of various chemical structures with epoxyurethane polymers PDI-3A and PPG-3A was investigated. It has been established that all ferrocene plasticizers are unlimitedly compatible with PDI-3A, while only DAF-2 is unlimitedly compatible with PPG -3A.
Key words: thermodynamic compatibility, ferrocene derivatives, polymers.
Производные ферроцена используются в составах энергонасыщенных материалов в качестве катализаторов горения. В то же время, благодаря своим физико-химическим свойствам [1], они могут быть хорошими пластификаторами для полимеров, входящих в состав энергонасыщенных материалов
В настоящей работе диффузионным интерференционным микрометодом [2] была исследована термодинамическая совместимость ферроценосодержащих катализаторов с
эпоксиуретановыми полимерами. Объектами исследования были выбраны: 1,1'-
бис(триметилсилил)ферроцен (ТМСФ),
диэтилферроцен (ДАФ-2), 1,1'-
бис(диметилсилил)ферроцен (ГСФ-олиго),
сополимер бутадиена с изопреном с концевыми глицидилуретановыми группами (ПДИ-3А марка Б) и сополимер полипропилена с концевыми глицидилуретановыми группами (ППГ-3А). Исследования проводились при комнатной температуре.
На рисунках 1 и 2 представлены интерферограммы зон взаимодиффузии и, рассчитанные на их основе, профили распределения концентрации
пластификатора по длине зоны взаимодиффузии для систем ПДИ-3А - ТМСФ и ПДИ-3А - ДАФ-2.
Таблица 1. Характеристики производных ферроцена
Наименование соединения Формула Массовая доля железа, %
Диэтилферроцен (ДАФ-2) C2H5- 23,0
Олигомерный ГСФ (ГСФ-олиго) Смесь моно- и ди-ГСФ 23,0
1,1'-бис-(триметилсилил)-ферроцен (ТМСФ) И 17,57
0 100 200 300 400 500 600 700 800 Ддина зоны взаимодиффузии, мкм
а)
б)
Рисунок 1. Интерферограмма зоны взаимомодиффузии (а) и распределение концентрации (б) в зоне взаимодиффузии
ПДИ-3А с ТМСФ. Температура 18оС. Время диффузии
2 4 6 8 10 12
Длина зоны взаимэдиффуши, мкм
а)
б)
Рисунок 2. Интерферограмма зоны взаимомодиффузии (а) и распределение концентрации (б) в зоне взаимодиффузии
ПДИ-3А с ДАФ-2. Температура 20оС. Время диффузии 24 мин.
Интеференционные полосы на рисунках 1а и 2а плавно переходят из зоны полимера в зону пластификатора. Это означает, что компоненты этих систем полностью совместимы при комнатной температуре. Аналогичный вид имеют интерферограммы систем: ПДИ-3А - олиго-ГСФ и ППГ-3А - ДАФ-2. Объемная доля пластификатора при этом изменяется от 0 в зоне полимера до 1 в зоне пластификатора. Это позволяет сделать вывод, что производные ферроцена ДАФ-2, ТМСФ и олиго-ГСФ неограниченно совместимы с полимером ПДИ-3А при комнатной температуре. ДАФ-2 неограниченно совместим и с полимером ППГ-3А. Следует отметить, что повышенная вязкость олиго-ГСФ существенно снижается скорость диффузии. Так, при взаимодействии полимера ПДИ-3А с ДАФ-2 время, необходимое для получения
интерферограммы с различимыми полосами, составляет 24 минуты, а при взаимодействии этого полимера с олиго-ГСФ время диффузии составило 284 минуты.
На рисунке 3 представлены интерферограмма зоны взаимодиффузии и профиль распределения концентрации пластификатора для полимера ППГ-3А и ТМСФ. На рисунке 3 а зона взаимодиффузии отделена от зоны пластификатора границей, на которой происходит разрыв интерференционных полос, что является характерным для ограниченно совместимой системы. Концентрация
пластификатора на фазовой границе соответствует максимально возможному при данной температуре значению. По расчету было определено, что при 20оС предел совместимости ППГ-3А с пластификатором ТМСФ не более 33 об.%.
а)
б)
Рисунок 3. Интерферограмма зоны взаимомодиффузии (а) и распределение концентрации (б) в зоне взаимодиффузии
ППГ-3А с ТМСФ. Температура 20оС.
14
Аналогичный вид имеет интерферограмма зоны взаимодиффузии пластификатора олиго-ГСФ с эластомером ППГ-3А. Для этой системы предел совместимости при температуре 20оС составил 47 об.%.
Полученные данные согласуются с результатами, приведенными в работах [1, 3] для моно-ГСФ.
Таким образом, можно сделать вывод, что производные ферроцена ДАФ-2, ТМСФ и олиго-ГСФ неограниченно совместимы при комнатной температуре (18-20оС) с эпоксиуретановым эластомером ПДИ-3А. В тех же условиях с более полярным эластомером ППГ-3А полностью совместим только ДАФ-2. Предел совместимости ТМСФ и олиго-ГСФ с ППГ-3А составляет 33 об.% и 47об. % соответственно.
Список литературы
1. Воронина Ю.К., Домбров В.А., Кондакова Н.Н., Лотменцев Ю.М. Термодинамическая совместимость каучуков различной полярности с 1,1-бис(диметилсилил)ферроценом // Успехи в химии и хим. технологии: Сб. науч. тр. /РХТУ им. Д.И. Менделеева. - 2014. - Т. XXVIII. - Вып. №2. - С. 61 - 64
2. Лотменцев Ю.М. Термодинамическая устойчивость пластифицированных полимеров: учеб. пособие/ Ю.М. Лотменцев, Н.Н. Кондакова. -РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2017. - 60с.
3. Кондакова Н.Н., Лотменцев Ю.М., Лыков Н.А. Физико-химические свойства ферроценсодержащих пластификаторов - катализаторов // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. - Т. 29. - Вып. №8 (167). - С. 45 - 47.
