CC BY
34
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 66.095.26-922
А. А. Ахметова, И. И. Гарифуллин, А. Н. Федорчук, Р. Р. Спиридонова
ВЛИЯНИЕ ДИОКСИДА ТИТАНА НА СОПОЛИМЕРИЗАЦИЮ е-капролактама
С ю-ДОДЕКАЛАКТАМОМ
Ключевые слова: е-капролактам, ю-додекалактам, диоксид титана, анионная сополимеризация.
В статье представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию диоксида титана на сополимеризацию е-капролактама с ю-додекалактамом.
Keywords: е-caprolactam, ю-dodecalactam, titanium dioxide, anionic copolymerization.
In this article are brought the results of exper copolymerization of е-caprolactam with ю-dodekalactam.
Введение
Поликапроамид (ПКА) совмещает в себе высокие эксплуатационные и прочностные свойства, отличается высокой износостойкостью, устойчивостью формы при повышенных температурах, долговечен при механической нагрузке. Но также имеет некоторый ряд недостатков: низкие значения термической стабильности и эластичности [1].
Изменить данные характеристики ПКА возможно проведением сополимеризации е-капролактама (е-КЛ) с другими лактамами, в частности с ю-додекалактамом (ю-ДЛМ) [2,3,4]. В тоже время, полученным сополимерам присущ в рамках одного образца большой разброс теплофизических и физико-механических свойств из-за неоднородности надмолекулярной структуры.
Повысить однородность надмолекулярной структуры полимера можно, используя гетерогенные зародыше-образователи, которые должны представлять собой мелкодисперсные соединения. В качестве таких добавок интерес представляет порошок диоксида титана (ДТ). Ранее в работах авторов было исследовано, что ДТ в сочетании с активатором Bruggolen С 20 Р значительно ускоряет анионную полимеризацию е-КЛ [5]. Однако работ по влиянию ДТ на сополимеризацию лактамов проведено не было.
Поэтому целью данной работы являлось проанализировать влияние ДТ на сополимеризацию е-КЛ с ю-ДЛМ.
Экспериментальная часть
Анионная сополимеризация е-КЛ с ю-ДЛМ проводилась в лабораторных условиях по методике
[3].
В качестве активатора использовался промышленный активатор Bruggolen С 20 Р. Катализатором служила натриевая соль (Na-КЛ), синтезированная по методике [6].
В качестве добавки использовался высокочистый ДТ белого цвета в анатазной форме в концентрации 10-4 мол.%. Средний размер частиц менее 100 нм.
l studies on the effect of titanium dioxide on the
Методом гравиметрического анализа определяли выход полимера и строили кинетические кривые [3].
Результаты и их обсуждение
Изучение влияния времени полимеризации на выход сополимера показало, что скорость полимеризации чистого ю-ДЛМ существенно выше, чем у е-КЛ. При этом, скорость сополимеризации увеличивается с увеличением содержания ю-ДЛМ (рис. 1).
0 3 6 9 12 15
Время полимеризации, мин
Рис. 1 - Зависимость выхода сополимера £-КЛ/ю-ДЛМ от времени полимеризации при различном мольном соотношении: 1 - 100/0; 2 - 0/100; 3 -25/75; 4 - 50/50; 5 - 75/25
Ранее было показано, что наибольшая скорость реакции характерна для образцов ПКА, содержащих ДТ в концентрации 10-4 мол.%, при этом большей активностью обладает анатазная форма ДТ [7]. Сополимеризация е-КЛ с ю-ДЛМ в присутствии ДТ анатазной формы в концентрации 10-4 мол.% показала, что данное соединение ускоряет реакцию (рис. 2). Введение ДТ в исходные мономеры приводит к тому, что в начальный период времени полимеризация затормаживается. Что наблюдается в виде плато для е-КЛ до 10 минут, до 3 минут для ю-ДЛМ (рис. 2).
О 3 6 9 12 15
Время полимеризации, мин
Рис. 2 - Зависимость выхода сополимера е-КЛ/ю-ДЛМ от времени полимеризации при различном мольном соотношении с добавлением диоксида титана анатазной формы (10-4 мол.%): 1 - 100/0; 2 - 0/100; 3 - 25/75; 4 - 50/50; 5 - 75/25
Введение ДТ ускоряет полимеризацию е-КЛ в большей степени, чем полимеризацию ю-ДЛМ. Поэтому и сополимеризация е-КЛ/ю-ДЛМ в соотношении 75/25 (мол.%) с ДТ ускоряется в большей степени. Для всех остальных соотношений ДТ существенного влияния на скорость реакции не оказывает.
Выход полимеров через 2,5 часа для всех образцов был не менее 98%, что и характерно для полиамидов (табл. 1).
Таблица 1 - Выход полимеров е-КЛ, ю-ДЛМ и сополимеров е-КЛ/ю-ДЛМ в различном мольном соотношении
Образец Выход, %
е-КЛ без добавок 99,1
с диоксидом титана 98,5
ю-ДЛМ без добавок 99,3
с диоксидом титана 98,9
25/75 без добавок 99,9
с диоксидом титана 99,2
50/50 без добавок 98,9
с диоксидом титана 98,8
75/25 без добавок 98,7
с диоксидом титана 98,8
ДТ большее влияние оказывает на активизацию полимеризации е-КЛ, поэтому выход сополимера
полученного при соотношении е-КЛ/ю-ДЛМ 75/25 (мол.%) больше, чем выход сополимера не содержащего ДТ.
Вывод
Введение ДТ концентрации 10-4 мол.% в реакционную систему при сополимеризации е-КЛ с ю-ДЛМ в начальный момент времени затормаживает полимеризацию мономеров с последующим ее ускорением. Чем больше в составе сополимера ю-ДЛМ, тем меньше его скорость сополимеризации.
Литература
1. Л. А. Вольф, Б. Ш. Хайтин, Производство поликапроамида, М.: Химия, 1977. - 2207 с.
2. А.В. Иванова, Р.Р. Спиридонова, Р.Ф. Бахтияров, М.Ш. Бикчентаев, С.С. Галибеев, А.М. Кочнев, Свойства сополиамидоэфиров, полученных анионной сополимеризацией ю-додекалактама, е-капролактама и е-капролактона, Журнал прикладной химии, 82, 4, 644648 (2009)
3. А.В. Иванова, Дис. канд. хим. наук, Синтез и свойства сополиамидоэфиров на основе ю-додекалактама, е-капролактама и лактонов различного строения, Казань, 2009. 160 с.
4. Т.М. Фрунзе, В.А. Котельников, М.П. Иванов, Т.В. Волкова, В.В. Курашев, С.П. Давтян, Кинетические особенности анионной сополимеризации е-капролактама с ю-додекалактамом, ВМС, 23, 12, 20752680 (1981)
5. М.О. Федорова, А.Г. Салахова, А.Н. Федорчук, А.Н. Косолапов, Р.Р. Спиридонова, Синтез и свойства поликапроамида, полученного с использованием структурирующих добавок, Материалы Всероссийской научной Интернет-конференции с международным участием «Полимеры в науке и технике». 2014. С. 6869.
6. А.В. Иванова, С.С. Галибеев, Р.Р. Спиридонова, Р.Ф. Бахтияров, А.М. Гафаров, А.М. Кочнев, Роль природы щелочного металла в процессе анионной сополимеризации ю-додекалактама и е-капролактона, Вестник Казан. технол. ун-та., №5, 56-60 (2007)
7. А.Г. Салахова, М.О. Федорова, А.Н. Федорчук, А.Н. Косолапов, Р.Р. Спиридонова, Влияние диоксида титана на синтез и свойства поликапроамида, Десятая международная Санкт-Петербургская конференция «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2014)
© А. А. Ахметова - студент каф. ТСК КНИТУ, aliya-akhmetova@mail.ru; И. И. Гарифуллин - студент каф. ТСК КНИТУ, ilnar.garifullin@mail.ru; А. Н. Федорчук - аспирант каф. ТСК КНИТУ, f.n.anna@mail.ru; Р. Р. Спиридонова - канд. хим. наук, доцент каф. ТСК КНИТУ, regina.spiridonova@bk.ru.
© A. A. Ahmetova - student of TSC, KNRTU, aliya-akhmetova@mail.ru; I I. Garifullin - student of TSC, KNRTU, ilnar.garifullin@mail.ru; A. N. Fedorchuk - graduate student of TSC, KNRTU, f.n.anna@mail.ru; R. R. Spiridonova - PhD in Chemistry, associate professor of TSC, KNRTU, regina.spiridonova@bk.ru.
