Научная статья на тему 'Влияние условий сополимеризации на архитектонику сополимеров акрилонитрила и метакриловой кислоты'

Влияние условий сополимеризации на архитектонику сополимеров акрилонитрила и метакриловой кислоты Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
183
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОПОЛИМЕР / АКРИЛОНИТРИЛ / МЕТАКРИЛОВАЯ КИСЛОТА

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Тимошенко Н. В., Дятлов В. А.

Синтезированы сополимеры акрилонитрила и метакриловой кислоты способами радикальной осадительной сополимеризациии в водной среде и окислительновосстановительной сополимеризацией в двухфазной системе «водный раствор декстрана/водный раствор полиакриламида». С использованием методов ЯМР 13С и Фурье ИК-спектроскопии исследованы состав и микроблочность сополимеров акрилонитрила и метакриловой кислоты. Использование в качестве реакционной среды двухфазной системы позволяет получать полностью статистический легко имидизуемый сополимер

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Влияние условий сополимеризации на архитектонику сополимеров акрилонитрила и метакриловой кислоты»

УДК 541.64:547.39

Н.В. Тимошенко, В.А. Дятлов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СОИОЛИМЕРИЗАЦИИ НА

АРХИТЕКТОНИКУ СОИОЛИМЕРОВ АКРИЛОНИТРИЛА И МЕТАКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

Синтезированы сополимеры акрилонитрила и метакриловой кислоты способами радикальной осадительной сополимеризациии в водной среде и окислительно-восстановительной сополимеризацией в двухфазной системе «водный раствор декстрана/водный раствор полиакриламида». С использованием методов ЯМР 13С и Фурье ИК-спектроскопии исследованы состав и микроблочность сополимеров акрилонитрила и метакриловой кислоты. Использование в качестве реакционной среды двухфазной системы позволяет получать полностью статистический легко имидизуемый сополимер.

Acrylonitrile/methacrylic acid copolymers were prepared by methods: radical precipitation copolymerization in water solution andredox copolymerization intwo-phase system «water solution of dextran/water solution of polyacrylamide». It has been studied by NMR 13C and FTIR the composition and microstructure of acrylonitrile and methacrylic acid copolymers. Two-phase system allows to obtain complete statistical andfavorable for imidizationacrylonitrile and methacrylic acid copolymers.

Сополимеры акрилонитрила и метакриловой кислоты применяются при получении полиметакрилимидных пеноматериалов. Пены, выпускаемые под маркой ROHACELL компанией EVONIK, являются одним из наиболее высококачественных материалов с повышенной механической прочностью и способны длительно нести статическую нагрузку[1-2]. Свойства полиметакрилимидных пенопластов объясняются наличием в их структуре жестких имидных циклов. В свою очередь, их образование при вспенивании пенообразующей заготовки зависит от архитектоники исходных сополимеров.

В данной работе исследованы состав и микроблочность сополимеров акрилонитрила с метакриловой кислотой вплоть до высоких степеней конверсии сомономеров.

Сополимеризацию АН и МАК осуществляли в воде [3] ив двухфазной системе «водный раствор декстрана/водный раствор полиакриламида» с использованием в качестве инициатора 2 масс.% персульфата аммония и О-В системы персульфат аммония -тетраметилэтилендиаминсоответственно. В водной среде процесс проводили при 70°С при интенсивном перемешивании, соотношении мономеров близкому к эвимольному и их суммарной концентрации 15%. Процесс в двухфазной водной системе вели в аналогичных условиях при комнатной температуре.

При сополимеризации в воде процесс начинается в растворе, однако при конверсии выше 50% наблюдается постепенное помутнение раствора и появляются частицы набухшего в воде сополимера. После 70%-ной конверсии, происходит их агломерация с образованием блока сополимера

(фракция 1). Выход первой фракции сополимера повышается с 17 до 85% от общего при увеличении продолжительности процесса от 0,5 до 10 часов.Одновременно наблюдается выпадение из раствора порошкообразного сополимера, не смешивающегося с основной фракцией. Выход второй фракции колеблется в пределах 5-15% от общего.По данным ИК-спектроскопии во второй фракции ненабухающего в воде порошкообразного сополимера мольное соотношение звеньев АН:МАК=1,0:0,3.

Анализ строения макромолекул сополимеров, образующихся при разной степени конверсии сомономеров, проводили на основе данных ЯМР С спектроскопии (табл.1).В спектрах (рис.1) имеются хорошо разрешенные характерные сигналы углеродных атомов нитрильных групп в области 5с =120,0-123,9 м.д. и карбоксильных групп в области 5С=176,0-180,0 м.д. При конверсии от 17 до 62% образующийся сополимер является преимущественно статистическим. Сигнал углерода нитрильной группы не содержит характерных триплетов при5с=120 м.д., относящихся к углеродам нитрильных групп блоков гомополимера акрилонитрила. Содержание конкретных последовательностей звеньев в сополимере: кислота-нитрил-кислота (КНК), кислота-нитрил-нитрил (КНН) и нитрил-нитрил-нитрил (ННН) указано в табл. 1.

Мультиплетность сигналов углеродов карбоксильных групп также соответствует статистическому характеру сополимера. Наиболее интенсивный сигнал 5с=177,3-177,5 м.д. характеризует последовательности звеньев кислота-кислота-нитрил (ККН), а слабый сигнал 176 м.д. последовательности нитрил-кислота-нитрил (НКН).

Интенсивный сигнал при 5с=178,6-179,5 м.д. принадлежи карбонилу триады ККК и более длинным последовательностям из звеньев кислоты К*. Сигнал при 5с=179,5 представляет собой суперпозицию сигналов карбоксильной группы не связанной водородной связью и карбонильной группы углеродного атома имидного фрагментаС(0)КИС(0). Сополимер от 17 до 62%-ной конверсии содержит от 14 до 7 мол. % имидных циклов соответственно.

При конверсии более 70% состав сополимера постепенно выравнивается и приближается к составу исходной мономерной смеси. В структуре сополимера появляются протяженные блоки из звеньев акрилонитрила, количество которых в условиях процесса трудно регулировать. В ЯМР 13С - спектре появляетсяхарактерный сигнал в виде триплета5с=120 м.д., относящийся к углероду нитрильной группы гомополимера акрилонитрила. При высоких конверсиях содержание блоков гомополимера Н* в сополимере составляет около 15 мол %.Сигналы атомов углерода в области карбоксильных групп в спектре сополимера с конверсией 85% мало отличаются от сигналов в спектре сополимера с конверсией 17%.Содержание имидных циклов в сополимере, полученном при 85%-ой конверсии, составляет 4 мол. %.

Табл. 1. Отнесение сигналов атомов углерода в ЯМР С -спектре сополимеров, полученных осадительной сополимеризацией в воде (фракция 1) и в двухфазной

водной системе*

группа Последовательности звеньев** 5 С, м.д. Содерж. последов.звеньев в сополимере, мол.%

Сополимер (выход 17%) АН:МАК=1:2.0

СК КНК 123,3-123,9 7

КНН 122,3 8

ННН 121,9 14

СО ККН 177,8 35

ККК 178,8-179,5 8

НКН 176,3 14

С(0)]]НС(0) 179,9 14

Сополимер (выход 62%) АН:МАК=1:1.8

СК КНК 123,3 8

КНН 122,7 5

ННН 120,6-121,7 17

СО ККН 177,3-177,5 38

ККК 178,8-179,5 13

НКН 176,0 12

С(0)]]НС(0) 179,5 7

Сополимер (выход 85%) АН:МАК=1:0.8

СК КНК 123,7 8

КНН 122,5 9

ННН 121,7 21

Н* 119,6-120,2 15

СО ККН 177,2-177,5 23

ККК 178,6-179,4 13

НКН 176,0 7

С(0)]]НС(0) 179,4 4

Сополимер* (выход 60%) АН:МАК=1:1.2

СК КНК 123,8 9

КНН 122,6 24

ННН 121,0-121,8 13

СО ККН 178,0 22

НКН 176,8 32

ккн

ннн

ннн

кнн

182 180 178 176 174

ккн

ккк

кн>Мл/

_|_I_I_I_I_I_|_

124 122 120

_I_I_I_I_I_I_I_I_I_

182 180 178 176 174

124 122 120 118

нкн

О

ккн

кнн

ннн

кнк

180 178 176

126 124 122 120

Рис. 1. Область сигналов атомов углерода карбоксильной (1,3,5,7) и нитрильной групп

(2,4,6,8) в ЯМР 13С-спектрах. 1-6-первая фракция сополимеров АИ и МАк при конверсии 17 (1,2), 62 (3,4) и 85 %(5,6), полученных осадительной сополимеризацией в воде, 7-8-сополимеры Ан и МАк, полученные в двухфазной водной системе при

конверсии 60%

Сополимеризация в двухфазной водной системе «водный раствор декстрана/водный раствор полиакриламида» позволяет предотвратить агломерацию частиц выпадающего сополимера АН-МАК. Структура сополимера АН-МАК заметно отличается от сополимеров, полученных в воде. Как видно из ЯМР13С - спектра (рис.1), отсутствуют сигналы, принадлежащие карбонилам триад ККК и К*, а так же сигнал карбонилов имидного фрагментаС(0)КИС(0). В области сигналов нитрильных групп присутствуют последовательности КНК, КНН и ННН, блоков гомополимера акрилонитрила Н* не обнаружено.

Таким образом, синтезированы сополимеры акрилонитрила и метакриловой кислоты различной архитектоники. Сополимер, полученный в двухфазной водной системе, является наиболее подходящим для последующих процессов имидизации.

Библиографические ссылки

1. Пат. US 4576971, Flame-retarded polyacrylamide or polymetacrylimide synthetic resinfoam, E. Braumgartner, S. Besecke, W. Gaenzler, 1986.

2. Tie-Min Liu, Guang-Cheng Zhang, Guo-Zheng Liang, Ting Chen, Cui Zhang./In situ cyclization reactions during the preparation of high-performance methacrylic acid/acrylonitrile/acrilamide ternary copolymer foam.// Journal of Applied Polymer Science, 2007, Vol. 106, 1462-1469.

3. Тимошенко Н.В., Дятлов В.А. / Строение макромолекул сополимеров акрилонитрилаиметакриловой кислоты. // Менделеев-2012. Органическая химия. Шестая Всероссийская конференция молодых учёных, аспирантов и студентов с международным участием. Тезисы докладов. - СПб. : Издательство, 2012, 540 с.

УДК 542.06:547(16+547.587.1)

А.С. Тупиков, Е.М. Чистяков, В.В. Киреев

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Москва, Россия

СИНТЕЗ р-ДИКЕТОНА НА ОСНОВЕ ГЕКСА-ПАРА-МЕТИЛКАРБОКСИФЕНОКСИЦИКЛОТРИФОСФАЗЕНА

На основе гексахлорциклотрифосфазена и метилпарабена синтезирован гекса-пара-метилкарбоксифеноксициклотрифосфазен обработкой которого ацетоном в присутствии амида натрия получен соответствующий Р-дикетон.

On the basis of hexachlorociclotriphosphazene and methylparaben synthesized hexa-p-methylcarboxyphenoxyciclotriphosphazene treatment which acetone in the presence of sodium amide was obtained the corresponding Р-diketone.

Благодаря бурному развитию инновационных технологий в нашей стране и мире большое количество работ посвящено изучению металлокомплексных соединений ввиду их перспективного использования в

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.