ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ И АЗОТСОДЕРЖАЩИХ АНТИСЕПТИКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ ТЕТРАСУЛЬФИДА НАТРИЯ

АННОТАЦИЯ

При производстве водорастворимого олигомера антипирен-антисептика РО-1, содержащего азот, серу, тетрасульфид натрия: окись цинка: аммофос: уротропин в соотношении 0,5:0,25:1:0,25, выход реакции составляет 86%, а количество уротропина увеличивается, показано, что растворимость вещества в воде снижается.

ABSTRACT

In the production of a water-soluble oligomer of flame retardant-antiseptic RO-1 containing nitrogen, sulfur, sodium tetrasulfide: zinc oxide: ammophos: urotropine in a ratio of 0.5: 0.25: 1: 0.25, the reaction yield is 86%, and the amount of urotropine increases, it is shown that the solubility of the substance in water decreases.

Ключевые слова: сера, тетрасульфид натрия, древесные материалы, сульфат аммония, меламин, уротропин, аммофос, оксид цинка, растворимость.

Keywords: Sulfur, sodium tetrasulfide, wood materials, ammonium sulfate, melamine, urotropine, ammophos, zinc oxide, solubility.

Процессы взаимодействия серы с органическими вяжущими могут протекать по ионному и радикальному механизмам в результате разложения серы при высоких температурах. В первом случае, когда кольцо разомкнется, на атоме серы могут остаться электронные пары, и в результате на другом конце образовавшейся цепи образуется недостаток электронов. Во втором случае, каждый атом серы может присоединять один электрон [1].

В результате серосодержащих реакций происходит уменьшение количества органических смол и увеличение дисперсной фазы высокомолекулярных соединений, важно повысить роль стенок коагуляции в формировании свойств нефти. В результате взаимодействия серы с нефтью получается сероводород, а затем образуются различные серосодержащие органические соединения (в первую очередь меркаптаны, с последующим их разложением и превращением в сульфиды) [2, с. 7].

Элементарная сера реагирует с органическими соединениями с образованием различных элементарных органических соединений [3, с. 157]. В ряде литературы приводятся реакции с органическими веществами в присутствии серы, которые могут образовывать серосодержащие органические соединения, формируя активный реакционный процесс в нескольких направлениях одновременно [4, с. 10].

Сегодня возрастает спрос на современные строительные материалы на основе древесины и поиск эффективных средств ее защиты от избыточной влаги относится к основным факторам, определяющим долговечность деревянных конструкций. Композиционные соединения на основе серы относятся к особым видам строительных материалов, в производстве которых сырьем является сера техническая (деревянные строительные материалы, обработанные композитами на основе серы, устойчивы к внешним воздействиям, химическим веществам, и эти материалы могут использоваться в качестве биозащитных добавок против термитов).

Исходя из этих вопросов, новые органические соединения и композиты на основе серы, которые мы предлагаем в качестве защитных добавок для деревянных строительных материалов, получены из местного и вторичного сырья и обладают экологической и экономической эффективностью.

S-электронные сульфиды соединений серы имеют смешанные ионно-ковалентные химические связи: они образуют ковалентные связи между атомами серы и ионные связи между металлом и атомами серы. По мере снижения потенциала ионизации этих металлов увеличивается способность атомов серы образовывать друг с другом ковалентно связанные группы. В результате повышается способность металлов образовывать большое количество полисульфидных фаз.

Так, натрий (потенциал ионизации I1 = 5,14 эВ) образует следующие сульфиды: Nа₂S, Nа₄S₂, Nа₂S₂, Nа₄S₅, Nа₂S₃, Nа₄S₇, Nа₂S₄, Nа₄S₉, Nа₂S₅; другие вещества этого типа обладают относительно высоким потенциалом ионизации.

Исходя из приведенных выше сведений, для синтеза органических соединений, содержащих азот и серу на основе тетрасульфида натрия, в первый химический стакан вместимостью 250 мл помещают 100 мл насыщенного раствора гидроксида натрия и повышают температуру до 90-95°С и медленно перемешивают в течение 30 минут 20 г молотой серы. Затем реакцию продолжают в течение 1 часа и полученный раствор фильтруют. Итак, для получения органических соединений на основе азота и серы мы синтезировали первый тетрасульфид натрия всего за 1,5 часа.

Сложность этих процессов зависит от концентрации и соотношения веществ в химической реакции, а также от природы катионов. Реакционные процессы серы с гидроксидами кальция и натрия представлены в реакциях на овцах.

В нашей второй реакции 25 г раствора аммофоса в воде, 5 г оксида цинка помещали в химический стакан на 250 мл и перемешивали в течение 1 часа при температуре 90-100°С до получения однородной дисперсии. К полученной массе при постоянном перемешивании медленно добавляли 2 г уротропина, затем 10 г тетрасульфида натрия. Смесь перемешивали в течение 2 часов, пока рН смеси не стал 7,5-8.

Полученные олигомеры имеют следующую общую формулу.

Данные по выходу продукта на рис. 1 показывают, что зависимость от времени и температуры колеблется от 60% до 86% в зависимости от соотношения используемых исходных материалов.

Рисунок 1. Зависимость от времени выхода синтеза органических соединений, содержащих азот и серу, на основе тетрасульфида натрия

В ходе реакции анализировали в основном три различных соотношения: тетрасульфид натрия: оксид цинка: аммофос: уротропин 1). 0,5:0,25:1:0,25 (выход реакции 86%), 2). 1:0,25:0,5:0,25 (выход реакции 74%), 3). 1:0,5:1:0,25 (выход реакции 60%). Анализируя рисунок 1, мы можем наблюдать эффективный для нас процесс реакции, когда реакцию проводят в пропорциях 0,5:0,25:1:0,25 и в разное время приводит к реакции, поэтому можно наблюдать, что выход реакции выше, чем другие соотношения. Причина, по которой количество уротропина оставалось неизменным во время процесса реакции, была обнаружена в ходе нескольких реакционных процессов: увеличение количества уротропина снижало растворимость продукта в воде. Нашей целью является получение растворимых в воде азот- и серосодержащих органических соединений.

На рис. 2 показана температурная зависимость этих реакционных процессов, и среди всех соотношений была достигнута наибольшая эффективность.

Исследованы продукты реакции соотношения 0,5:0,25:1:0,25 при различных температурах. Наилучшие результаты получены при 90-100°С, так как эти реакционные процессы в основном осуществляются в водных растворах.

Рисунок 2. Температурная зависимость выхода синтеза органических соединений, содержащих азот и серу, на основе тетрасульфида натрия

В табл. 1 приведены физико-химические свойства синтезированных органических соединений на основе тетрасульфида натрия, содержащих серу и азот, а также изучены данные по выходу %, агрегатному состоянию, среде и плотности г/см³ вещества, полученного в различных соотношениях.

Таблица 1.

Органические соединения, содержащие азот и серу физико-химические свойства (композит на основе марки РО-1)

Антисептики на основе синтезированных серо- и азотсодержащих органических соединений ИК-спектроскопические исследования проводились на инфракрасном спектрометре SHIMADZU Fure (диапазон 4000-400 см^-1, размеры 4 см^-1) порошковым методом. В полученных анализах ИК-спектроскопии - присутствуют существующие длины волн в области 2880 см^-1, подтверждающие -CH¯группу, и линии поглощения в области 1630 см^-1. Первичная группа (- CONHR) в диапазоне ИК-спектроскопии 3329 см^-1 регистрирует наличие линий поглощения.

Линия поглощения связи между фосфором, кислородом и углеродом можно увидеть через линии поглощения на слабом изображении в диапазоне 1105,21 см^-1. В ИК-спектроскопии линии поглощения в диапазоне 657-995 см^-1 образованы оксидами металлов и связями на основе серы.

Таблица 2.

Растворимость синтезированных серо- и азотсодержащих органических соединений

Примечание: 1. + + - Растворимое вещество; 2. − − - Нерастворимое вещество; 3.+ − - труднорастворимое вещество.

По результатам экспериментальной проверки установлено, что полученное вещество отличается хорошей растворимостью в воде. Благодаря хорошей растворимости этого вещества в воде (табл. 2) мы можем использовать его как средство биологической защиты (против термитов, бактерий и других ферментов), поэтому оно может быть экономически эффективным антисептиком.

Список литературы:

1. Осипов А.В., Будник В.А., Зольников В.В. Взаимодействие серы с органическим сырьём // Нефтегазовое дело, 2010. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://www.simas.ru/netcat_files/File/50_let_RGU_Gubkina.pdf&ved=2ahUKEwjnm_6twJL6AhUFKhoKHQg-BfEQFnoECB4QAQ&usg=AOvVaw1fGHO1aPSqSgwn1pHK9TCw (дата образения : 02.09.2022).
2. Волгушев А. Н. Применение серы в строительстве / А.Н. Волгушев // Аналитический портал химической промышленности Newchemistry.ru. – Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=4348. (дата доступа: 02.06.2022).
3. Корнеева Л. А. Синтез олигоариленсульфидов реакцией двухъядерных ароматических углеводородов с элементной серой: дис. ... канд. хим. наук.  Москва. 2019.
4. Неделькин В.И., Зачернюк Б.А., Андрианова О.Б. Органические полимеры на основе элементной серы и ее простейших соединений // Российский Химический Журнал. - 2005. - Т.49. - №6. - С. 3-10.