Синтез и исследование олигомера на основе диметилолмочевины и ортофосфорной кислоты

Synthesis and research of oligomer based on dimethylolurea and orthophosphoric acid
Цитировать:
Синтез и исследование олигомера на основе диметилолмочевины и ортофосфорной кислоты // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Нуралиев Г.Т. [и др.]. 2020. 11(77). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10856 (дата обращения: 15.08.2022).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрен синтез олигомера на основе диметилолмочевины и фосфорной кислоты, также изучены состав и структура синтезированного азот- и фосфорсодержащего олигомера с помощью ИК-спектроскопического анализа, который определил химические связи и функциональные группы.

ABSTRACT

The article discusses the synthesis of an oligomer based on dimethylolurea and phosphoric acid, and also studied the composition and structure of the synthesized nitrogen and phosphorus-containing oligomer using IR spectroscopic analysis, which identified chemical bonds and functional groups.

 

Ключевые слова: диметилолмочевина, ортофосфорная кислота, олигомер, ИК-спектроскопия, элементный анализ, структура.

Keywords: dimethylol urea, phosphoric acid, oligomer, IR spectroscopy, elemental analysis, structure.

 

Введение. Основные направления в развитии технологии антикоррозионных покрытий и огнестойких материалов направлены на получение полифункциональных полимеров, содержащих азот и фосфор для повышения эффективности строительных и промышленных композитов. Данная работа посвящена получению азот- и фосфорсодержащих олигомеров, обладающих свойствами эффективных ингибиторов коррозии и антипиренов. Поэтому получение новых олигомерных материалов, обладающих высокой термостойкостью и огнезащитной эффективностью, антикоррозионной активностью, стабилизацией полимеров, экологически безопасных и экономичных на сегодняшний день, является актуальной задачей.

В работах [5; 1] получены и предложены в качестве полифункциональных N-, S-, P-содержащих ингибиторов олигомерные антиоксиданты и ингибиторы коррозии, на основе которых было синтезировано более десяти новых продуктов: олигомерные производные госсипола, полиметилен (тио)амидофосфаты, олигомеры на основе эпихлоргидрина с ди(тио)амидофосфатами и олигомеры диметилтерефталата с полиэтиленом полиамина. Также полученные олигомерные антипирены НВ-6 [2] на основе мочевины, соединений фосфора и оксидов металлов имеют преимущество в повышении огнестойкости деревянных конструкций и полимерных материалов. Синтезированы фосфор, азот, бор и металлсодержащие олигомеры марки 17-А [3] и применены в качестве антипирена к древесным материалам, и определена огнезащитная эффективность синтезированного олигомера. Синтезированы сера-, азот- и фосфорсодержащие тиоколовые олигомеры на основе тетрасульфида натрия и полифосфата аммония для применения в качестве наполнителя для полиэтилена [4].

Экспериментальная часть.

Нами синтезировано олигомерное соединение на основе диметилолмочевины и ортофосфорной кислоты. В колбу, оборудованную механической мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают расчетное количество диметилолимочевины, ортофосфорной кислоты, перемешивают при 100–120 °С в течение 1–1,5 часа с одновременной отгонкой воды и низкокипящих компонентов в азотную атмосферу, затем – 110–130 °C в течение 3 часов и инкубируют в течение 1 часа при 130–145 °C. Полученное олигомерное соединение представляет собой активное основание, представляющее смесь аминоамидов и моноаммонийфосфатов.

Результаты и их обсуждение. Для получения олигомеров реакцию проводили при pH 8–9, соотношении диметилолмочевины, ортофосфорной кислоты = 1:1 и 80–100 °С. Структура и состав полученного олигомера подтверждены данными элементного и химического анализа, а также ИК-спектроскопией.

 

Рисунок 1. ИК-спектр полученного азот- и фосфорсодержащего олигомера

 

Строение этого соединения подтверждали ИК-спектральным и элементным анализом. ИК-спектры снимались на приборе IRTracer-100 ИК-Фурье спектрометра. Соединения содержат полосы при 3192, 2945 и 2873 см–1, соответствующие свободным гидроксильным группам, и, соответственно, связь с этой группой NH наблюдалась при 1658, 1448 и 3192 см–1, группа CH2 имеет частоты валентных колебаний 1334, 1200 и 1115 см–1, для группы P-O характерна полоса при 922 см–1.

Изучено влияние различных технологических параметров на способ получения взаимодействия формальдегида с мочевиной: влияние соотношения реагирующих компонентов, температуры и природы растворителя. На основе исследований вырабатывается оптимальная схема взаимодействия.

Предварительно 200 мл 30 %-ной ортофосфорной кислоты, 132 г диметилолмочевины загружают в трехгорлую колбу вместимостью 0,5 л, снабженную холодильником и мешалкой, и кипятят при перемешивании 4 часа. Затем полученный продукт осаждают этиловым спиртом. Выход целевого продукта – 85–89 %. Полученный продукт хорошо растворяется в воде.

Полученное вещество имеет следующие характеристики: однородное стеклообразное вещество прозрачного цвета, нелетучее, содержание основного компонента – 99,2 %, примесей – 0,8 %. Плотность – 1,1821 г/см3.

Таблица показывает результаты взаимодействия диметилолмочевины с фосфорной кислотой в различных соотношениях. При эквимолярном соотношении выход полимера увеличивается, и в связи с этим молекулярная масса продукта (с точки зрения вязкости) незначительно увеличивается с 0,06 до 0,1 дл/г.

Таблица 1.

Влияние соотношения реагентов на состав продукта (Т = 373 К, τ + 4 с)

Соотношения ДМК:ФК

Выход, %

ηпр 0,5 %-ный водн. раст.

дл/г

Элементный анализ

азот

фосфор

Вычислено

Найдено

Вычислено

Найдено

1:2

83,2

0,08

30,9

31,2

10,5

10,2

1:1,5

91,1

0,11

31,9

31,5

11,9

11,2

1:1

91,2

0,09

34,5

33,9

12,1

11,9

1,5:1

72,7

0,05

33,1

32,8

11,7

11,4

2:1

68,4

0,08

32,4

31,9

11,3

10,9

 

При синтезе азот- и фосфорсодержащих олигомеров в безводной среде сначала протекает реакция с образованием диметилолмочевины по следующей схеме:

Соотношение ортофосфорной кислоты и диметилолкарбамида составляет 1:2. Конденсацию проводят в расплаве диметилолкарбамида при температуре 135–140 °C.

Реакцию взаимодействия диметилолмочевины с ортофосфорной кислотой можно представить следующим образом:

Для получения полиамидофософата более высокой молекулярной массы очевидно эквимолярное соотношение реагентов.

Выводы. Таким образом, на основании проведенных исследований разработаны методы синтеза и синтезированы олигомеры многоцелевого назначения на основе ДМК + ФК с высоким выходом целевого продукта. Состав полученных продуктов и функциональные группы подтверждены методом ИК-спектроскопии. Синтезированный фосфор- и азотсодержащий олигомер может быть использован в качестве огнезащитного антипирена для древесины и антикоррозионного ингибитора для сталей в агрессивных водных средах.

 

Список литературы:

  1. Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Изучение антикоррозионных свойств новых олигомерных ингибиторов коррозии // Композиционные материалы. – Ташкент, 2014. – № 3. – С. 20–24.
  2. Джалилов А.Т., Бекназаров Х.С., Нуркулов Э.Н. Антипирены для защиты древесины от горения // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2020. – № 1 (70).
  3. Исследование и применение фосфор-, азот-, бор- и металлсодержащих антипиренов для повышения огнестойкости свойств древесины / Э.Н. Нуркулов, Х.С. Бекназаров, А.Т. Джалилов, Д.А. Набиев // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2020. – № 8 (77).
  4. Исследование синтезированного азот- и фосфорсодержащего тиоколового олигомера / Б.А. Нормуродов, Х.Х. Тураев, Д.А. Набиев, Ж.Р. Суюнов [и др.] // Universum: химия и биология. – 2019. – № 11-1 (65).
  5. Способ получения олигомерного ингибитора коррозии // Патент РУз. № IAP 03969. 19.09.2009 / Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т., Жураев Т.Т., Султанов А.С. [и др.].
Информация об авторах

преподаватель, Термезский государственный университет, Узбекистан, г. Термез

Teacher, Termez State University, Uzbekistan, Termez

д-р хим. наук, доц., заведующей кафедрой технологии промышленности, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез

Doctor of Chemical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Industrial Technology Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez

д-р хим. наук, профессор, Термезский государственный университет, 190111, Республика Узбекистан, г. Термез, улица Ф. Ходжаева, 43

doctor of chemical sciences, professor, Termez State University, 190111, Republic of Uzbekistan, Termez, F.Hojayev str., 43

д-р хим. наук, исполняющий обязанности профессора, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г.Термез

Doctor of Chemistry Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez

д-р хим. наук, профессор, академик АН РУз., директор ГУП «Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии», 111116, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

doctor of chemistry, professor, Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, director of the Stat Unitary Enterprise Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, 111116, Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, P / o Shuro-bazaar

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top