Синтез и ИК-спектроскопичсекое исследование серосодержащего олигомера

В последнее десятилетие возрастает интерес к наполненным строительным материалам, в которых композиции на основе серы используются в качестве связующего. Это обусловлено техническими преиму­ществами получаемых композиционных материалов - быстрое затвердевание и набор прочности, устойчивость к воздействию агрессивных сред, гидрофобность [1, c. 5].

Алифатические полисульфиды (АП) относятся к жидким тиоколам, которые широко используются в качестве эластомерных герметиков. Полностью новым направлением применения АП являются полисульфид-экоксидные системы (ПЭС). Эпоксидные смолы, как известно, используются в качестве химически стойких и износостойких покрытий, недостатком которых является низкая эластичность. Введение в них АП повышает эластичность и одновременно улучшает адгезию и ударную вязкость и снижает склонность к растрескиванию, газо- и водопроницаемости. ПЭС особенно пригодны для защиты от коррозии стальных и бетонных поверхностей. В зависимости от соотношения компонентов и условий реакции образуются различные ПЭС (продукты), имеющие свои конкретные области применения [2, с. 9-13].

В промышленности синтез жидких тиоколов осуществляется путем поликонденсации водных растворов полисульфида натрия с органическими галогенидами с получением дисперсии высокомо­лекулярного каучука последующим расщеплением его по дисульфидным связям и получением жидкого тиокола с концевыми SH-группами. В качестве исходных мономеров для получения полисуль­фидных олигомеров (ПСО) широко используются органические ди- и тригалоидопроизводные и полисульфиды натрия различного состава [3, с.9]. Интерес представляет синтез тиоколовых олигомеров, основанный на заме­щении атомов хлора в алифатических полихлорпроизводных на SH-группы с последующим окислением образующихся политиолов воздухом до дисульфидных олигомеров. Это позволяет осуществить контроль над молеку­лярной массой тиоколов, упростить схему производства и повысить экологичность процесса [4, 5].

С целью выявления закономерностей реакция тетрасульфида натрия с хлорсодержащим агентом и сульфидом фосфора (V) и определения его оптимальных условий получения, а также исходя из обзора литературных данных, в качестве хлорсо­держащего агента был выбран эпихлоргидрин.

Для синтеза серосодержащего олигомера в качестве исходного компонента использовали раствор тетрасульфида натрия, эпихлоргидрина и сульфида фосфора (V). Процесс синтеза проводили в течение 1-1,5 час с перемешиванием исходных компо­нентов в мольных соотношениях 2:2:1 соответственно, при 90-110 ^оС, с повышением температуры. Получаемый серосодержащий олигомер при обычных условиях представляет собой твердое, прочное вещество, имеющее однородную структуру. Идентификация олигомера проводилась путем использования ИК спектроскопии. (рис.).

Из рисунка видно, что частоты поглощения связи 2320 и 2500 см^-1, характерны для SH групп, чем подтверждается образование C-S и S-S связей. Это может свидетельствовать о протекании реакции сополимеризации, что приводит к образованию сетчатых или разветвленных структур, имеющих боковые полисульфидные ответвления. Частоты поглощения связи CH₂-S-S соответствуют 1240 см^-1, С-S 700-600 см^-1, S-S наблюдается в области 500-400 см^-1, частота деформационного колебания связи полисульфида наблюдается в области 478, 495 см^-1.

Наличие интенсивного поглощения в характе­ристических областях ИК- спектров исследуемых олигомеров позволяет предположить присутствие в них разнообразных сераорганических соединений, в том числе полисульфидов.

Рисунок 1. ИК - спектр полученного серосодержащего олигомера

Таблица 1.

Влияние мольных соотношений на выход серосодержащего олигомера

Известно [6, С.183], что полимерная форма серы нерастворима в толуоле, а содержание нераст­воримой части в композиции характеризует полноту реакции образования высокомолекулярных соединений серы. Поэтому за протеканием процесса взаимодействия тетрасульфида натрия с хлорсодержащим агентам следили по массовой доле нерастворимой части после экстракции толуолом непрореагировавшей элементной серы из образцов олигомера. Содержание нерастворимой части использовали в качестве критерия оценки полноты протекания реакции и показателя качества получаемых олигомеров, целесообразно исследовать зависимость выхода олигомерных соединений от условий процесса. Это необходимо для возможности проведения дальнейших сравнительных исследований.

Видно из таблицы, что оптимальное мольное соотношение исходных компонентов - тетрасульфида натрия: эпихлоргидрина: сульфида фосфора (V) в синтезе серосодержащего олигомера соответственно 2:2:1. При данном мольном соотношении компонентов при температуре 100 ^оС выход продуктов по нерастворимой части после экстракции толуолом из 100 г олигомера составляет 94%.

Выводы:

1. Синтезирован серосодержащий олигомер из тетрасульфида натрия: эпихлоргидрина: сульфида фосфора (V) при мольном соотношении компонентов 2:2:1 при температуре 100 ^оС.

2. Идентификацию олигомера проводили путем использования ИК спектроскопии. Содержание нерастворимой части использовали в качестве критерия оценки полноты протекания реакции, выход олигомерного соединения при оптимальных условиях составляет 94%.