Органический полимерный синтез металлов на основе акрилонитрила

АННОТАЦИЯ

В статье изучен синтез металлического органического полимера на основе акрилонитрила. Структура полимерных матриц, содержащих нитрильную группу, синтезированных в присутствии иона Zn (II), была проанализирована методами ИК-спектроскопии, ДТГ-дериватографии и изучена вязкость.

ABSTRACT

The article examines the synthesis of acrylonitrile-based metal organic polymer. The structure of polymer matrices containing the nitrile group synthesized in the presence of the Zn (II) ion was analyzed by IR spectroscopy, DTG derivatography, and the viscosity was studied.

Ключевые слова: акрилонитрил, оксид цинка, пероксид бензоила, полимеризация, ИК-спектроскопия, дериватограмма.

Keywords: acrylonitrile, zinc oxide, benzoyl peroxide, polymerization, IR spectroscopy, derivatogram.

Введение. В настоящее время производство термостойких волокон из органических соединений, содержащих металлы, также широко используются при производстве дивинилнитрильного каучука, нанокомпозитных смесей и в качестве сополимера [1-2]. Получение непористых соединений из органических соединений металлов является одной из актуальных проблем [3]. Кроме того, широко внедрено производство авиационного стекла из органических соединений металлов [4]. Полимеры на основе акрилонитрила широко используются не только в сорбционных технологиях, но и в других областях, в том числе сополимеры акрилонитрила на основе винилфосфорной кислоты. Элементарная единица акрилонитрила содержит нитрильную группу -C≡N, которая характеризуется высокой полярностью и способностью к донорно-акцепторным взаимодействиям. Наиболее важными комплексами, образующимися в присутствии нитрильных групп, являются комплексы, содержащие ионы металлов [6].

Экспериментальная часть: 150 мл дистиллированной воды и 21,2 г (0,3 моля) акрилонитрила поместили в круглодонную колбу с обратным холодильником, термометром и механической мешалкой. К раствору в колбе добавили 8,1 г (0,1 моль) оксида цинка при нагревании на электрической пластине при температуре 45-50 ° C. В колбу добавили газообразный азот до полного растворения оксида цинка. Через 20 минут к раствору снова добавили 0,05 г раствора пероксида бензоила. Затем температуру медленно повысили до 55–60 ° C и нагревали в течение 3 ч. В результате образовался белый полимерный осадок. Затем осадок нейтрализовали 5% -ным раствором соляной кислоты и промыли дистиллированной водой для удаления непрореагировавших веществ. Осадок отфильтровывали, и полученный фильтрат сушили в сушильном шкафу при 50–55 ° C в течение 8 ч. Состав высушенного образца анализировали физико-химическими методами. Получился выход основного продукта 96,4%, представляющего собой белый порошкообразный нелетучий водорастворимый полимер.

Уравнение реакции следующее:

В результате исследований было получено композиционное покрытие на основе синтезированных металлоорганических полимерных нанокомпозитов. Изучены физико-химические свойства, ИК-спектральный анализ и термогравиметрический анализ дериватограмм синтезированного металлоорганического полимера.

Рисунок 1. Анализ ИК-спектра металлического органического полимера на основе акрилонитрила

На  ИК-спектре синтеза металлоорганического полимера на основе акрилонитрила, полученного на основе синтеза  (рис. 1) валентные колебания группы N-H наблюдались в области 3358 см^-1. Асимметричные и симметричные колебания группы C-H наблюдались в области 2879 см^-1. Результат валентных колебаний групп C≡N и N = C = O между нитрильными группами можно увидеть в области 2160-2341 см^-1. Наблюдая за образованием металлической связи, можно увидеть, что колебания трех-четырех интенсивно образующихся связей в группе I (CO) m находятся в диапазоне 1800–2000 см^-1.

Для термогравиметрического анализа синтеза металлического органического полимера на основе акрилонитрила было получено 4,15 мг, и процесс исследовали при 600 ° C. Термогравиметрическая дериватограмма синтеза металлического органического полимера на основе акрилонитрила показана на рисунке 2 ниже.

Рисунок 2. Термогравиметрическая дериватограмма (ТГА) синтеза металлоорганических полимеров на основе акрилонитрила

Исследован термический анализ синтеза металлических органических полимеров на основе синтезированного акрилонитрила. Термический анализ металлического органического полимера на основе вновь синтезированного акрилонитрила проводили в интервале температур 20–600 ° C. Эта дериватограмма показана на рисунке 2 и состоит из 2 кривых.

При ДТА-анализе металлического органического полимера на основе синтезированного акрилонитрила потеря массы и эндотермические процессы происходили в трех областях. Первая фаза разложения веществ началась при 30,830 ° C, а потеря 0,081 мг или 1,224% массы наблюдалась при 236,920 ° C. Это разложение объясняется истечением воды. Вторая фаза началась при 236,920 ° C и закончилась при 0,987 мг, или 14,918% потери массы при 309,470 ° C. При этих температурах, при разложении цианидной группы, высвобождается оксид азота.

Третья стадия была основной стадией разложения, начиная с 309,980°C,  и при 600°C наблюдалась потеря массы 0,193 мг или 2,917%. В этом случае остатки углерода, азота и оксидов металлов остаются от разложения органических соединений от разложения углерода и карбонатов металлов.

При ДТА-анализе синтезированного продукта наблюдали поглощение тепла, то есть разложение веществ в эндотермическом процессе при 276,950 ° С. Во время этого процесса происходит разложение из-за выделения оксидов цинка.

Заключение. Таким образом, был синтезирован металлический органический полимер на основе акрилонитрила. Состав, структура, физико-химические свойства, стабильность синтезированного металлоорганического полимера определены на основе ИК, ДТА, ДТГ и других анализов. Высокая экономическая эффективность была достигнута при использовании полученного полимера в процессе синтеза.

Список литературы:

1. Сафиуллина И.И. Теоретическое исследование особенностей строения некоторых виниловых мономеров / И.И. Сафиуллина, Р.М. Ганиева, Н.Ч. Мовсум-заде // Башкирский химический журнал. – 2013. - Том 20. - №3. - С. 103-107
2. Мовсум-заде Н.Ч. Получение полимерных комплексов на основе сополимера акрилонитрила и стирола/ Н.Ч. Мовсум-заде, И.И. Сафиуллина, Ю.И. Пузин // Промышленное производство и использование эластомеров. – 2013. - выпуск 1. - С. 12- 17. 24
3.  Мовсум-заде Н.Ч. Получение полимерных комплексов переходных металлов и сополимера АБС / Н.Ч. Мовсум-заде, И.И. Сафиуллина, Ю.И. Пузин // Промышленное производство и использование эластомеров. – 2013. - выпуск 2. - С. 16-21.
4.  Мовсум-заде Н.Ч. Синтез и свойства полимерных комплексов переходных металлов / Н.Ч. Мовсум-заде, И.И. Сафиуллина // Промышленное производство и использование эластомеров. – 2012. - выпуск 4. - С. 20 - 22.
5. Polymer-metal complexes of polyacrylonitrile and its copolymers: synthesis and theoretical study. Raulia Syrlybaeva, Nazrin Movsum-zade, Ilnara Safiullina, Yuri Puzin, Eldar Movsum-zade. Journal of Polymer Research May 2015, V 22. Issue 100 http://link.springer.com/article/10.1007/s10965-015-0716-4
6.  Сафиуллина И.И. На основе полиакрилонитрила получение полимерных комплексов переходных металлов / И. И. Сафиуллина, Ю.И. Пузин // Актуальные вопросы науки и образования: тезисы Всероссийской молодежной научно-практической конференции: Уфа, РИЦ БашГУ. 2013. – С. 340