ИК-СПЕКТР И ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИНТЕЗИРОВАННОГО ПИГМЕНТА ФТАЛОЦИАНИНА НАТРИЯ

АННОТАЦИЯ

Из фталевого ангидрида, мочевины, солей металлов и катализаторов синтезирован фталоцианин натрия с улучшенными цветными свойствами, определены оптимальные условия проведения процесса синтеза, разработана экономически эффективная и экологически чистая технология получения фталоцианина натрия нового состава. При изучении нового натрийсодержащего (NaPc) пигмента, синтезированного в данной исследовательской работе, были проведены ИК-спектроскопические и дифференциально термогравиметрические анализы.

ABSTRACT

Sodium phthalocyanine with improved color properties was synthesized from phthalic anhydride, urea, metal salts and catalysts, optimal conditions for the synthesis process were determined, and a cost-effective and environmentally friendly technology for obtaining sodium phthalocyanine of a new composition was developed. When studying the new sodium-containing (NaPc) pigment synthesized in this research work, IR spectroscopic and differential thermogravimetric analyzes were carried out.

Ключевые слова: ИК-спектрофотометр, карбонат натрия, фталевый ангидрид, фталоцианин, дифференциальный термогравиметрический анализ.

Keywords: IR spectrophotometer, sodium carbonate, phthalic anhydride, phthalocyanine, differential thermogravimetric analysis.

Введение. Металлосодержащие фталоцианины уже много лет традиционно используются в промышленных масштабах, давно применяются в качестве красок и пигментов, в частности, цветные печатные краски являются одним из основных материалов для окрашивания пластиковых материалов, металлоконструкций и синтетических волокон в качестве пигментов в лаках. Фталоцианины, как и хлорофиллы растений, являются металлоорганическими соединениями (образуют координационные соединения металлов) [1;2.].

Широко развиваются такие передовые технологии, как производство электротехнических и оптических материалов, солнечных батарей, химических сенсоров на основе фталоцианиновых пигментов. Важным преимуществом фталоцианиновых пигментов является их низкая токсичность, они используются в производстве упаковочных материалов для пищевых продуктов, детских игрушек и лекарственных средств. Также фталоцианины и их производные привлекают внимание многих исследователей благодаря высокой химической стойкости, красивой и чистой окраске, свето- и термостойкости, пригодности для окраски любых полимерных материалов и относительно невысокой ценой [3;4]. В настоящее время известно более 70 различных фталоцианинов (Pc). Фталоцианины (Pc) - фталодинитрил в своей мезомерной форме начинает группироваться вокруг иона металла, что приводит к образованию макроцикла. Четыре молекулы атомов фталодинитрила вокруг металла образуют плоский тетрамер ароматического макроцикла (рис. 1) [5]. Природа иона металла в центре фталоцианинового кольца оказывает существенное влияние на физико-химические свойства (МПс). Например, при замещении иона металла комплексом, резко изменяются окислительно-восстановительные свойства макроциклического кольца или свойства фотохимически возбужденного состояния [6].

Рисунок 1. Плоская ароматическая тетрамеризация атома металла четырьмя молекулами фталодинитрильных макроколец

Фталоцианины (Pc) — тетраазобензопорфирины, высокогетероцикличес-кие соединения, состоящие из изоиндольного кольца, соединенного между собой структурными sp²-гибридизированными атомами азота с природными порфиринами. Однако, в отличие от порфиринов, фталоцианины в природе не встречаются, это полностью синтезированные соединения. Основное отличие фталоцианинового макроцикла от порфириновой системы состоит в наличии четырех фениленовых колец и атомов азота в мезо-позициях вместо углерода [7;8.].

Основная часть. Синтез натрийсодержащего фталоцианинового (NaPc) пигмента осуществляли по наиболее распространенной методике получения металлофталоцианиновых красителей. Синтез натрийсодержащего фталоцианина (NaPc) проводили из мочевины, фталандгидрида, карбоната натрия и катализатора. После дополнительной очистки и нейтрализации получились желтые кристаллы, состав которых, при проведении ИК-спектроскопических и дифференциально термогравиметрических анализов, свидетельствовал об образовании продукта.

Рисунок 2. Инфракрасный спектр натрийсодержащего фталоцианинового (Na Pc) пигмента

Таблица 1.

Анализ ИК спектра фталоцианина натрия

Образование фталоцианиновых колец полученного натрийсодержащего фталоцианинового (Na Pc) пигмента видно в области поглощения 713,66 см-1, образование S-N + изоиндола видно в области поглощения 1070,94 см-1, в области поглощения 1089,78 см-1 видны пиррольные кольца, в области поглощения 1078 см-1 появляются пиррольные атомы азота, в области поглощения 1216 см-1 появляются изоиндолы, в области поглощения 1216 см-1 появляются -N= в области поглощения 816 см-1.

Показана дериватограмма образца натрийсодержащего фталоцианинового (Na Pc) пигмента, состоящая из 2 кривых. Анализ кривой термогравиметрического анализа (ТГА) (кривая 1) показывает, что кривая ТГА натрийсодержащего фталоцианинового (Na Pc) пигмента, в основном, имеет три интенсивно разлагающихся температурных диапазона. 1-й интервал разложения соответствует температуре 36,28-243,99°С, 2-й интервал разложения соответствует температуре 243,99-396,34°С, 3-й интервал разложения соответствует температуре 396,34-801,64°С. (Рисунок 3).

Рисунок 3 Термогравиметрический (ТГА) и дифференциально термический анализ (ДТА) натрийсодержащего фталоцианинового пигмента

Анализ показывает, что потеря массы происходит в 1-м распаде между 36,28-243,99 ^oС, где теряется 20,771% массы. Второе разложение происходит при 243,99-396,34 ^oC, при этом теряется 15,235% массы. Третье разложение происходит при 396,34-801,64 ^оС, при этом теряется 40,53% массы. Потеря массы исследуемого натрийсодержащего фталоцианинового пигмента вследствие температурного воздействия во времени связана с различными процессами: во-первых, за счет парциального окисления первичных композитов начинается разложение в веществе, во-вторых, разложение происходит с выделением летучих веществ, находящихся в натрийсодержащем фталоцианиновом пигменте, а разложение остальных веществ ускоряется с повышением температуры.

Заключение. На ИК спектре синтезированного олигомерного антипирена на основе натрийсодержащего фталоцианинового пигмента появляются интенсивности в диапазоне 713,66 см-1, содержащие металлсодержащие соединения, т.е. фталоцианиновую связь натрия. По данным термогравиметрического анализа, потеря массы составляет 40,5 % при температуре 801,64 ^ОС Показано, что технология получения натрийсодержащего фталоцианинового пигмента, путем нагревания фталевого ангидрида, мочевины, солей металлов и катализатора, приводит к получению импортозамещающего пигмента, благодаря высокой интенсивности красителя и низкой стоимости. Фталоцианин металла (MPc) может быть синтезирован из фталонитрила или дииминоизоиндолина путем циклотетрамеризации с использованием иона металла, проявляющего металлонаправленный эффект. С другой стороны, MPc нерастворим в большинстве органических растворителей и характеризуется желательностью использования высококипящих ароматических растворителей, таких как хлорнафталин или хинолин. По результатам исследований, натрийсодержащие фталоцианиновые пигменты являются активными пигментами, которые в основном используются в различных областях за счет взаимодействия с олигомерами и полимерами. Применяются они для окраски пластмассовых изделий и повышения их стойкости к внешним воздействиям, как стабилизатор для полиэтиленовых пленок, приготовления эмалей, красок, применяемых для издательского дела и полиграфии, для получения лококрасочных материалов, для окрашивания хлопчатобумажных тканей и в других направлениях.

Список литературы:

1. Белогорохов И. А. Оптические и электрические свойства полупроводнико-вых структур на основе молекулярных комплексов фталоцианинов, содержащих ионы лантанидов в качестве комплексообразователя. // Диссертация. Москва-2009. (стр.17)
2. Sesalan, B.Ş., A. Koca, and A. Göl, Water soluble novel phthalocyanines containing dodeca-amino groups. Dyes and Pigments, 2008. 79, №3 pр. 259-264.
3. Wöhrle D., Schnurpfeil G., Makarov S. G., Kazarin A., Suvorova O. N. Practical applications of phthalocyanines – from dyes and pigments to materials for optical, electronic and photo-electronic devices // Макрогетероциклы. 2012. № 5 (3). С. 191-202.
4. Зубкова Н.С. Огнезащитные химические волокна // Полимеры («Полимерные материалы XXI века»): матер. Междунар. Конф. – М., 2007. С. 152.
5. Laoutid F., Bonnaud L., Alexandre M., Lopez-Cuesta J., Dubois P.H. New prospects in flame retardant polymer materials: from fundamentals to nanocomposites // Materials Science and Engineering.-2009.-№63.-Р.100–125.
6. Зуев К. В. «Химическое модифицирование фталоцианинов и их применение в гетерогенных системах» Москва 2019.Дисс.С. 27-28.
7. Файзиев Ж.Б., Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. // Мис фталоцианин пигменти синтези ва унинг иқ-спектерининг таҳлилини ўрганиш // Наманган давлат Университети илмий ахборотномаси НамДУ 2020. 3-сон 125-128 бет
8. Файзиев Ж.Б., Джалилов А.Т. // Металл фталоцианинларнинг синтезига ҳароратнинг таьсири // Международная конференция «Иновационное развитие нефтегазовой отралси, современная энергетика и их акуальные проблемы» 26 май 2020 года. Тошкент-2020. 343-344 бет