ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ ОЛИГОПОЛИМЕРА НА ОСНОВЕ ГИДРОЛИЗОВАННОГО ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА, СОДЕРЖАЩЕГО МЕДЬ, В РАЗЛИЧНЫХ РАСТВОРИТЕЛЯХ

АННОТАЦИЯ

В данном исследовании были изучены характеристики растворимости олигополимера, синтезированного на основе гидролизованного полиакрилонитрила (ГИПАН) и комплексированного с хлоридом меди (II), в растворителях с различной степенью полярности. Растворители были разделены на следующие три группы:

1. Полярные растворители – вода, этанол, ацетон.
2. Неполярные растворители – бензол, гексан, гептан, толуол, октан.
3. Среднеполярные растворители – диметилсульфоксид (ДМСО), изопропиловый спирт, уксусная кислота.

В процессе синтеза между гидролизованным полиакрилонитрилом (ГИПАН) и хлоридом меди (II) (CuCl₂) образовались координационные связи, в результате чего было получено олигомерно-комплексное соединение со сложной структурой. Была проанализирована степень влияния природы взаимодействия между растворителем и полимером на растворимость полученного вещества. Данное исследование способствует более глубокому пониманию физико-химических свойств олигомерно-комплексных систем и служит основой для их практического применения, например, в качестве селективных сорбентов и материалов, способных взаимодействовать с ионами металлов.

ABSTRACT

In this study, the solubility characteristics of an oligopolymer synthesized on the basis of hydrolyzed polyacrylonitrile (HYPAN) and complexed with copper(II) chloride were investigated in solvents with varying degrees of polarity. The solvents were classified into the following three groups:

1. Polar solvents – water, ethanol, acetone.
2. Non-polar solvents – benzene, hexane, heptane, toluene, octane.
3. Moderately polar solvents – dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, acetic acid.

During the synthesis process, coordination bonds were formed between hydrolyzed polyacrylonitrile (HYPAN) and copper(II) chloride (CuCl₂), resulting in the formation of an oligomer–complex compound with a complex structure. The influence of solvent–polymer interaction mechanisms on the solubility behavior of the resulting material was analyzed. This study provides a deeper understanding of the physicochemical properties of oligopolymer–complex systems and lays the foundation for their potential practical applications, such as selective sorbents and materials capable of interacting with metal ions.

Keywords: HYPAN (hydrolyzed polyacrylonitrile), copper(II) chloride, oligopolymer, polar, non-polar, solution.

Ключевые слова: ГИПАН (гидролизованный полиакрилонитрил), хлорид меди (II), олигополимер, полярный, неполярный, раствор.

Введение. Изучение физических и химических свойств растворов олигомеров и полимеров важно для определения их будущего применения на практике. Растворимость олигополимера во многом зависит от химической природы растворителя, функциональных групп в полимере, молекулярной структуры и термодинамических параметров процесса растворения. Некоторые растворители усиливают взаимодействие между полимерными цепями и ускоряют процесс их сольватации, а другие, наоборот, могут нарушать равновесие «полимер – растворитель» и в результате снижать растворимость. Поэтому анализ взаимодействия полимера и растворителя имеет важное научное и практическое значение [2–6].

Материалы и методы. В ходе исследования были изучены свойства растворимости олигополимера, образованного из раствора ГИПАН и хлорида меди (II) в растворителях различных химических классов. Растворители делятся на следующие 3 группы в зависимости от их химических свойств:

Полярные растворители – вода, этанол, ацетон.

Неполярные растворители – бензол, гексан, гептан, толуол, октан.

Умеренно полярные растворители – ДМСО, изопропиловый спирт, уксусная кислота.

Для определения свойств и применения синтезированного комплекса ГИПАН-медь была изучена его растворимость в различных растворителях [1; 7–9].

Результаты и их обсуждение. Эксперимент включал в себя растворение 0,2 г олигополимера в 20 мл растворителей при температуре от 20°С до 50°С. В этом случае параметры плавления олигополимера можно проанализировать следующим образом:

1. Вода и этанол являются хорошими растворителями для олигополимера. Растворение образца в воде проводили при комнатной температуре при перемешивании, тогда как для растворения в этиловом спирте температуру повышали до 30⁰С, в отличие от воды. В обоих сосудах образовался однородный раствор. Это объясняется полярностью растворителей и наличием гидрофильных групп в олигополимере.

2. ДМСО (диметилсульфоксид) и ацетон оказались очень плохими растворителями. Процесс проводили в диапазоне 20⁰С–50⁰С при перемешивании раствора. Причина коллоидной природы раствора может быть связана с ионными связями в олигополимере и диэлектрической проницаемостью растворителя.

3. Хотя изопропиловый спирт, изобутиловый спирт, амиловый спирт и уксусная кислота проявили умеренные свойства растворителя, полного растворения в первых двух спиртах не наблюдалось даже при нагревании образца до температуры от 20⁰С до 50⁰С и механическом воздействии. Образец вообще не растворился в амиловом спирте и дибутиловом эфире. Растворения в уксусной кислоте не наблюдалось, что указывает на химическую стабильность олигополимера в кислых средах.

Таблица 1.

Особенности процесса растворения

Неполярные растворители – бензол, гексан, гептан, толуол, октан.

Олигополимер не растворялся в этих растворителях даже при перемешивании при температурах от 20°С до 50°С.

Полученные результаты показывают, что олигополимер, образованный на основе ГИПАН и соли хлорида меди (II), растворим только в сильнополярных растворителях. Было установлено, что лучшими растворителями являются вода и этанол, что увеличивает возможность использования этих материалов в растворах на водной основе. Однако их плохая растворимость в органических растворителях ограничивает их использование в средах с высокой гидрофобностью.

Для будущих исследований предлагаются следующие направления:

а) Улучшение растворимости путем модификации растворителей. Улучшение растворимости путем модификации растворителей относится к повышению растворимости определенного вещества в растворителе путем изменения химических или физических свойств растворителя. Этот процесс может быть достигнут путем поляризации растворителя, изменения его гидрофильных или гидрофобных свойств, введения дополнительных функциональных групп или смешивания растворителя с другими аналогами. Например, изменение растворимости полимеров может быть достигнуто путем изменения качества растворителя, то есть добавления плохого растворителя к хорошему или изменения температуры).

б) изучить влияние температуры и pH.

в) проанализировать термодинамические параметры процесса растворения и степень сольватации [10].

Выводы. На основании вышеприведенных данных можно изучить характеристики растворимости ГИПАНа и соли хлорида меди (II) и определить области их практического применения, в том числе возможность использования в полимерных покрытиях, электрохимических сенсорах или биомедицинских материалах.

Список литературы:

1. Аринштейн Л.М. Растворители и их взаимодействие с полимерами. – М.: Химия, 1971. – 215 с.
2. Бриман Л.Растворимость и фазовые равновесия в полимерных системах. – М.: Мир, 1999. – 488 с.
3. Виноградов Г.В., Шварц Б.Л. Растворение и структура полимеров. – Л.: Химия, 1985. – 318 с.
4. Малинский А.П. Полимеры и растворители. – М.: Наука, 2010. – 336 с.
5. Хохлов А.Р., Щевцова Н.А. Физикохимия полимеров. – М.: Химия, 2013. – 452 с.
6. Flory P. Principles of Polymer Chemistry. – Ithaca: Cornell University Press, 1953. – 672 p.
7. Ikromov U.G‘ Gidrolizlangan poliakrilonitril asosida polimer kompleks birikmalar olish va ularning xossalarini o‘rganish // “O‘zbekistonda ilm-fan, kimyo texnologiya va ishlab chiqarish istiqbollari” mavzusidagi respublika ilmiy-amaliy konferensiyasi – Navoiy, 2024. – 231–232 b.
8. Ikromov U.G‘.,Shirinov Sh.D.  Исследование ик-спектра соединения гидролизованного полиакрилонитрила с ионом меди (Cu²⁺) // Kimyo fanining muammolari, sanoat sohalariga tatbiqi va yashil texnologiyalar mavzusidagi xalqaro anjuman. –Namangan, 18-19 aprel 2025. – 869–871 b.
9. Ikromov U.G‘., Shirinov Sh.D. Gipan va kobalt (II) xlorid asosida olingan mahsulotning DTA tahlili // Коллоидная химия: инновации и решения для химической технологии, экологии и промышленности. – Termiz, 7-8- fevral 2025-y. – 321–322 b.
10. Odian G. Principles of Polymerization. – 4th ed. – Wiley-Interscience, 2004. – 832 p.