Введение к работе
Актуальность работы. Одно из интереснейших и перспективных направлений в науке о полимерах последних лет представляет собой разработка принципов получения органо-неорганических нанодисперсных композиционных материалов. Синтез олигомеров и полимеров, создание полимер-силикатных композитов на их основе имеют как фундаментальное, так и прикладное значение. Внедрение полимеров в галереи слоистого силиката открывает возможность целенаправленной разработки полимерных материалов, обладающих улучшенными физико-химическими характеристиками, такими как высокие прочность и адсорбционные свойства, термостойкость, низкая газопроницаемость. Многочисленные исследования в этой области освещены в работах отечественных ученых: Помогайло А.Д., Ломакина С.М., Иванюка А.В., Герасина В.А., Голубевой А.Ю., Антипова Е.М., Бахова Ф.Н., Беданокова А.Ю., Заикова Г.Е., Микитаева А.К., Чвалуна С.Н., Новокшоновой Л.А. и др., а также зарубежных специалистов: Гурiнa Г.I., Peila R., Aranda P., Sarkar M., Chunyang W., Nigmatullin R., Xu W.B., Zulfiqar S. and others.
Создание минералнаполненных полимерных композиционных материалов с новыми функциональными возможностями и новых ресурсосберегающих технологий являются важными факторами в освоении природного сырья Забайкальского края. Преимуществом использования минералов в составе композитов является их небольшая стоимость и достаточное количество в Забайкалье. В качестве органической составляющей перспективно применять полимеры, образующие прочные адгезионные связи с алюмосиликатной матрицей. Среди прочих, такими свойствами обладают серосодержащие высокомолекулярные соединения с окислительно-восстановительными функциями (S-S, S-H, C=S).
1-галогенпропан-2-тионы и 1,3-дибромпропан-2-тион, впервые синтезированные в Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, являются перспективными мономерами. Однако ранее поликонденсационные процессы с их участием изучены не были. Традиционные методы создания полимер-силикатных композиционных материалов являются дорогостоящими и требуют применения органических растворителей. Данное затруднение можно экономически целесообразно разрешить при использовании механохимических методов. Несмотря на интенсивное развитие механохимии, благодаря трудам Авакумова Е.Г., Барамбойма Н.К., Болдырева В.В., Уварова Н.Ф., Чайкиной М.В., Бутягина П.Ю., Третьякова Ю.Д. и сотр., применение ее для создания полимер-силикатных нанокомпозитов изучено недостаточно. Этой проблеме посвящена настоящая диссертационная работа.
Проведенные исследования поддержаны грантами ЧитГУ 2006 года № 42-ГР (Дабижа О.Н. «Синтез полимеров из 1-хлорпропан-2-тиона и 1,3-дибромпропан-2-тиона; создание нанокомпозитных материалов на их основе», научный руковолитель – Лимберова В.В.) и 2008 года № 70-ГР (Сапронова Т.В., Проскурякова Н.В. «Создание синтетических мембран из полимер-силикатных нанокомпозитов», научный руководитель – Дабижа О.Н.).
Научная идея работы заключается в использовании механохимии для получения полимер-силикатных композиционных материалов, и создании из них мембран для контроля качества авиатоплива.
Целью работы является создание полимер-силикатных нанокомпозитов на основе впервые синтезированных полимеров из a-галогентионов и природных слоистых силикатов, изучение их строения и перспектив использования.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач исследований:
– разработать общие подходы к синтезу ранее неизвестных сероорганических полимеров на основе реакции гомополиконденсации 1- и 1,3-дигалогенпропан-2-тионов;
– создать представление о строении полученных полимеров с помощью спектральных методов и изучить их физико-химические свойства;
– исследовать возможность создания полимер-силикатных нанокомпозитов механохимическим методом из ультрадисперсной фракции глины и синтезированных сероорганических полимеров;
– изучить механизм внедрения полимера в галереи слоистых силикатов и морфологию образовавшихся нанокомпозиционных материалов;
– исследовать практически полезные свойства полученных нанокомпозитов.
Методы исследований. Решение поставленных в диссертационной работе задач требует использования комплекса современных методов исследования, включающих ядерный магнитный резонанс 1Н и 13С, инфракрасную и ультрафиолетовую спектроскопию, электронный парамагнитный резонанс, изопиестический метод, тонкослойную хроматографию, сканирующую и просвечивающую электронную микроскопию, рентгенофазовый анализ, дифференциальную сканирующую калориметрию и термогравиметрический анализ, метод вакуумной фильтрации воды.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
– общие препаративные подходы к синтезу ранее неизвестных сероорганических полимеров на основе 1- и 1,3-дигалогенпропан-2-тионов;
– использование механоактивации для создания полимер-силикатных нанокомпозитов;
– особенности интеркаляции полимера в структуру глины и морфология органо-неорганических гибридов;
– применение полимер-силикатных нанокомпозитов в мембранных процессах для определения примесей воды в отстое авиакеросина.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается комплексным использованием известных теоретических и эмпирических методов исследования, достаточным объемом экспериментальной работы, а также получением результатов, согласующихся с данными других исследователей.
Научная новизна исследований. Осуществлен синтез новых полимеров на основе реакции гомополиконденсации 1-галогенпропан-2-тионов и 1,3-дибромпропан-2-тиона. Установлено, что олигомерные продукты из 1-галогенпропан-2-тионов обладают пленкообразующими свойствами, устойчивостью на воздухе, парамагнетизмом, электро- и фотопроводимостью. Полимеры из 1,3-дибромпропан-2-тиона обладают сравнительно высокой электропроводностью равной 10–9 - 10–7 См/см.
Установлена принципиальная возможность получения полимер-силикатных нанокомпозитов механохимическим методом из природных глин Забайкальского края и синтезированных сероорганических полимеров.
Выявлено влияние структуры слоистых силикатов на характер интеркаляции полимера, что позволяет прогнозировать способ внедрения «гостя» в матрицу неорганического «хозяина». Показано, что увеличение времени механоактивации улучшает процесс интеркаляции.
Обнаружено, что можно целенаправленно создавать нанокомпозиты разной структуры (интеркалированные или эксфолиированные), варьируя содержание органической составляющей в гибридном композиционном материале.
Практическое значение работы. Синтезированные полимеры на основе 1-галогенпропан-2-тиона и 1,3-дибромпропан-2-тиона использованы для создания полимер-силикатных нанокомпозитов без применения растворителей и сложного оборудования. Созданы гибридные мембраны без запекания. Аморфная структура и размеры сквозных пор позволяют применять их для определения примесей воды в авиакеросине. Действие мембран основано на пропускании молекул воды и удерживании органических молекул.
Личный вклад автора заключается в постановке задач диссертационной работы, проведении синтеза полимеров для полимер-силикатных нанокомпозитов, интерпретации полученных данных и подготовке статей к публикации, создании полимер-силикатных мембран и измерении средних радиусов их сквозных (рабочих) пор. Автору принадлежит идея использования гибридных мембран для определения примесей воды в авиационном топливе.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе кафедрой химии ГОУ ВПО «Читинский государственный университет» при выполнении курсовых работ по дисциплине «Физическая химия» и дипломных работ студентами Энергетического института специальности 020101.65 – «Химия».
Апробация работы. Основные результаты работы представлены на следующих Российских и международных конференциях:
18th International Symposium on the Organic Chemistry of Sulfur (Florence, 1998); XLIII и XLVII Международных научных студенческих конференциях «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2005, 2009); XXXIII и XXXIV Научно-технических конференциях «Неделя науки в ЧитГУ» (Чита, 2006, 2007); Международном совещании «Современные проблемы обогащения и глубокой комплексной переработки минерального сырья»: Плаксинские чтения (Владивосток, 2008; Новосибирск 2009); IV Всероссийская научно-практическая конференция «Энергетика в современном мире» (Чита, 2009); IX Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения» (Чита, 2009); XI Всероссийская научная конференция «Мембраны-2010» (Москва, 2010); 3-е место на II Всероссийском конкурсе молодых ученых (Миасс, 2010).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 14 публикациях, из них 3 статьи в рекомендованных ВАК журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии, включающей 150 наименований и приложения, содержит 17 таблиц и 39 рисунка.
Похожие диссертации на Синтез полимеров на основе 1-галогенпропан-2-тионов и 1,3-дибромпропан-2-тиона и их использование для создания полимер-силикатных нанокомпозитов
![Синтез и (со)полимеризация 1-винил-1,2,4-триазола и 1-винилнафто [2,3-d] имидазола](/i/i/4266/325498.png "Синтез и (со)полимеризация 1-винил-1,2,4-триазола и 1-винилнафто [2,3-d] имидазола Кузнецова Надежда Петровна")