Введение к работе
Актуальность темы. За последние десять лет количество публикаций, посвященных использованию микроволнового излучения (МВИ) в различных областях химии, возросло в несколько раз. К настоящему времени накоплен большой опыт по использованию МВИ во многих отраслях промышленности, науке, технике, медицине и быту. Однако, несмотря на достаточно большой объем научных публикаций об ускорении химических реакций при микроволновом воздействии на реакционные смеси, остается до конца не ясной причина этого явления. До сих пор четко не сформулированы критерии оценки эффективности использования микроволновой обработки для реализации различных химических процессов, на основании которых возможно создать эффективные и воспроизводимые методики синтеза веществ и материалов с использованием МВИ, поэтому требуется подробное исследование и описание применяемой методики с использованием микроволнового излучения для органического синтеза и полимеризационных процессов. Проводимые исследования в области микроволнового синтеза полимеров позволяют сделать вывод, что применение МВИ обладает рядом преимуществ: сокращается время проведения процесса, а также в ряде случаев вместе с этим повышается чистота конечного продукта; увеличивается выход и молекулярная масса; уменьшается полидисперсность полимеров. Варьирование условий проведения процесса позволяет получать полимеры с заданными свойствами. Поэтому на сегодняшний день использование МВИ является одним из перспективнейших направлений в синтезе полимеров, которое требует продолжения исследований и детальной проработки механизма воздействия микроволнового излучения на синтез и свойства полимеров. Условия проведения реакций чрезвычайно разнообразны, и достигаемый эффект сильно зависит от характера процесса, природы растворителя и реагирующих веществ, а также мощности и способа облучения, поскольку именно эти факторы определяют степень воздействия МВИ на реакционную систему. Таким образом, разработка эффективных методик синтеза полимеров радикальной полимеризации, а также изучение механизма воздействия МВИ на эти процессы является актуальной научной проблемой.
Цель работы. Установление закономерностей влияния режимов микроволнового нагрева на эффективность способов проведения полимеризации и кинетические закономерности процесса радикальной голимфизаідщ метилметакрилата и стирола.
Для достижения поставленной цели был разработан ряд задач:
-
Синтез полистирола и полиметилметакрилата с использованием термического и микроволнового нагрева: в суспензии, растворе, массе;
-
Определение кинетических закономерностей процесса радикальной полимеризации стирола и метилметакрилата в термических и условиях микроволнового нагрева: порядков реакции по инициатору и мономеру, общей константы и общей скорости полимеризации; суммарной энергии активации;
-
Изучение влияния режимов проведения процесса полимеризации стирола (Ст) и метилметакрилата (ММА) в условиях МВИ на кинетические закономерности.
-
Определение скорости и константы инициирования процесса радикальной полимеризации стирола и метилметакрилата в обычных условиях и при использовании микроволнового нагрева.
Научная новизна и практическая значимость работы Впервые изучено влияние различных режимов подаваемого микроволнового излучения на кинетические зако-
номерности процесса полимеризации стирола и метилметакрилата. Методом ингибиро-вания изучено влияние микроволнового излучения на стадию инициирования процесса радикальной полимеризации стирола и метилметакрилата.
На основании проведенных исследований было установлено, что использование МВИ позволяет в несколько раз увеличить скорость полимеризации более полярного мономера ММА в сравнении с менее полярным стиролом. Также было установлено, что механизм реакции полимеризации остается таким же, как и при термическом проведении синтеза, однако, в случае менее полярного мономера стирола наблюдается низкая инициирующая способность радикалов, образованных в результате распада инициатора, на фоне увеличения константы инициирования под воздействием МВИ.
Полученные результаты могут быть использованы для развития фундаментальных представлений об особенностях влияния МВИ на процесс радикальной полимеризации. На основании данных представленных в работе возможна разработка методов интенсификации и оптимизации процессов радикальной полимеризации с целью получения полимеров с заданными свойствами. Также полученные данные могут использоваться для создания новых более экологически безопасных и энергосберегающих технологий получения полимеров.
Личный вклад автора. Состоит в непосредственном участии на всех этапах работы - в постановке цели и задач работы, планировании и проведении экспериментов, обсуждении полученных результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на: международной молодежной научно технической конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы» (Москва, 2010); XIII международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (Иваново-Суздаль, 2010); всероссийской конференции «Органический синтез: химия и технология» (Екатеринбург, 2012); Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2012); юбилейной научной школе-конференции «Кирпичниковские чтения по химии и технологии высокомолекулярных соединений» (Казань, 2013).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 статьях в журналах Перечня ВАК и 12 тезисах докладов, опубликованных в трудах научных конференций.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, включает 43 рисунка, 34 таблицы и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов, списка цитируемой литературы (111 наименований).
