Физико-химические свойства и структурная подвижность сверхсшитых полистиролов - Автореферат

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ имени А.Н. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наукРабота выполнена в лаборатории стереохимии сорбционных процессов Научный консультант: доктор химических наук, профессор Даванков Вадим Александрович ИНЭОС им. Официальные оппоненты: Член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор Куличихин Валерий Григорьевич ИНХС им. Несмеянова РАН доктор химических наук, профессор Чалых Анатолий Евгеньевич ИФХЭ им. Защита состоится «» 2009 в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д002.250.02, в Учреждении Российской академии наукИсследования в области наноструктурированных материалов и нанокомпозитов лежат в основе новой технологии ХХІ века - нанотехнологии и уже позволили перейти к использованию принципиально новых прогрессивных полимерных материалов для наноэлектроники, кластерных катализаторов, нанопленок и др. Среди огромного числа известных полимеров в этом плане особое место занимают сверхсшитые полистиролы, разработанные проф. Сверхсшитые полистиролы обладают уникальными физическими свойствами и отличаются развитой нанопористой структурой и необычно высокой подвижностью полимерной сетки. Оставаясь однофазными материалами, эти полимеры с аномальным свободным объемом, существенно большим, чем в жидкостях, и огромной внутренней удельной поверхностью, порядка 1500 м2/г, способны в несколько раз увеличивать свой объем при поглощении различных органических жидкостей, не только термодинамически совместимых, но и несовместимых с полистиролом. Сверхсшитые полистиролы, позволяя создавать новые, в том числе уникальные сорбционные технологии, в то же время имеют ограниченную по температуре область использования (в пределе, не более 200 ОС).В первом разделе диссертации с использованием литературных данных обсуждаются наиболее существенные аспекты рассматриваемых проблем в области физики полимеров: методы расчета термических характеристик сетчатых полимеров по их химическому строению, структура и динамика сетчатых полимеров, углеродные сорбенты на основе полимеров, магнитные и каталитические нанокомпозиты полимеров с неорганическими соединениями.Во втором разделе обсуждаются структура и свойства полистирольных сеток на основе сополимеров стирола с дивинилбензолом (СПЛ), линейного полистирола, сшитого в растворе бифункциональными кросс-агентами (СП), а также сверхсшитых полистиролов (ССП). Для расчетов основных характеристик полимерных сеток - степени сшивания, свободного объема и температуры стеклования полистирольные сетки рассматриваются в виде повторяющихся фрагментов мономерного звена стирола и мостиков между полимерными цепями. При количественной конверсии 0.5 моля бифункционального кросс-агента (b=0.5) образует 1 моль фрагментов-мостиков, состоящих из двух мономерных стирольных фрагментов с метиленовым звеном между ними, поэтому, число молей фрагмента «k» равно 2b при условии b?0.5 (такая сетка состоит из фрагментов «n» и «k»). Если количество кросс-агента превышает 0.5 моль, линейных фрагментов в составе сетки уже нет, но появляются фрагменты «q» с двумя мостиками на фенильном ядре. Количество узлов Nc в единице объема (см3) (при условии Z<100 %) сетчатого полимера рассчитывалось по формуле: Nc = xc*mk*NA*dap/Mk где: xc - число узлов для фрагмента «k», xc=1 для сшитых по реакции Фриделя-Крафтса полистиролов, xc=2 для сополимеров стирола с ДВБ; dap - кажущаяся плотность; NA - число Авогадро; mk - массовая доля фрагмента с 1 узлом: mk=(Mk*nk)/(Mn*nn Mk*nk) где: Mn, Mk, и nn, nk - молекулярные массы и мольные доли фрагментов «n», «k» соответственно.В данной работе были синтезированы и исследованы четыре группы ССП (всего 51 полимер): - на основе линейного полистирола (Мм=300000), растворенного в дихлорэтане (10 г/100 мл) и сшитого с помощью МХЭ (группа LPS-E), либо КДХ (группа LPS-X), взятых в количестве от 0.2 до 1.0 моля на 1 осново-моль полистирола (формальная степень сшивания Z от 25 до 200 %); %), предельно набухших в дихлорэтане и сшитых с помощью МХЭ - группы CPS(DVB)-E и группа CPS-E соответственно. Вместе с тем, полученные сверхсшитые полистиролы имеют различную топологию полимерной сетки, которая в первую очередь определяется количеством взятого в реакцию сшивающего агента и равновесной концентрацией сшиваемых полимерных цепей ? в исходном набухшем геле сополимера стирола. Чем меньше содержание ДВБ в исходном сополимере стирола, тем выше его набухаемость в дихлорэтане и тем меньше концентрация полимерных цепей, подвергаемых интенсивной сшивке в процессе синтеза ССП (при этом равновесная концентрация полимерных цепей ? в исходном геле зависит от содержания ДВБ нелинейно).