Статья по теме: Неглубоко замороженных

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

Исследования химических реакций в неглубоко замороженных многокомпонентных растворах позволили экспериментально продемонстрировать структурную и фазовую неоднородность этих систем (в том числе и при температурах ниже эвтектических), подтвердить существование в них областей с подвижностью молекул, сравнимой с подвижностью в жидких средах, а также предложить кинетические модели, на количественном уровне описывающие протекание соответствующих реакций и объясняющие экстремальные температурные зависимости скоростей химических процессов в таких системах (см. обзорные работы [3, 19-21]. Было установлено, что неглубоко замороженные многокомпонентные растворы не являются полностью твердыми не только в области фазовой диаграммы между линиями ликвидуса и солидуса, но и значительно ниже последней. Как раз в этих неотвержденных зонах, названных в работе [22] «незамерзшей жидкой микрофазой» (НЖМФ), молекулы обладают достаточно высокой подвижностью. Если реагенты хорошо растворимы, то они концентрируются (в предельном случае - полностью) в НЖМФ.[1, С.72]

Криоролимеризация ненасыщенных мономеров в неглубоко замороженных системах позволяет получать полимерные продукты при использовании различных методов инициирования процесса (химические инициаторы радикального и ионного типов, а также облучение), т. е. с точки зрения механизмов зарождения и роста цепей этот вид полимеризации практически ничем не отличается от известных вариантов полимеризации в растворе. При этом важно отметить, что в таких случаях применение низких температур вовсе не является абсолютно обязательным условием. Необходимо только, чтобы процесс осуществлялся в закристаллизованной системе и в области температур существования НЖМФ, что определяется криоскопическими свойствами растворителя и концентрацией растворенных в нем веществ. Поэтому, когда используется высокоплавкий растворитель, то криополимеризацию соответствующих мономеров можно осуществлять даже при повышенных (по отношению к комнатной) температурах, лишь бы система после введения инициатора в исходный жидкий раствор сразу была закристаллизована. Так, если к раствору стирола в расплавленном нафталине (Т„д +80.6 °С) добавить инициатор (динитрил азоди-изомасляной кислоты или пероксид бензоила), а затем поместить реакционную массу в термостат при 50 °С (AT -30.6°) или 25 °С (AT -55.6°), где она быстро кристаллизуется, то после выдержки и последующего выделения образовавшегося полистирола его молекулярная масса оказывается соответственно в 6.4 и 3.7 раз выше, чем у полимера, синтезированного в среде жидкого нафталина, например, при 90 °С (AT +9.4°) [11, 30]. Эти данные и другие примеры, суммированные.в табл. 1, показывают, во-первых, что полимеризация в замороженных растворах мономеров может проходить при самых разных отрицательных температурах, во-вторых, что в таких условиях возможна как радикальная, так и ионная полимеризация, и, в третьих, что образующиеся макромолекулярные продукты, как правило, имеют более высокие ММ по сравнению с образцами полимеров, синтезированных из тех же исходных растворов в жидких средах. Отметим также, что известны примеры[1, С.77]

Прежде чем перейти к обсуждению полимеризационных процессов в неглубоко замороженных растворах, мы кратко рассмотрим строение таких систем, поскольку именно особенности их структуры во многом определяют свойства той среды, в которой может иметь место этот тип криополимеризации. Следует отметить, что традиционные представления о замороженных растворах как поликристаллических твердых телах при-температурах ниже эвтектических не дают возможности объяснить, например, протекание разнообразных по своему механизму химических реакций в подобных системах. Кроме того, эти представления не позволяют интерпретировать спектроскопические данные (ЭПР, ЯМР) о сохранении высокой подвижности частью молекул растворенного вещества и растворителя вплоть до температур, на десятки градусов ниже точки кристаллизации исходной системы.[1, С.71]

Впервые принципиальная возможность протекания химических реакций в неглубоко замороженных растворах низкомолекулярных веществ была показана в работах [9, 10, 13-16]. В частности, было обнаружено [13] увеличение (по сравнению с реакцией при комнатной температуре) степени гидролиза р-лактамного цикла пенициллина-G и 6-аминопенициллановой кислоты в присутствии щелочных катализаторов в замороженных водных растворах реагентов. При исследовании продуктов реакции были найдены олигомерные 7-8-звенные пептиды, совершенно отсутствовавшие в аналогичном, но не замораживавшемся растворе [9]. Иными словами, олигомеризация протекала только при криогенной обработке, которая интенсифицировала химическую реакцию. По-видимому, это было первое сообщение о поликонденсации в среде замороженного растворителя.[1, С.71]

В этом ключе, ЯМР спектроскопия имеет принципиальное значение при изучении реакций в неглубоко замороженных системах, т. к. позволяет непосредственно (in situ) регистрировать протекание процессов, не размораживая образец. Например, *H ЯМР спектры (рис. 2) замороженного ВзО-раствора акриламида с добавкой М,№-метилен-бис-акриламида и инициатора, записанные через определенные промежутки времени, показывают, что криополимеризация протекает в среде закристаллизованного растворителя, а не на стадиях, соответственно, замораживания или оттаивания [33].[1, С.78]

Заканчивая обсуждение феноменологии и закономерностей процессов криополимеризации и криополиконденсации в неглубоко замороженных растворах мономеров, нужно отметить, что это направление химии полимеров только еще начинает по-настоящему привлекать к себе внимание исследователей. Поэтому многие проблемы следует отнести к пока нерешенным, а возникающие вопросы - к пока остающимися без ответа. Тем не менее, потенциальные возможности данного подхода к синтезу макромолекуляр-ных соединений достаточно высоки, и можно надеяться, что по[1, С.84]

Увеличение выхода полимера в интервале от -10 до -15 °С, скорее всего, как и в случае других криохимических реакций в неглубоко замороженных системах, являлось следствием эффектов криоконцентрирования, тогда как ниже -15 °С уже сказывались и иные факторы. Чем ниже температура (следовательно, меньше объем НЖМФ и поэтому выше концентрация растворенных там веществ), тем все в большей степени очень высокая вязкость реакционной среды, где образуется полимер значительной молекулярной массы (рис. 36), ограничивает диффузию молекул мономера к растущему макрорадикалу. Таким образом, имеет место конкуренция ряда противоположно направленных тенденций. С одной стороны, это криоконцентрирование реагентов, способствующее увеличению скорости процесса и повышению выхода конечного продукта, а также, вероятно, и гель-эффект, уменьшающий подвижность растущих цепей и, как следствие, рекомбинацию макрорадикалов. С другой стороны, это уменьшение эффективности полимеризации при понижении температуры и сильное нарастание вязкости среды по мере формирования полимера, препятствующее подходу «свежих» порций мономера к растущему концу цепи (что по своему результату противоположно влиянию гель-эффекта). Такая конкуренция, очевидно, и служит причиной экстремальной зависимости выхода полимера от температуры замороженной системы.[1, С.83]

Процессы полимеризации и поликонденсации в умеренно замороженных растворах соответствующих мономеров при температурах не ниже, чем несколько десятков градусов от точки замерзания системы, изучены значительно в меньшей степени, чем протекающая при низких и сверхнизких температурах полимеризация витрифицированных или кристаллических мономеров. Характерной особенностью реакций в неглубоко замороженных растворах является то, что такие системы гетерогенны, они состоят как минимум из двух фаз, а химические превращения происходят в незамороженных включениях -так называемой незамерзшей жидкой микрофазе, где криокон-центрирование растворенных веществ очень часто благоприятствует протеканию реакций. Для полимеризации ненасыщенных мономеров в области температур, где возможно существование жидкой микрофазы, в которой концентрируются мономеры, инициаторы и образующийся полимер, температурные зависимости скорости реакции, выхода и молекулярной массы полимерных продуктов, как правило, имеют экстремальный характер.[1, С.68]

Описаны особенности гомо- и сополимеризации циклоолефи-нов и фосфорсодержащих метакрилатов, способствующие получению продуктов с уникальным комплексом свойств. Приводятся данные о роли «сокатализаторов» и строении активных центров в ионно-координационной полимеризации диенов. Представлены результаты по синтезам и свойствам поливинилтетразолов, полиок-симов, фуллеренсодержащих и уретановых полимеров. Обобщены исследования по получению высокомолекулярных соединений в неглубоко замороженных растворах мономеров.[1, С.4]

Синтез полимеров в неглубоко замороженных растворах мономеров[1, С.68]

Синтез полимеров в неглубоко замороженных растворах мономеров[1, С.352]

... отрезано, скачайте архив с полным текстом ! Полный текст статьи здесь