Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Е .А . Перевалова Г.М. Бутов А.Д . Воронина

Работа посвящена изучению реакции привитой сополимеризации поликапроамида и глицидилового эфира метакриловой кислоты в присутствии различных инициирующих систем с целью получения наибольшего выхода привитых сополимеров — перспективных сорбционных материалов.

Статья в формате PDF

426 KB

Целью данного исследования является изучение влияния типа инициирующих систем на выход привитого сополимера (ПСП) поликапроамид и глицидилового эфира метакриловой кислоты (гМА), а также выбор инициирующей системы, перспективной с научной и практической сторон

При использовании метода привитой сополимеризации ПКА не происходит нарушение регулярности строения основной полимерной цепи [1], а распределение привитого сополимера происходит по поверхности модифицируемого волокна, что повышает сцепляемость между волокнами и, как следствие, улучшает последующую переработку.

Для синтеза ПСП различного состава широко применяется инициирование с помощью окислительно - восстановительных систем (ОВС). Особенностью окислительно - восстановительного инициирования является низкая энергия активации - 50,1 -  83,6 кДж/моль, что позволяет проводить сополимеризацию при более низких температурах [2].

Влияние типа ОВС на выход привитого сополимера исследовали на двух системах: Fe ²⁺ - H₂O₂ и Cu ²⁺ - H₂O₂

В обеих системах одним из компонентов является пероксид водорода. Именно он служит источником радикалов. В зависимости от второго компонента ОВС пероксид водорода может быть либо восстановителем, либо окислителем. В системе Cu ²⁺ - H₂O₂  пероксид водорода является восстановителем, а в системе Fe ²⁺ - Н₂ О₂ - окислителем (схема 2).

Распад инициирующих систем на радикалы протекает в соответствии с уравнениями [3]:

Для оценки эффективности каждой из систем провели ряд кинетических исследо

ваний, варьируя следующие факторы: концентрацию растворов Cu ²⁺ и Fe ²⁺, раствора Н₂ О₂ , время и температуру стадии инициирования, оставляя при этом неизменными условия проведения второй стадии - привитой сополимеризации. Кинетику процесса оценивали по приросту выхода ПСП гравитационным методом. Проведенные кинетические исследования позволяют оценить влияние каждого из параметров процесса инициирования на выход ПСП и установить целесообразные интервалы их варьирования.

При изучении влияния содержания ионов двухвалентных меди и железа на волокне было установлено, что данные металлы оказывает каталитическое действие на привитую полимеризацию. С увеличением концентрации растворов солей металлов до 0,007-0,01 моль/л выход ПСП возрастает. При этом было установлено, что в случае  использования системы Fe ²⁺ - Н₂ О₂ выход ПСП примерно на 7-10% выше, чем в случае использования при тех же условиях системы Cu ²⁺ - Н₂ О₂ . Дальнейшее увеличение концентрации растворов металлов не оказывает заметного влияния на количество образовавшегося ПСП. Также было установлено, что избыточное содержание ионов металлов в волокне затрудняет их удаление при промывке и приводит к нежелательной окраске волокна.

Исследования показали, что при увеличении концентрации раствора Н₂О₂ до 0,05 - 0,06 моль/л, количество ПСП возрастает. Дальнейшее увеличение концентрации раствора Н₂О₂ не оказывает заметного влияния на выход ПСП. Кроме того,  при слишком высокой концентрации Н₂ О₂ затрудняется его удаление при промывке волокна, что может привести к нежелательной побочной реакции - гомополимеризации ГМА.

Температура процесса инициирования не должна превышать 25-300 ºС. Общая продолжительность инициирования составляет 50-55 мин. Соблюдая выбранные технологические параметры, было получено модифицированное волокно, содержащее 30- 35 % ПСП.

Проведенные исследования показали, что при использовании системы Fe ²⁺ - H₂O₂  выход ПСП в среднем на 7-10% больше,чем в случае системы Cu ²⁺ - H₂ O₂ , при прочих равных условиях и ее применение позволяет увеличить выход ПСП.

Ранее нами разработан технологический процесс получения модифицированных волокон на основе ПКА [2], в котором предусмотрено многократное использование после укрепления растворов инициаторов, что является крайне важным для практического применения. Проведенные эксперименты показали, что в отработанных растворах инициаторов практически не содержится Fe2+ , тогда как содержание ионов меди (II) практически не изменилось. Уменьшение количества ионов железа можно объяснить тем, что они не восстанавливаются в соответствии с уравнением (2) или протекают вторичные реакции окисления образовавшегося Fe ²⁺ (возможно кислородом, растворенным в воде). Все это делает невозможным многократное использование растворов инициаторов на основе системы Fe ²⁺ — H₂ O₂ . Для многократного использования растворов железа (II) необходимо дополнительно вводить восстановитель, что значительно усложнит процесс, снизит его стабильность и эффективность. Поэтому целесообразней использовать в качестве окислительно-восстановительной системы Cu ²⁺ — Н₂ О₂ .

Список литературы

1. Сугак В.Н. Поверхностное модифицирование высокопрочных нитей на основе ароматических полиамидов // хим. волок- на. — М., 1998. — №3. — С.10–13.
2. Перевалова Е.А., Желтобрюхов В.Ф., Москвичев С.М. Интенсификация процесса получения модифицированного поликапроамидного волокна// Журнал прикладной химии. — 2004. — Т. 77. Вып. 1. — С.148 –151.
3. Долгоплоск Б.А. Окислительно- восстановительные системы как источник свободных радикалов/ Б.А. Долгоплоск, Е.И. Тинякова — М.: Наука, 1972. — 240с.

Библиографическая ссылка