Цивилизация
имики синтезировали на основе углеводородов норборненового ряда органические пористые полимерные материалы с большой площадью поверхности. Они могут найти применение в качестве модификаторов для газоразделительных мембран и для хранения газов. Исследование поддержано грантом РНФ. Статья опубликована в журнале Polymers.
Химики могут синтезировать вещества с требуемыми свойствами с помощью реакции полимеризации, когда большое количество органических или неорганических мономерных «звеньев» соединяется в длинные макромолекулы, образуя полимерный материал. Свойства полученного вещества зависят как от химического состава звеньев, так и от их взаимного расположения и типа связи. Ученые из Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН синтезировали новые материалы на основе бифункциональных норборненов – сложных молекул углеводородов, содержащих две способные к полимеризации двойные связи.
«Аддитивная полимеризация протекает без разрушения скелета мономера, когда звенья просто последовательно соединяются друг с другом. В качестве мономера можно представить человека, держащего руки вместе на груди. В процессе полимеризации много таких людей раскрывают сложенные руки и сцепляются друг с другом. Мы разработали каталитические системы для полимеризации норборненов, которые работают на воздухе и в присутствии влаги. Сам эксперимент довольно прост: каталитическая система приливается на воздухе к раствору мономера, и начинает протекать реакция с образованием полимера», –– прокомментировал Максим Бермешев, заведующий лабораторией кремнийорганических и углеводородных циклических соединений ИНХС РАН.
Норборнены и их производные применяют для создания ароматических веществ, лекарственных препаратов, высокоэнергетических добавок к ракетному и моторному топливу, полимерных материалов. С помощью полимеров на их основе создаются высокопрозрачные, гасящие вибрации конструкционные материалы, газоразделительные мембраны и т. д. Преимущества норборненов в их уникальной способности к полимеризации по трем различным механизмам, приводящим к образованию полимеров с различной структурой основной цепи и, соответственно, с разными свойствами. Таким образом, из одного мономера можно получать три принципиально разных полимера. Также эти вещества просто модифицировать, что позволяет вводить в полимеры заместители различной химической природы.
Использовав в реакции катализатор на основе палладия, ученые получили сшитые пористые полимеры с высокой удельной поверхностью. До настоящей работы самые высокие значения удельной поверхности (150-780 м2/г) для этого класса полимеров достигли с помощью синтеза содержащих кремний полинорборненов. Ученым удалось достигнуть лучших результатов на более простых и доступных мономерах – олигомерах норборнадиена. Среди всех синтезированных полинорборненов рекордное значение удельной поверхности составило около 1000 м2/г. Такие полимеры могут найти применение в качестве материалов для хранения газов, а также могут быть полезны при создании композиционных материалов и газоразделительных мембран.
«Мы показали возможность управления свойствами таких полимеров путем варьирования природы (структуры) мономеров и условий полимеризации. В частности, в зависимости от выбора катализатора возможно получение микропористых – поры размером до 2 нанометров – или мезопористых – до 50 нанометров – материалов. А размер мономера непосредственно влияет на длину межцепных связей, и от этого зависит архитектура свободного объема в полимере, то есть диаметр и суммарный объем пор», – рассказал Дмитрий Алентьев, младший научный сотрудник ИНХС РАН.
