Сотрудники кафедры физической химии Химического института имени А.М.Бутлерова Казанского федерального университета выяснили, что механизмы полимеризации арилцианатов в твердом состоянии и в расплаве отличаются числом разрываемых кратных связей мономера на стадии, которая определяет скорость протекания процесса.

Результаты исследования, поддержанного Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда, опубликованы в журнале Polymer Chemistry.

Твердофазная полимеризация широко используется для создания полимеров с контролируемой структурой, молекулярной массой и другими параметрами. В промышленности этим методом получают ряд поликарбонатов, полиамидов и полиэфиров различного назначения. Арилцианаты используются для создания полимерных композиционных материалов, применяемых, в частности, в аэрокосмической промышленности.

Как объяснил старший научный сотрудник Химического института имени А. М. Бутлерова КФУ Андрей Галухин, для полимеризации в твердой фазе необходимо, чтобы реакция начиналась при температуре ниже температуры плавления. Однако для некоторых мономеров это условие не выполняется, поэтому такой тип полимеризации для них недоступен. К ним относятся и арилцианаты, обладающие высокой термической, химической и радиационной устойчивостью. Именно благодаря этим свойствам они нашли применение в аэрокосмической промышленности, где их используют в составе композиционных материалов. Высокая стабильность арилцианатов обусловлена наличием ароматических фрагментов 1,3,5-триазина в качестве узлов сшивки полимерных цепей.

Ученые Химического института КФУ первыми изучили полимеризацию арилцианата в твердой фазе. Они предположили, что полимеризация этого вещества в твердом состоянии будет сильно отличатся от того же процесса в расплаве. Авторы исследования синтезировали уникальный мономер, обладающий высокой температурой плавления (403 °С). Поскольку, температура полимеризации этого вещества ниже его температуры плавления, это сделало реакцию в твердой фазе возможной. Детальное изучение процесса и особенностей его протекания с помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии позволило получить важную информацию о кинетике данного процесса.

Удалось выяснить. что механизмы твердофазной полимеризации и полимеризации в расплаве мономера отличаются числом разрываемых кратных связей мономера на стадии, определяющей скорость протекания процесса.

Также, оказалось, что скорость твердофазной полимеризации не зависит от степени превращения мономера, то есть кинетика описывается реакцией нулевого порядка. Причина подобного поведения кроется в топохимической природе процесса , протекающего в плоских кристаллах мономера.

«Арилцианаты играют очень важную роль в авиационной и космической промышленности, где их используют в качестве связующих в композитных материалах для создания различных размеростабильных конструкций. Расширение наших знаний о связи между реакционной способностью этих мономеров и их структурой откроет новые возможности для направленного дизайна материалов с заданными свойствами», – рассказал А.Галухин.