Российские ученые впервые исследовали твердофазную полимеризацию арилцианатов. Эти соединения используются для создания полимерных композиционных материалов, применяемых, в частности, в аэрокосмической промышленности. Исследователи выяснили, что механизмы синтеза полимеров в твердом состоянии и в расплаве отличаются числом разрываемых кратных связей мономера на стадии, которая определяет скорость протекания процесса.

Работа опубликована в журнале Polymer Chemistry. Исследование поддержано Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).

Твердофазная полимеризация широко используется для создания полимеров с контролируемыми структурой, молекулярной массой и другими параметрами. В промышленности с помощью этого метода получают ряд поликарбонатов, полиамидов и полиэфиров самого разного назначения.

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. Они имеют большое значение для аэрокосмической промышленности, где их применяют в составе композиционных материалов. Высокая стабильность арилцианатов обусловлена наличием ароматических фрагментов 1,3,5-триазина в качестве узлов сшивки полимерных цепей.

Ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета впервые изучили полимеризацию арилцианата в твердой фазе. Ученые предположили, что эта реакция для вещества в твердом состоянии будет сильно отличаться 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 его кинетике. Ученые выяснили, что механизмы твердофазной полимеризации и полимеризации в расплаве 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 конструкций со стабильными размерами. Расширение наших знаний о связи между реакционной способностью этих мономеров и их структурой откроет новые возможности для направленного дизайна материалов с заданными свойствами», — прокомментировал Андрей Галухин, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского (Приволжского) Федерального университета.