vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/achb.924PUBDQYvuzbiochemi-1275Research ArticleХИМИЧЕСКИЕ НАУКИCHEMICAL SCIENCESДиэлектрические параметры полимеров и мономеров винилового ряда в микроволновом диапазоне длин волнDielectric parameters of polymers and monomers of the vinyl series in the microwave rangehttps://orcid.org/0000-0003-3749-7738АлыеваА. Б.AlyevaA. B.

Алыева Алиса Биняминовна - к.х.н., научный сотрудник.

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

Alisa B. Alyeva - Cand. Sci. (Chemistry).

46, Ulyanov St., Nizhniy Novgorod, 603950

a.alyeva@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4008-3328АнаничеваС. А.AnanichevaS. A.

Ананичева Светлана Андреевна - младший научный сотрудник, Институт прикладной физики РАН, аспирант.

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46; 603022, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

Svetlana A. Ananicheva - Junior Researcher, Institute of Applied Physics RAS, Postgraduate Student, Lobachevsky SU of Nizhniy Novgorod.

46, Ulyanov St., Nizhniy Novgorod, 603950; 23, Gagarin Ave., Nizhniy Novgorod, 603022

bulanova@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4020-7482КрапивницкаяТ. О.KrapivnitckaiaT. O.

Крапивницкая Татьяна Олеговна - ведущий инженер, Институт прикладной физики РАН; аспирант, Уфимский ГНТУ.

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46; 450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Tatiana O. Krapivnitckaia - Leading Engineer, Institute of Applied Physics RAS, Postgraduate Student,Ufa SPTU.

46, Ulyanov St., Nizhniy Novgorod, 603950; 1, Kosmonavtov St., Ufa, 450064

kto@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1275-1026КолякинаЕ. В.KolyakinaE. V.

Колякина Елена Валерьевна - д.х.н., доцент, профессор.

603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

Elena V. Kolyakina - Dr. Sci. (Chemistry), Associate Professor, Professor.

23, Gagarin Ave., Nizhniy Novgorod, 603022

kelena@ichem.unn.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7896-9212ГлявинМ. Ю.GlyavinM. Yu.

Глявин Михаил Юрьевич - д.ф.-м.н., заместитель директора учреждения по научной работе, заведующий отделом электронных приборов.

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

Mikhail Yu. Glyavin - Dr. Sci. (Physics and Mathematics), Deputy Director for Scientific Efforts, Head of the Electronic Devices Department.

46, Ulyanov St., Nizhniy Novgorod, 603950

glyavin@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4334-7680ПаршинВ. В.ParshinV. V.

Паршин Владимир Владимирович - старший научный сотрудник.

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

Vladimir V. Parshin - Senior Researcher.

46, Ulyanov St., Nizhniy Novgorod, 603950

parsh@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9662-4277СеровЕ. А.SerovE. A.

Серов Евгений Александрович - старший научный сотрудник.

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

Evgenii A. Serov - Senior Researcher.

46, Ulyanov St., Nizhniy Novgorod, 603950

serov@ipfran.ruИнститут прикладной физики РАНРоссияInstitute of Applied Physics RASRussian FederationИнститут прикладной физики РАН; Нижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияInstitute of Applied Physics RAS; Lobachevsky State University of Nizhniy NovgorodRussian FederationИнститут прикладной физики РАН; Уфимский государственный нефтяной технический университетРоссияInstitute of Applied Physics RAS; Ufa State Petroleum Technical UniversityRussian FederationНижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияLobachevsky State University of Nizhniy NovgorodRussian Federation202430092024143322329Copyright © Алыева А.Б., Ананичева С.А., Крапивницкая Т.О., Колякина Е.В., Глявин М.Ю., Паршин В.В., Серов Е.А., 20242024Алыева А.Б., Ананичева С.А., Крапивницкая Т.О., Колякина Е.В., Глявин М.Ю., Паршин В.В., Серов Е.А.Alyeva A.B., Ananicheva S.A., Krapivnitckaia T.O., Kolyakina E.V., Glyavin M.Y., Parshin V.V., Serov E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1275

Одной из быстроразвивающихся отраслей химической промышленности является производство полимерных материалов. Совершенствование способов синтеза высокомолекулярных соединений и изучение их физико-химических характеристик относятся к важным задачам синтетической химии. Основным методом получения полимерных материалов на данный момент является радикальная полимеризация, имеющая такие преимущества, как простота реализации процесса, низкая себестоимость, возможность получения широкого круга полимерных материалов. В представленной работе приведены результаты исследований диэлектрических параметров в диапазоне частот 100–200 ГГц (показателя преломления и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ) различных высокомолекулярных соединений (полистирол, поливинилхлорид, поливинилацетат, поливиниловый спирт, полиглицидилметакрилат) – как синтезированных с участием традиционного инициатора динитрила азобисизомасляной кислоты по механизму радикальной полимеризации, так и коммерческих продуктов. Проведен сравнительный анализ поглощающей способности полимеров при комнатной температуре, определены полимеры, имеющие наибольшую и наименьшую поглощающую способность. Зависимость tgδ от частоты для всех исследуемых полимеров имеет линейный характер, причем с увеличением частоты поглощение в полимерах увеличивается. Наибольшее поглощение среди изученных макромолекул имеет полиглицидилметакрилат, при 200 ГГц значение tgδ составляет 0,043, а минимальное значение tgδ, равное 0,0068, зафиксировано у полистирола. Значение показателя преломления для исследованных полимеров изменяется в интервале от 1,09 до 1,39. Также представлены результаты исследований диэлектрических свойств исходных виниловых мономеров (стирол, винилацетат, глицидилметакрилат). Указанные данные представляют практический интерес при разработке подходов к получению полимерных материалов с заданными характеристиками на основе виниловых мономеров методом радикальной полимеризации.

The production of polymeric materials is one of the fast-growing sectors in the chemical industry. Improving methods for synthesizing high-molecular compounds and studying their physicochemical characteristics are important tasks of synthetic chemistry. Radical polymerization is currently the main method for producing polymeric materials. Its advantages involve simplicity and low cost, along with the possibility of obtaining a wide range of polymeric materials. The results of measuring the dielectric parameters of various high-molecular compounds (polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, poly(glycidyl methacrylate)) in the frequency range of 100–200 GHz (refractive index and dielectric loss tangent tgδ) are presented. The compounds under study were both those synthesized by radical polymerization with the participation of the conventional initiator, i.e., azobisisobutyric acid dinitrile, and commercial products. The absorption capacity of polymers at room temperature was compared. Polymers with the highest and lowest absorption capacity were determined. The dependence of tgδ on frequency for all the polymers under study is linear, with absorption in the polymers increasing with frequency. Poly(glycidyl methacrylate) exhibits the highest absorption among the studied macromolecules with tgδ being equal to 0.043 at 200 GHz. The minimum tgδ value of 0.0068 was found for polystyrene. For the polymers under study, the refractive index value varies in the range from 1.09 to 1.39. In addition, dielectric properties of the original vinyl monomers (styrene, vinyl acetate, glycidyl methacrylate) were studied. The results are of interest when developing approaches to obtaining polymeric materials with specified characteristics based on vinyl monomers by the method of radical polymerization.

измерение диэлектрических характеристикспектрометр на основе открытого резонатораполистиролполивинилхлоридполиглицидилметакрилатполивинилацетатmeasurement of dielectric characteristicsopen resonator spectrometerpolystyrenepolyvinyl chloridepoly(glycidyl methacrylate)polyvinyl acetateИсследование выполнено при поддержке государственного задания Института прикладной физики РАН на проведение научных исследований по теме № FFUF-2024-0027The research was carried out with the support of the state assignment of the Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences for scientific research on topic no. FFUF-2021-0001ReferencesBraun D., Cherdron H., Rehahn M., Ritter H., Voit B. Polymer synthesis: theory and practice. Berlin – Heidelberg: Springer-Verlag, 2013. 404 p. DOI: 10.1007/978-3-642-28980-4.Braun D., Cherdron H., Rehahn M., Ritter H., Voit B. Polymer synthesis: theory and practice. Berlin – Heidelberg: Springer-Verlag; 2013, 404 p. DOI: 10.1007/978-3-642-28980-4.Jiang L., Huang W., Xue X., Yang H., Jiang B., Zhang D., et al. Radical polymerization in the presence of chain transfer monomer: an approach to branched vinyl polymers // Macromolecules. 2012. Vol. 45, no. 10. P. 4092–4100. DOI: 10.1021/ma300443g.Jiang L., Huang W., Xue X., Yang H., Jiang B., Zhang D., et al. Radical polymerization in the presence of chain transfer monomer: an approach to branched vinyl polymers. Macromolecules. 2012;45(10):4092-4100. DOI: 10.1021/ma300443g.Shameem M.M., Sasikanth S.M., Annamalai R., Ganapathi Raman R. A brief review on polymer nanocomposites and its applications // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 45. P. 2536–2539. DOI: 10.1016/j. matpr.2020.11.254.Shameem M.M., Sasikanth S.M., Annamalai R., Ganapathi Raman R. A brief review on polymer nanocomposites and its applications. Materials Today: Proceedings. 2021;45:2536-2539. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.11.254.Лебедева О.В., Сипкина Е.И. Полимерные композиты и их свойства // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 2. C. 192–207. DOI: 10.21285/2227-2925-2022-12-2-192-207. EDN: BSBTTQ.Lebedeva O.V., Sipkina E.I. Polymer composites and their properties. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2022;12(2):192-207. (In Russian). DOI: 10.21285/2227-2925-2022-12-2-192-207. EDN: BSBTTQ.Wietzke S., Jansen C., Jung T., Reuter M., Baudrit B., Bastian M., et al. Terahertz time-domain spectroscopy as a tool to monitor the glass transition in polymers // Opt Express. 2009. Vol. 17, no. 21. P. 19006–19014. DOI: 10.1364/OE.17.019006.Wietzke S., Jansen C., Jung T., Reuter M., Baudrit B., Bastian M., et al. Terahertz time-domain spectroscopy as a tool to monitor the glass transition in polymers. Opt Express. 2009;17(21):19006-19014. DOI: 10.1364/OE.17.019006.Fedulova E.V., Nazarov M.M., Angeluts A.A., Kitai M.S., Sokolov V.I., Shkurinov A.P. Studying of dielectric properties of polymers in the terahertz frequency range // Saratov Fall Meeting 2011: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIII. 2012. Vol. 8337. P. 833701. DOI: 10.1117/12.923855.Fedulova E.V., Nazarov M.M., Angeluts A.A., Kitai M.S., Sokolov V.I., Shkurinov A.P. Studying of dielectric properties of polymers in the terahertz frequency range. Saratov Fall Meeting 2011: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIII. 2012;8337:833701. DOI: 10.1117/12.923855.Mumtaz M., Mahmood A., Khan S.D., Zia M.A., Ahmed M., Ahmad I. Investigation of dielectric properties of polymers and their discrimination using terahertz time-domain spectroscopy with principal component analysis // Applied Spectroscopy. 2017. Vol. 71, no. 3. P. 456–462. DOI: 10.1177/0003702816675361.Mumtaz M., Mahmood A., Khan S.D., Zia M.A., Ahmed M., Ahmad I. Investigation of dielectric properties of polymers and their discrimination using terahertz time-domain spectroscopy with principal component analysis. Applied Spectroscopy. 2017;71(3):456-462. DOI: 10.1177/0003702816675361.D’Angelo F., Mics Z., Bonn M., Turchinovich D. Ultrabroadband THz time-domain spectroscopy of common polymers using THz air photonics // Opt Express. 2014. Vol. 22, no. 10. P. 12475–12485. DOI: 10.1364/OE.22.012475.D’Angelo F., Mics Z., Bonn M., Turchinovich D. Ultra-broadband THz time-domain spectroscopy of common polymers using THz air photonics. Opt Express. 2014;22(10):12475-12485. DOI: 10.1364/OE.22.012475.Farman N., Mumtaz M., Mahmood M.A., Khan S.D., Zia M.A., Raffi M., et al. Investigation of optical and dielectric properties of polyvinyl chloride and polystyrene blends in terahertz regime // Optical Materials. 2020. Vol. 99. P. 109534. DOI: 10.1016/j.optmat.2019.109534.Farman N., Mumtaz M., Mahmood M.A., Khan S.D., Zia M.A., Raffi M., et al. Investigation of optical and dielectric properties of polyvinyl chloride and polystyrene blends in terahertz regime. Optical Materials. 2020;99:109534. DOI: 10.1016/j.optmat.2019.109534.Sahin S., Nahar N.K., Sertel, K. Dielectric properties of low-loss polymers for mmW and THz applications // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2019. Vol. 40. P. 557–573. DOI: 10.1007/s10762-019-00584-2.Sahin S., Nahar N.K., Sertel, K. Dielectric properties of low-loss polymers for mmW and THz applications. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2019;40:557-573. DOI: 10.1007/s10762-019-00584-2.Вайсбергер А., Проскауэр Э., Риддик Дж., Тупс Э. Органические растворители. Физические свойства и методы очистки / пер. с англ. М.: Издательство иностранной литературы, 1958. 519 с.Weissberger A., Proskauer E.S., Riddick J.A., Toops E.E. Organic Solvents. Physical properties and methods of purification. New York: Interscience Publishers; 1955, 552 p. (Russ. ed.: Organicheskie rastvoriteli. Fizicheskie svoistva i metody ochistki. Moscow: Izdatel’stvo inostrannoi literatury; 1958, 519 p.).Мономеры: сб. ст. / под ред. В.В. Коршака. Ч. 2. М.: Иностранная литература, 1953. 270 с.Korshak V.V. Monomers. Part 2. Moscow: Inostrannaya literatura; 1953, 270 p. (In Russian).Emmons W.D. The preparations and properties of oxaziranes // Journal of the American Chemical Society. 1957. Vol. 79, no. 21. P. 5739–5744. DOI: 10.1021/ja01578a043.Emmons W.D. The preparations and properties of oxaziranes. Journal of the American Chemical Society. 1957;79(21):5739-5744. DOI: 10.1021/ja01578a043.Беленький Б.Г., Виленчик Л.З. Хроматография полимеров. М.: Химия, 1978. 345 с.Belen’kii B.G., Vilenchik L.Z. Chromatography of polymers. Moscow: Khimiya; 1978, 345 p. (In Russian).Паршин В.В., Третьяков М.Ю., Кошелев М.А., Серов Е.А. Аппаратурный комплекс и результаты прецизионных исследований распространения миллиметровых и субмиллиметровых волн в конденсированных средах и атмосфере // Известия вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52. N 8. C. 583–594. EDN: JVKTVI.Parshin V.V., Tretyakov M.Yu., Koshelev M.A., Serov E.A. Instrumental complex and the results of precise measurements of millimeterand submillimeter-wave propagation in condensed media and the atmosphere. Izvestiya vuzov. Radiofizika. 2009;52(8):583-594. (In Russian). EDN: JVKTVI.Parshin V.V., Tretyakov M.Yu., Koshelev M.A., Serov E.A. Modern resonator spectroscopy at submillimeter wavelengths // IEEE Sensors Journal. 2013. Vol. 13, no. 1. P. 18–23. DOI: 10.1109/JSEN.2012.2215315.Parshin V.V., Tretyakov M.Yu., Koshelev M.A., Serov E.A. Modern resonator spectroscopy at submillimeter wavelengths. IEEE Sensors Journal. 2013;13(1):18-23. DOI: 10.1109/JSEN.2012.2215315.Власов С.Н., Копосова Е.В., Мазур А.Б., Паршин В.В. Об измерении диэлектрической проницаемости резонансным методом // Известия вузов. Радиофизика. 1996. Т. 39. N 5. C. 615.Vlasov S.N., Koposova E.V., Mazur A.B., Parshin V.V. On measuring dielectric permittivity by the resonance method. Izvestiya vuzov. Radiofizika. 1996;39(5):615. (In Russian).Parshin V.V., Serov E.A., Vodopyanov A.V., Mansfeld D.A. Method to measure the dielectric parameters of powders in subterahertz and terahertz ranges // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2021. Vol. 11, no. 4. P. 375–380. DOI: 10.1109/TTHZ.2021.3076698.Parshin V.V., Serov E.A., Vodopyanov A.V., Mansfeld D.A. Method to measure the dielectric parameters of powders in subterahertz and terahertz ranges. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2021;11(4):375-380. DOI: 10.1109/TTHZ.2021.3076698.Паршин В.В., Серов Е.А. Резонансный метод исследования диэлектрических жидкостей в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн // Известия вузов. Радиофизика. 2011. Т. 54. N 8-9. C. 701–707. EDN: OKXUWZ.Parshin V.V., Serov E.A. Resonance method for studying dielectric liquids in millimeter and submillimeter ranges of wavelengths. Izvestiya vuzov. Radiofizika. 2011;54(8-9):701-707. (In Russian). EDN: OKXUWZ.Зеленцова Н.В., Зеленцов С.В., Кузнецов М.В. Инициирование полимеризации виниловых мономеров микроволновым излучением малой интенсивности // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2002. Т. 44. N 9. С. 1595–1597. EDN: QMKNAA.Zelentsova N.V., Zelentsov S.V., Kuznetsov M.V. Initiation of vinyl polymerization by low-intensity microwave radiation. Vysokomolekulyarnye soedineniya. Seriya B. 2002;44(9):1595-1597. (In Russian). EDN: QMKNAA.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.