Диэлектрические параметры полимеров и мономеров винилового ряда в микроволновом диапазоне длин волн

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Мономеры: сб. ст. / под ред. В.В. Коршака. Ч. 2. М.: Иностранная литература, 1953. 270 с.

13. 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.

14. Беленький Б.Г., Виленчик Л.З. Хроматография полимеров. М.: Химия, 1978. 345 с.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.