Синтез и исследование олигобензотриазолилимидов

Миграционная сополимеризация бис-имидов ненасыщенных дикарбоновых кислот с нуклеофилами, такими как диамины, бис-фенолы, бис-меркаптаны, позволяет достаточно легко получать трехмерные гетероциклические полимеры. Такие азотсодержащие термостойкие полимеры представляют практический интерес, поскольку имеют высокие эксплуатационные показатели, а также ввиду доступности исходного сырья. Для получения термостойких полимерных материалов предложен синтез олигобензотриазолилимидов взаимодействием бис-малеимидов с бензотриазолами. Одностадийный синтез в расплаве без выделения побочных продуктов в отсутствии органических растворителей является наиболее приемлемым с технологической и экологической точек зрения. Для поиска оптимальных условий синтеза полимеров был использован метод композиционного ортогонального планирования, где параметром оптимизации была выбрана приведенная вязкость, переменными факторами, влияющими на параметр оптимизации, были исходная концентрация мономеров, продолжительность и температура синтеза. Исследовано строение, свойства и механические характеристики полимеров. Строение олигомеров и полимеров подтверждено данными ИК- и ЯМР-спектроскопии. Проведены эксперименты по использованию экструзионно-прокатной технологии литья для получения композитных материалов на основе олигобензотриазолилимидов. Данная технология получения композиционных материалов увеличивает время нахождения исходных веществ в текучем состоянии. Меньшая скорость отверждения олигомеров способствует тому, что теплота, выделяемая при структурировании, успевает рассеиваться, не вызывая локальных перегревов материала и возникающих вследствие этого механических напряжений. Это улучшает технологические и физико-механические характеристики композитов на основе данных олигомеров. Выявлены оптимальные условия получения полимерных композиций, изучены физико-механические свойства, разработана технология получения материалов, устойчивых к действию агрессивных сред и перепадам температуры.

1. Коршак В.В. Термостойкие полимеры. М.: Наука, 1969. 411 с.

2. Виноградова С.В., Васнев В.А. Поликонденсационные процессы и полимеры. М.: Наука, 2000. 373 с.

3. Бюллер К.-У. Тепло- и термостойкие полимеры / пер с нем. Н.В. Афанасьева, Г.М. Цейтлина. М.: Химия, 1984. 1056 с.

4. Фарион И.А., Могнонов Д.М., Хахинов В.В., Дорошенко Ю.И. Синтез и исследование полибензтриазолимидов // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2000. Т. 42. N 5. С. 734–739.

5. Фарион И.А., Могнонов Д.М., Раднаева Л.Д., Дорошенко Ю.Е. Полигетероарилены на основе бисмалеимидов и 2,2 /-бис-бензимидазолов, синтезируемых через дихлорангидриды бис-о-аминоамидов дикарбоновых кислот // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2002. Т. 44. N 3. С. 516–519.

6. Lin R.-H., Liu Y.-H., Chen Y.-H., Lee A.C., Ho T.H. Morphology controls of the melt blending in a novel highly crosslinked bismaleimide system // European Polymer Journal. 2007. Vol. 43. Issue 10. P. 4197–4209. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2007.08.004

7. Iredale R.J., Ward C., Hamerton I. Modern advances in bismaleimide resin technology: A 21st century perspective on the chemistry of addition polyimides. // Progress in Polymer Science. 2017. Vol. 69. P. 1–21. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2016.12.002

8. Ouchi M., Terashima T., Sawamoto M. Transition Metal-Catalyzed Living Radical Polymerization: Toward Perfection in Catalysis and Precision Polymer Synthesis // Chemical Reviews. 2009. Vol. 109. Issue 11. P. 4963–5050. https://doi.org/10.1021/cr900234b

9. Gall VG. Benzo-bis-triazole polymers. Patent USA, no. 3376233. 1968.

10. Пат. № 2136705, Российская Федерация. Способ получения термостойких полимеров / И.А. Фарион, Д.М. Могнонов, В.В. Хахинов, Е.В. Ленская, О.В. Ту-Ши-Ин; патентообладатель Байкальский институт природопользования СО РАН, Бурятский государственный университет; заявл. 11.06.1997, опубл. 10.09.1999.

11. Katritzky A.R. The continuing magic of benzotriazole: An overview of some recent advances in synthetic methodology // Journal of Heterocyclic Chemistry. 1999. Vol. 36. Issue 6. P. 1501–1522. https://doi.org/10.1002/jhet.5570360611

12. Li Zh., Li T., Fu R., Yang J. Regioselective 1,4-conjugate aza-Michael addition of dienones with benzotriazole // Heterocyclic Communications. 2017. Vol. 23. Issue 4. P. 287–291. https://doi.org/10.1515/hc-2016-0182

13. Lv J., Wu H., Wang Y.M. Organocatalytic enantioselective aza-Michael additions of N-heterocycles to α,β-unsaturated enones // European Journal of Organic Chemistry. 2010. Vol. 41. Issue 36. P. 2073–2083. https://doi.org/10.1002/ejoc.200901227

14. Hou X., Hemit H., Yong J., Nie L., Aisa H.A. Mild and Efficient Procedure for Michael Addition of N-Heterocycles to α,β-Unsaturated Compounds Using Anhydrous K3PO4 as Catalyst // An International Journal for Rapid Communication of Synthetic Organic Chemistry. 2010, Vol. 40. Issue 7. P. 973–979. https://doi.org/10.1080/00397910903029867

15. Физер Л., Физер M. Реагенты для органического синтеза: в 5 т.; пер. с англ. Н.С. Зефирова и др. Т. 4. М.: Mир, 1971. 446 c.

16. Hopewell J.L., Hill D.J.T., Pomery P.J. Electron spin resonance study of the homopolymerization of aromatic bismaleimides // Polymer. 1998. Vol. 39. Issue 23. P. 5601–5607. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(98)00023-8

17. Farion I.A., Mognonov D.M., Il'ina O.V., Bal'zhinov S.A. Crosslinking benzotriazolylimides and polymeric materials on base of them. // Journal of Applied Polymer Science. 2012. Vol. 126. Issue 6. P. 1797–1807. https://doi.org/10.1002/app.34475

18. Могнонов Д.М., Фарион И.А., Аюрова О.Ж., Ильина О.В., Заяханов М.Е., Битуев А.В. О нуклеофильном присоединии 1Н-бензотриазола к малеимидам // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 1. С. 6–12. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-1-6-12

19. Ninan K.N., Krishnan K., Mathew J. Addition polyimides. I. Kinetics of cure reaction and thermal decomposition of bismaleimides // Journal of Applied Polymer Science. 1986. Vol. 32. Issue 7. P. 6033–6042. https://doi.org/10.1002/app.1986.070320731

20. Пат. РФ № 2284214, Российская Федерация. Протонпроводящие композиционные полимерные мембраны и способ их получения / Б.А.Трофимов, Д.М. Могнонов, Т.Г. Ермакова, Н.П. Кузнецова, Г.Ф. Мячина, Л.И. Волкова [и др.]; патентообладатели Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, Байкальский институт природопользования СО РАН; заявл. 04.07.2005, опубл. 27.09.2006.

21. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы (армированные пластики, ВКПМ). 2-е изд., испр. и доп. СПб.: Научные основы и технологии. 2010. 822 с.