Ситнов С. А., д. х. н. Степин С. Н.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, Российская Федерация

ВЫБОР МЕТОДА КОНТРОЛЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ АНИЛИНА

Интерес к исследованиям электропроводящих полимеров во многом обусловлен возможностью их применения в различных областях науки и техники. Важнейшим представителем этого класса полимеров является полианилин ( ПАНи ), который может быть получен путем относительно несложного химического синтеза [1].

Важным с точки зрения мониторинга за протеканием синтеза полианилина является выбор метода контроля полимеризации. Известно, что мониторинг можно осуществлять путем измерения рН реакционной среды, регистрацией спектров оптического поглощения во времени, а также сравнением зависимостей конверсии мономера и выхода полимера от времени. Однако каждый из перечисленных методов имеет свои достоинства и недостатки.

Данная работа была направлена на апробацию методов контроля синтеза с целью установления оптимального. В процессе синтеза осуществляли измерения рН , окислительно-восстановительного потенциала, фотометрический мониторинг, и визуальное наблюдение за цветом реакционной среды. Метод определения выхода продукта реакции слишком трудоемок для использования в качестве рутинного анализа. Поэтому данный метод в работе не использовался.

Синтез проводили при 25±20С в стеклянном химическом стакане, перемешивание осуществляли с помощью магнитной мешалки ES-6120 фирм ы ООО « Экохим ». Фотометрические кривые снимали на спектрофотометре Proscan МС-122 с границами измерения 350÷1100 нм с шагом 5 нм. Измерения значений рН осуществляли на рН-метре рН-150МИ, снятие значений окислительно-восстановительного потенциала производили с помощью рН-метра Hanna HI-8314, снабженном Red-Ox-электродом, состоящий из хлорсеребряного и платинового электрода.

Эксперимент осуществляли следующим образом: в химический стакан с солевым раствором анилина (в качестве допанта использовали фосфорную кислоту) помещали рН и Red-Ox-электроды и включали магнитную мешалку. Затем в течение 3 с приливали раствор окислителя и записывали значения обоих параметров, параллельно отбирали пробу реакционной массы для снятия кривых оптической плотности, предварительно разбавив ее водой в 50 раз. Измерения всех параметров проводили каждые 5 минут до начала полимеризации (индукционный период), и каждую минуту при протекании синтеза. После перехода синтеза в завершающую, медленную стадию интервал между отбором проб увеличивали.

По значениям, характеризующим максимум оптического поглощения в интервале длин волн 750–800 нм, была построена фотометрическая кривая от времени синтеза в сравнении с показаниями рН и окислительно-восстановительного потенциала.

Как видно из результатов снятия значений всех параметров во времени, приведенных на рис. 1, значения показаний оптической плотности (кривая 1) и окислительно-восстановительного потенциала (кривая 2) идентично описывают протекание процесса полимеризации; мгновенное повышение потенциала обусловлено добавлением раствора окислителя к солевому раствору анилина.

В момент резкого возрастания значений оптической плотности и снижения Red-Ox потенциала происходит характерное изменение синего цвета реакционной массы на зеленый , что свидетельствует об образовании эмеральдиновой формы ПАНи .

Причина поведения кривой рН (резкое падение в начальный момент времени, затем возрастание, проходящее через максимум и повторное снижение показаний) до конца не понятна.

Рис. 1. Зависимость оптической плотности(1), Red-Ox-потенциала(2) и рН (3)

от времени синтеза

Вместе с тем, снятие спектров оптического поглощения является трудоемким процессом и требует больших временных затрат, включающий отбор пробы, ее разбавление и непосредственно снятие кривых. Принимая во внимание, что при исследовании кинетических особенностей процесса адсорбционной полимеризации анилина на поверхности различных субстратов данный способ также может проявить себя некорректно в связи с мутностью суспензии и седиментационных особенностей самого субстрата.

Таким образом, из всех выбранных нами методов контроля за процессом синтеза полианилина наиболее оптимальным является измерение окислительно-восстановительного потенциала реакционной среды ввиду быстроты и простоты снятия значений данного параметра, а также отсутствие контроля побочных процессов при полимеризации.

Список использованных источников:

1. Меньшикова И. П. Композиционные материалы на основе полианилина и полиамидных матриц, их структура и свойства: дис . … канд. хим. наук: спец . 02.00.06 «Высокомолекулярные соединения, химические науки» / И. П. Меньшикова. – М., 2009.– 162 с.