Спосіб механохімічного синтезу поліаніліну або композитного матеріалу на основі каоліну і поліаніліну
Номер патенту: 114302
Опубліковано: 10.03.2017
Формула / Реферат
Спосіб механохімічного синтезу поліаніліну або композитного матеріалу на основі каоліну і поліаніліну, за яким вихідні реагенти подрібнюють до порошкоподібного стану у ступці, який відрізняється тим, що вихідну сполуку аніліну сульфат розтирають упродовж 5 хв, після чого додають амонійпероксодисульфат і знову розтирають упродовж 5 хв, або додатково додають каолін і ще розтирають упродовж 5 хв, отриману суміш вносять в деаеровану аргоном тефлонову прес-форму, прикладають зусилля 50 кГс/см2 упродовж часу, що відповідає досягненню усталеного опору одержаної таблетки.
Текст
Реферат: Спосіб механохімічного синтезу поліаніліну або композитного матеріалу на основі каоліну і поліаніліну, за яким вихідні реагенти подрібнюють до порошкоподібного стану у ступці. Вихідну сполуку анілін сульфат розтирають упродовж 5 хв, після чого додають амонійпероксодисульфат і знову розтирають упродовж 5 хв, або додатково додають каолін і ще розтирають упродовж 5 хв, отриману суміш вносять в деаеровану аргоном тефлонову прес2 форму, прикладають зусилля 50 кГс/см упродовж часу, що відповідає досягненню усталеного опору одержаної таблетки. UA 114302 U (54) СПОСІБ МЕХАНОХІМІЧНОГО СИНТЕЗУ ПОЛІАНІЛІНУ АБО КОМПОЗИТНОГО МАТЕРІАЛУ НА ОСНОВІ КАОЛІНУ І ПОЛІАНІЛІНУ UA 114302 U UA 114302 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фізико-хімічної галузі і може бути використана для синтезу електропровідних полімерів та олігомерних або високомолекулярних кристалічних, наноструктурованих електропровідних полімерів і композитних матеріалів на основі мінеральних оксидів і мінералів як штучного, так і природного походження. Відомий спосіб механохімічного синтезу поліаніліну [Huang J., Moore J., Acquaye H., Kaner R. Mechanochemical Route to the Conducting Polymer Polyaniline //Macromol. - 2005. - Vol. 38. - P. 317-321], за яким суміш солі анілінгідрохлориду, або анілінгідросульфату, або анілінкамфорсульфонату та амонійпероксодисульфату (АПС) розмелюють у герметизованому кульковому млині з нержавіючої сталі при швидкості обертання 600 об/хв в горизонтальному мікромлині марки Pulverizette 7 упродовж 1 год. Однак, цей синтез проводять помелом у спеціальному кульковому млині з нержавіючої сталі, герметизованому для запобігання окиснення аніліну киснем повітря. Необхідність наявності горизонтального мікромлина марки Pulverizette 7. Також при тривалому помелі відбувається механохімічна деструкція поліаніліну. Відомий спосіб механохімічного синтезу електропровідних полімерів, зокрема і поліаніліну [Посудієвський О., Курись Я., Походенко В. Електропровідні спряжені полімери і механохімічний спосіб їх одержання //Патент України, опубл. 10. 07. 2007, Бюл. № 10, 2007], за яким синтез здійснюють розмелюванням суміші реагентів анілінхлориду або анілінсульфату з АПС у планетарному агатовому кульковому млині при 200 об/хв або 300 об/хв при кімнатній температурі в атмосфері аргону або азоту, або повітря упродовж 0,25 год. або 3 год. Продукт у вигляді характерного темно-зеленого порошку ретельно промивають 0,2 Μ водним розчином хлоридної кислоти або 0,2 Μ водним розчином сульфатної кислоти та ацетоном і сушать. Однак, цей спосіб вимагає тривалого часу помелу, спеціального планетарного агатового кулькового млина і атмосфери аргону або азоту для запобігання окиснення аніліну киснем повітря. Також при тривалому помелі у кульковому млині відбувається механохімічна деструкція поліаніліну. Відомий спосіб механохімічного синтезу поліаніліну [C.-F. Zhou, X.-S. Du, Z. Liu, Ringer S.P., Mai Y.-W. Solid phase mechanochemical synthesis of polyaniline branched nanofibers //Synth. Met. 2009. - Vol. 159. - P. 1302-1307], за яким наважку анілінгідрохлориду розтирають товкачиком у ступці упродовж 2 хв, додають наважку FeCl3 і знову розтирають ще 40 хв. Отриманий продукт промивають на фільтрі дистильованою водою і етанолом, доки фільтрат не стає безбарвним. Отриманий продукт висушують. Однак, синтез поліаніліну здійснюють при тривалому ручному режимі перемішування реакційної суміші. При розтиранні відбувається механохімічна деструкція поліаніліну. Відомий спосіб механохімічного синтезу композиту на основі поліаніліну і Naмонтморилоніту (Na-MMT) [Yoshimoto S., Ohashi F., Ohnishi Y., Nonami T. Synthesis of polyanilinemontmorillonite nanocomposites by the mechanochemical intercalation method //Synth. Met. - 2004. Vol. 145. - Ρ. 265-270], за яким суміш анілінхлориду і ММТ розтирають товкачиком в агатовій ступці при кімнатній температурі упродовж 10 хв. Після розтирання до суміші додають АПС і розтирають упродовж 30 хв. Реакційну суміш витримують ще 72 год. при кімнатній температурі. Отриманий темно-зелений порошок промивають дистильованою водою і повторно перемелюють, щоб усунути непрореаговані речовини і побічні продукти реакції. Однак, цей спосіб синтезу є довготривалим і при багаторазовому помелі відбувається механохімічна деструкція як монтморилоніту, так і поліаніліну. Відомий спосіб механохімічного синтезу композитного матеріалу на основі поліаніліну і монтморилоніту [Kalaivasan N., Syed Shafi S. Enhancement of corrosion protection effect in mechanochemically synthesized Polyaniline/MMT clay nanocomposites //Arabian J. Chem. doi:10.1016/j.arabjc. 2012.06.018], за яким суміш монтморилоніту і анілінхлориду розмішують у ступці з 10 мл води і додають окисник АПС. Суміш перемішують упродовж 30 хв і залишають на 72 год. при кімнатній температурі. Після чого отриманий темно-зелений порошок двічі промивають дистильованою водою і повторно фільтрують розчин на воронці Бюхнера, щоб видалити надлишок АПС і інші побічні продукти як от хлорид натрію, отриманий взаємодією NaMMT з анілінхлоридом. Промивання продовжують до безбарвності фільтрату. Кінцевий продукт промивають метанолом, дистильованою водою і розведеною хлоридною кислотою. Однак, для реалізації цього способу синтезу все таки використовують воду, а також він є довготривалим. За таких умов проведення синтезу відбувається механохімічна деструкція як монтморилоніту, так і поліаніліну. Найближчим за технічною суттю - прототипом - є механохімічний синтез поліаніліну і композиту поліаніліну з ММТ [Bekri-Abbes I., Srasra E. Characterization and AC conductivity of polyaniline-montmorillonite nanocomposites synthesized by mechanical/chemical reaction //React. 1 UA 114302 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Funct. Polym. - 2010. - Vol. 70. - P. 11-18], який здійснюють ручним помелом суміші компонентів анілінхлориду і ММТ з наступним додаванням окисника АПС в агатовій ступці до появи зеленого забарвлення, яке є ознакою утворення емеральдинової солі поліаніліну. Полімеризація триває впродовж 24 год. при кімнатній температурі. Отриманий продукт промивають від олігомерів і до безбарвної промивної води і висушують. Однак, такий спосіб синтезу вимагає безперервного ручного розтирання суміші упродовж синтезу і витримування полімеризаційної суміші упродовж 24 год. При розтиранні відбувається механохімічна деструкція як монтморилоніту, так і поліаніліну. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити механохімічний спосіб синтезу поліаніліну або композитного матеріалу на основі каоліну і поліаніліну шляхом додаткового пресування отриманої суміші компонентів, що дасть змогу забезпечити сповільнену дифузію компонентів, зменшити механохімічну деструкцію поліаніліну і композитного матеріалу, одержати кращі структурні, термічні і електропровідні властивості отриманих речовин стосовно таких же характеристик цих речовин, синтезованих іншими способами. Поставлена задача вирішується тим, що у способі механохімічного синтезу поліаніліну або композитного матеріалу на основі каоліну і поліаніліну, за яким вихідні реагенти подрібнюють до порошкоподібного стану у ступці, при цьому вихідну сполуку анілін сульфат розтирають упродовж 5 хв, додають амонійпероксодисульфат і знову розтирають упродовж 5 хв, або додатково додають каолін і ще розтирають упродовж 5 хв, отриману суміш вносять в 2 деаеровану аргоном тефлонову прес-форму, прикладають зусилля 50 кГс/см упродовж часу, що відповідає досягненню усталеного опору одержаної таблетки. Суттєвими відмінностями від прототипу є: - відносна простота синтезу; - зменшення механохімічної деструкції утворюваного поліаніліну; - зменшення механохімічної деструкції природного мінералу; - можливість контролю за перебігом хімічної реакції. Авторами вперше запропоновано використати спосіб механохімічного синтезу з контролем за перебігом хімічного перетворення для встановлення завершення хімічної реакції шляхом вимірювання електричного опору зразка. Креслення Кінетика утворення поліаніліну (крива 1) і композиту каолін/поліанілін (крива 2) у процесі механохімічного синтезу. Для механохімічного синтезу поліаніліну і композиту каолін/поліанілін використовують анілінсульфат, амонійпероксодисульфат і колоїдний каолін. Для синтезу поліаніліну або композиту каолін/поліанілін використовують агатову ступку і самосконструйовану прес-форму з тефлону і двох пуансонів, виготовлених із нержавіючої сталі. Перед синтезом реагенти розтирають в агатовій ступці і одержують порошкоподібну суміш, яку спресовують у таблетки у прес-формі за допомогою лабораторного преса марки КЗФ. Корисна модель ілюструється наступними прикладами: Приклад 1 Для синтезу поліаніліну наважку (1,420 г) анілінсульфату розтирають в агатовій ступці для подрібнення упродовж 5 хв. До розтертого анілінсульфату додають 1,140 г АПС і розтирають суміш упродовж 5 хв. Отриману суміш вносять в деаеровану аргоном тефлонову прес-форму, 2 уводять пуансон і спресовують за допомогою лабораторного преса із зусиллям 50 кгс/см . За кінетикою перебігу синтезу спостерігають за зміною опору таблетованої реакційної суміші за допомогою мультиметра Rigol DM 3068 при температурі 293±1 К. Доступ повітря, а відповідно і кисню є практично відсутній. Кінетична крива зміни опору зразка поліаніліну зображена на кресленні крива 1. Приклад 2 Для синтезу композиту анілінсульфат масою 1,420 г розтирають в агатовій ступці для подрібнення упродовж 5 хв. До розтертого анілінсульфату додають 1,0 г каоліну і розтирають в агатовій ступці упродовж 5 хв. Після чого додають 1,140 г АПС і розтирають суміш упродовж 5 хв. Приготовлену суміш вносять у деаеровану аргоном тефлонову прес-форму, уводять пуансон і спресовують порошкоподібну масу за допомогою лабораторного преса із зусиллям 50 2 кгс/см . За кінетикою перебігу синтезу спостерігають за зміною опору таблетованої реакційної суміші за допомогою мультиметра Rigol DM 3068 при температурі 293±1 К. Доступ повітря, а відповідно і кисню є практично відсутній. Кінетична крива зміни опору зразка композитного матеріалу каолін/поліанілін зображена на кресленні крива 2. Вихід кінетичних кривих на усталене значення електричного опору, який становить ~5 Ом практично слугує ознакою завершення хімічної реакції (Фіг. 1). Як видно з Фіг. 1 для двох 2 UA 114302 U 5 10 випадків синтезу як поліаніліну, так і композитного матеріалу каолін/поліанілін властивий індукційний період тривалістю 20-35 хв, відповідно. За час індукційного періоду відбувається нуклеація макромолекул поліаніліну [Huang J., Moore J., Acquaye H., Kaner R. Mechanochemical Route to the Conducting Polymer Polyaniline //Macromol. - 2005. - Vol. 38. - P. 317-321]. За способом механохімічного синтезу поліаніліну окиснення аніліну контролюється дифузією частинок твердих реагентів, яка відбувається на малі відстані і є обмеженою реакційним об'ємом, а отже сприяє утворенню нанорозмірних структур, особливо за наявності в системі каоліну, який практично слугує матрицею, на поверхні якої в основному і відбувається полімеризація аніліну, яка призводить до утворення шару електропровідного полімеру та олігомерного або високомолекулярного кристалічного, наноструктурованого поліаніліну. Запропонований спосіб механохімічного синтезу поліаніліну або композитного матеріалу поліанілін/каолін є простим і малодеструктивним способом. Наведені результати підтверджують передбачуваний технічний результат. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб механохімічного синтезу поліаніліну або композитного матеріалу на основі каоліну і поліаніліну, за яким вихідні реагенти подрібнюють до порошкоподібного стану у ступці, який відрізняється тим, що вихідну сполуку аніліну сульфат розтирають упродовж 5 хв, після чого додають амонійпероксодисульфат і знову розтирають упродовж 5 хв, або додатково додають каолін і ще розтирають упродовж 5 хв, отриману суміш вносять в деаеровану аргоном 2 тефлонову прес-форму, прикладають зусилля 50 кГс/см упродовж часу, що відповідає досягненню усталеного опору одержаної таблетки. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3
ДивитисяДодаткова інформація
МПК / Мітки
МПК: H01B 1/12, C08G 73/00
Мітки: поліаніліну, композитного, основі, каоліну, механохімічного, матеріалу, синтезу, спосіб
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/5-114302-sposib-mekhanokhimichnogo-sintezu-polianilinu-abo-kompozitnogo-materialu-na-osnovi-kaolinu-i-polianilinu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб механохімічного синтезу поліаніліну або композитного матеріалу на основі каоліну і поліаніліну</a>
Попередній патент: Струмопровідний магнітний композитний матеріал на основі поліаніліну та глауконіту
Наступний патент: Спосіб прогнозування перебігу панкреатиту за поліморфізмом гена cftr (delf508)
Випадковий патент: Модульна електросистема "периметр" для обігріву приміщень