Оксіетиленовий алкоксисилільний олігомер як протонпровідна речовина

Реферат: Оксіетиленовий алкоксисилільний олігомер загальної формули: H2 C (AlkO)3Si H2 C H2 C H2 C O H2 C N H2 C R O CH2 HO H2 H2 C O H2 C C N H2 H2 C H2 C C O C H2 3 CH2 OH OH H2C OH CH2 HO HO , де R = 1 OH CH3 O CH3 C H2 C H2 O 0,07 CH3 CH3 + H2 C H2 C O H2 C OH O C H2 C H2 O C H2 C H2 ,67 0 Alk = CH3•C2H5, як протонпровідна речовина для паливних елементів. H2 C O H2 C C H2 , H2 C Si(OAlk) UA 104555 U (12) UA 104555 U UA 104555 U Корисна модель належить до високомолекулярних сполук, отриманих реакцією утворення простого етерного зв'язку в основному ланцюзі макромолекули, які отримані з циклічних простих етерів та інших сполук, а саме до оксіетиленового алкоксисилільного олігомеру загальної формули: 5 H2 C (AlkO)3Si H2 C H2 C O H2 C H2 C H2 H2 C N R O CH2 HO H2 C O H2 C C H2 N H2 C H2 C C O 3 CH2 OH OH H2C C H2 H2 C Si(OAlk) OH CH2 HO HO , де R=1 OH CH3 O CH3 C H2 C H2 O 0,07 CH3 CH3 + H2 C H2 10 15 20 C O H2 C OH O C H2 O C H2 C H2 C H2 0,67 H2 C H2 C O C H2 , Alk=CH3•C2H5, як протонпровідна речовина для паливних елементів. Відомі протонпровідні сполуки з температурою плавлення нижче 100 °C, що складаються з органічних катіонів (наприклад, імідазолій, піридиній, тетраалкілфосфоній, тетраалкіламоній) і неорганічних абo органічних аніонів (наприклад, Сl-, PF6-, BF4-, CF3SO3-, (CF3SO2)2N-, CF3CO2-i т. п.) як речовини для паливних елементів з високою іонною провідністю, для хімічної сепарації, сенсорів, пристроїв акумулювання енергії, електрохромних дисплеях, процесах електролізу води [1-4]. Прототипом корисної моделі є полібензімідазол, який був синтезований конденсацією 3,3діамінобензидину та 2-біс(4-карбоксифеніл)гексафторпропану у поліфосфорній кислоті з рівнем -4 провідності 10 См/см /5/. Задачею корисної моделі є синтез оксіетиленового алкоксисилільного олігомеру як протонпровідної сполуки з достатнім рівнем протонної провідності для паливних елементів. Поставлена задача вирішується синтезом оксіетиленового алкоксисилільного олігомеру загальної формули: H2 C (AlkO)3Si H2 C H2 C O H2 C H2 C HO N H2 H2 C H2 C O CH2 CH2 R O H2 C C N H2 3 OH OH H2C H2 C H2 C C O C H2 H2 C Si(OAlk) OH CH2 HO HO 25 де R=1 1 , UA 104555 U OH CH3 O CH3 C H2 C H2 O 0,07 CH3 CH3 + H2 C C H2 O H2 C OH O O C H2 C H2 C H2 H2 C C H2 0,67 H2 C O C H2 , Alk=CH3•C2H5, та призначений як протонпровідна речовина для паливних елементів Даний олігомер синтезували в дві стадії. 5 3 H2 O O C H2 O R O C + 4 H2N C H2 OH C H2 HO CH2 OH H H2C H2 C HO C H2 N O R C H2 O N C C H2 H2 O 2 C H2 H2 H2 C (AlkO)3Si C C H2 O H2 C H2 C HO N H2 H2 C H2 C O CH2 CH 2 R O 15 C N C H2 OH OH H2C H2 C Si(OAlk) 3 C H2 H2 H2 C H2 C 3 C O C H2 H2 C Si(OAlk) OH CH 2 HO 10 H2 C O H 3 HO , Alk=CH3•C2H5. На першій стадії отримували олігомер з кінцевими вторинними амінними групами реакцією суміші епоксидних сполук (ДЕГ-1:DER-331=2:1) з моноетаноламіном за їх мольного співвідношення 3:4 відповідно в ДМСО (10 % розчин) зв. 80 °C протягом 14 годин до зникнення сигналу епоксидних груп в ІЧ-спектрі. Далі отриманий олігомер обробляли двократним мольним надлишком 3-гліцидоксипропілтриметоксисилану за 80 °C протягом 6 годин. Контроль реакції здійснювали за ІЧ-спектром. Вихід продукту 96 %. Отриманий продукт являє собою прозору в'язку рідину жовтого кольору В ІЧ-спектрі синтезованого олігомеру (фіг. 1) спостерігаються смуги поглинання, обумовлені -1 -1 -1 ν Si-O-C, ν С-О-С, νS=O (1034 см та 1124 см ), ν С-Н зв'язків СН2 груп ((2885-2916) см ), δ С-Н -1 -1 -1 зв'язків СН2 груп (1435 см ), ν О-Н ((3092-3680) см ), ν аr С-Н (2980 см ) та ν аr С-С ((1504-1 1603) см ). 2 UA 104555 U Гідролітичною конденсацією синтезованого оксіетиленового алкоксисилільного олігомеру отримували протонпровідний матеріал - ППМ (табл.) з використанням 0,1 н НСl в кількості, що забезпечує стехіометричне співвідношення води і етоксильних груп та подальшою термообробкою отриманого гелю при 80 °C (2-3) години, при 100 °C 2 години та при 120 °C. 5 Таблиця Склад і фізико-хімічні властивості ППМ Склад Вміст, % мас. 100 100 100 100 100 100 100 Зразок ППМ ППМ ППМ ППМ ППМ прототип прототип 10 15 20 25 30 Температура, °C σdc, См/см 100 80 60 40 20 100 20 4,85•10 -4 1,2•10 -6 2,2•10 -7 1,8•10 -8 3,7•10 -4 10 -8 10 -4 ІЧ-спектр синтезованго матеріалу приведено на фіг. 2. В ньому спостерігаються смуги -1 поглинання, обумовлені коливаннямиνSi-O-Si, νC-O-С, νS=O ((978-1051) см та (1046-1124) см 1 -1 -1 ), νС-Н зв'язків СН2 груп ((2813-2986) см ), δ С-Н зв'язків СН2 груп ((1386-1472) см ) ν Ν-Η, ν ОН -1 -1 -1 ((3159-3727) см ), ν аr С-Н ((300-3126) см ) та ν аr С-С ((1486-1600) см ) [24, 25]. Протонну провідність (σdc) синтезованого олігомеру визначали методом діелектричної релаксаційної спектроскопії в температурному інтервалі 20-100 °C з використанням діелектричного спектрометра на основі моста змінного струму Р5083 з двоелектродним вічком з нержавіючої сталі. Частотний діапазон вимірів складав 0,1-100 кГц. Перед початком дослідження зразки прогрівали до 100 °C протягом 30 хв. в струмі сухого азоту для видалення вологи, сорбованої з повітря. Виміри проводилися в струмі сухого азоту. Таким чином, запропонований оксіетиленовий алкоксисилільний олігомер для паливних елементів, який характеризується таким же порядком протонної провідності в порівнянні з -4 прототипом 10 См/см за температури 50-100 °C, але має більш дешеву сировинну базу для отримання та спосіб його отримання набагато простіший за прототип. Джерела інформації: 1. Hallett J.P., Welton T. Room-temperature ionic liquids: solvents for synthesis and catalysis. 2 // Chem. Rev. 2011. V. 111. № 5. P. 3508. 2. Bideau J.L., Viau L., Vioux A. Ionogels, ionic liquid based hybrid materials // Chem. Soc. Rev. 2011. V. 40. № 2. P. 907. 3. Greaves T.L., Drummond C.J. Protic ionic liquids: properties and applications. // Chem. Rev. 2008. V. 108. № 1. P. 206. 4. Mecerreyes D. Polymeric ionic liquids: broadening the properties and applications of polyelectrolytes // Progr. Polymer Sci. 201 1. V. 36. № 12. P. 1629. 5 Nakai Y., Ito K., Ohno H. Ion conduction in molten salts prepared by terminal-charged PEO derivatives // Solid State Ionics. 1998. V. 113-115. P. 199.- прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Оксіетиленовий алкоксисилільний олігомер загальної формули: H2 C (AlkO)3Si H2 C H2 C O H2 C H2 C HO N H2 H2 C H2 C O CH2 CH2 R O H2 C C N H2 3 OH OH H2C H2 C H2 C C O C H2 H2 C Si(OAlk) OH CH2 HO HO де R = 1 3 , UA 104555 U OH CH3 O CH3 C H2 C H2 O 0,07 CH3 CH3 + H2 C H2 C O H2 C OH O C H2 C H2 O C H2 C H2 0,67 H2 C O H2 C C H2 , Alk = CH3•C2H5, як протонпровідна речовина для паливних елементів. 4 UA 104555 U 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 5