Коллектив учёных разработал эффективный одностадийный метод синтеза карбоксилированных полиимидов. Такие полимеры отличаются высокими механическими и диэлектрическими свойствами, в том числе термической, радиационной и химической стойкостью. Они применяются в различных областях, включая электронику, аэрокосмическую, энергетическую, нефтегазовую промышленность и медицину. Предложенный метод синтеза значительно ускоряет и упрощает весь производственный цикл, позволяет создавать полимеры с различными заданными характеристиками. Ученые уверяют, что благодаря их разработке российские компании смогут получать отечественное качественное сырье, свойства которого не уступают иностранным аналогам и даже превосходят их. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal, Q1.
В Менделеевском университете работа по синтезу полиимидов ведется на кафедре химической технологии пластических масс. Технологией элементоорганических и неорганических полимеров здесь занимаются магистрант РХТУ, инженер-исследователь лаборатории высокомолекулярных соединений ИНЭОС РАН Алексей Фоломин.
Алексей Фоломин поясняет:
«В настоящее время термостойкие полимеры широко используются в различных областях высоких технологий, включая электронику, аэрокосмическую, энергетическую, нефтегазовую промышленность и медицину. В частности, карбоксилсодержащие полиимиды (КПИ) находят все больший научный и практический интерес при создании газоразделительных мембран, термоустойчивых покрытий и т. д.»
По словам Алексея, при всех очевидных преимуществах этот класс соединений достаточно сложен в производстве: для синтеза КПИ традиционно используется двухстадийный метод, который имеет существенные недостатки. На первой стадии необходим предварительный синтез полиамидокислот, которые отличаются нестабильностью. Циклизация аминокислоты в полиимид (имидизация) проходит на второй стадии, которая также имеет недостатки: зачастую проходит не полностью, отличается высокой жесткостью покрытий, невозможна без использования дополнительного состава для улучшения адгезии (аппрета).
Предложенный Алексеем Фоломиным и коллегами способ синтеза органорастворимых КПИ позволяет избежать подобных проблем. Он делает возможным получение таких полимеров в короткие сроки (от 1 до 4 часов) в малотоксичном растворителе без традиционно используемого катализатора, минуя стадии выделения и очистки, что в значительной степени упрощает получение и дальнейшее применение КПИ в различных областях.
В частности, коллективом были разработаны и получены лаки на основе КПИ для формирования первичного защитного покрытия оптического волокна. Такое покрытие проще в изготовлении, чем иностранные аналоги, отличается термической и гидролитической стабильностью, обеспечивает более надежную и длительную эксплуатацию конечного продукта.
Алексей Фоломин о широком спектре характеристик получаемых полимеров:
«Работа в рамках данного исследования проводилась в течение последних нескольких лет. На начальном этапе мы исследовали принципиальную возможность получения карбоксилсодержащих полиимидов с использованием 3,5-диаминобензойной кислоты в качестве одного из мономеров. Нами впервые установлено, что синтез не требует введения дополнительного катализатора для получение высокомолекулярных КПИ. Показана универсальность метода для получения широкого круга КПИ различного строения. Было установлено, что на молекулярную массу полученных полимеров сильно влияет влажность при которой проводится синтез. Чем выше влажность, тем хуже свойства. Используя различные мономеры, мы получили карбоксилсодержащие полиимиды с большим разнообразием свойств, таких как высокая тепло- и термостойкость, хорошая растворимость в органических растворителях, высокая прочность пленок и т. п. В последней работе синтезированные нами КПИ использовались в качестве защитных покрытий оптических световодов»
Как пояснил Алексей Фоломин, успешные результаты были получены благодаря налаженному взаимодействию всех членов коллектива, представляющих различные российские научные центры. Сама работа была выполнена в лаборатории высокомолекулярных соединений ИНЭОС РАН, а изготовление оптических волокон с новыми полиимидными покрытиями и их тестирование проводили соавторы работы из Научного центра волоконной оптики им. Е. М. Дианова РАН.
Алексей Фоломин подытожил:
«В настоящее время российские компании остро нуждаются в замещении импортного сырья. Полученные КПИ не уступают по свойствам иностранным аналогам, а некоторые их превосходят. В настоящее время мы планируем проведение дополнительных исследований с целью изучения конкретных полимерных матриц, а также дальнейшее коммерческое масштабирование проекта»
