Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2738607C1 - Method of producing low-density super-cross-linked monolithic polymers - Google Patents

Method of producing low-density super-cross-linked monolithic polymers Download PDF

Info

Publication number
RU2738607C1
RU2738607C1 RU2019140662A RU2019140662A RU2738607C1 RU 2738607 C1 RU2738607 C1 RU 2738607C1 RU 2019140662 A RU2019140662 A RU 2019140662A RU 2019140662 A RU2019140662 A RU 2019140662A RU 2738607 C1 RU2738607 C1 RU 2738607C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer
polymers
cross
poly
density
Prior art date
Application number
RU2019140662A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Валерьянович Пастухов
Александр Алексеевич Акунец
Наталия Глебовна Борисенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН)
Priority to RU2019140662A priority Critical patent/RU2738607C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738607C1 publication Critical patent/RU2738607C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26Synthetic macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of high-porous low-density polymer materials. Method of producing low-density super cross-linked polymers by cross-linking polymer chains in polymer solutions in an organic solvent from the class of chloroalkanes with bifunctional cross-agents in the presence of a Friedel-Crafts catalyst differs from the closest analogue in that monolithic samples of high-porous mesh polymers with low density are used: rigid-chain linear polymers containing aromatic rings: poly-alpha-methylstyrene, oligophenylmethylsiloxane, poly-2-vinylnaphthalene, poly-N-vinylcarbazole, polyacenaphthylene; method includes cross-linking polymer chains in polymer solutions with concentration of 1–2 wt. %; bifunctional cross-linking compounds used are bis-chloromethyl derivatives of diphenyl or benzene in amount of 1.5–2 mol per 1 mole of the repeating unit of the polymer; solvent is removed from polymer organic gels after synthesis by lyophilic drying from benzene and by supercritical drying from carbon dioxide.
EFFECT: invention increases porosity, specific surface area and micropore volume.
1 cl, 4 tbl, 6 ex, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к области получения высокопористых полимерных материалов малой плотности, используемых в сорбционных технологиях, в газожидкостной хроматографии, в процессах газоразделения, в экспериментальных исследованиях, связанных с проблемой инерциального термоядерного синтеза (ИТС) (взаимодействие веществ с излучениями высокой мощности - лазерного и ионного).The invention relates to the field of obtaining highly porous polymeric materials of low density used in sorption technologies, in gas-liquid chromatography, in gas separation processes, in experimental studies related to the problem of inertial thermonuclear fusion (ICF) (interaction of substances with high-power radiation - laser and ion).

Уровень техникиState of the art

Получение и интенсивное исследование новых типов микропористых и мезопористых полимеров закономерно приводит к расширению области их практического использования, в частности для сорбции и разделении газов, в качестве катализаторов, субстратных сенсоров, в хроматографии, в различных промышленных сорбционных технологиях (очистка воды, селективная сорбция биологически-активных и других органических соединений в фармацевтической промышленности). Исследования физических процессов при взаимодействии мощного лазерного излучения с пористыми материалами различных классов - новая область применения пористых полимеров. Эти исследования являются одним из важных направлений экспериментальных и теоретических исследований для решения проблем инерциального термоядерного синтеза (ИТС). Поэтому создание новых высокопористых материалов для лазерных мишеней имеет важное фундаментальное и прикладное значение. Такие материалы необходимы для создания устойчивого процесса имплозии мишени на границе скачка плотности, а также увеличения эффективности микровзрывов и термоядерного горения. Новые материалы для лазерных мишеней должны иметь особые свойства - нанопористую структуру и равномерный градиент плотности в микромасштабе лазерной мишени. Особый интерес представляют полимерные материалы с низкой плотностью (от 200 до 0,5 мг/см3), необходимые для экспериментов лазерного и тяжело-ионного инерциального синтеза [Orekhov A.S., Akunets А.А., Borisenko L.A., Gromov A.I., Merkuliev Yu. A., Pimenov V.G. Modern trends in low-density materials for fusion / Journal of Physics: Conference Series (2016) 012080, doi: 10.1088/1742-6596/688/1/012080; Kaur Ch., Chaurasia Sh., Borisenko N.G., Orekhov A.S., Leshma P., Pimenov V. G., Sklizkov G.V. Interaction of high-power laser radiation with low-density polymer aerogels / Quantum electronics, 2017, 47, N6, p. 495-502. doi: 10.1070/QEL16292].Obtaining and intensive research of new types of microporous and mesoporous polymers naturally leads to the expansion of the field of their practical use, in particular for sorption and separation of gases, as catalysts, substrate sensors, in chromatography, in various industrial sorption technologies (water purification, selective sorption of biological active and other organic compounds in the pharmaceutical industry). Investigation of physical processes in the interaction of high-power laser radiation with porous materials of various classes is a new area of application for porous polymers. These studies are one of the important areas of experimental and theoretical research for solving the problems of inertial thermonuclear fusion (ITS). Therefore, the creation of new highly porous materials for laser targets is of great fundamental and applied importance. Such materials are necessary to create a stable process of target implosion at the boundary of the density jump, as well as to increase the efficiency of microexplosions and thermonuclear combustion. New materials for laser targets should have special properties - a nanoporous structure and a uniform density gradient in the microscale of the laser target. Of particular interest are polymeric materials with a low density (from 200 to 0.5 mg / cm 3 ) required for experiments in laser and heavy-ion inertial synthesis [Orekhov AS, Akunets AA, Borisenko LA, Gromov AI, Merkuliev Yu. A., Pimenov VG Modern trends in low-density materials for fusion / Journal of Physics: Conference Series (2016) 012080, doi: 10.1088 / 1742-6596 / 688/1/012080; Kaur Ch., Chaurasia Sh., Borisenko NG, Orekhov AS, Leshma P., Pimenov VG, Sklizkov GV Interaction of high-power laser radiation with low-density polymer aerogels / Quantum electronics, 2017, 47, N6, p. 495-502. doi: 10.1070 / QEL16292].

Исследования процессов формирования плазмы при воздействии интенсивного лазерного излучения с малоплотными средами показали существенное влияние структурных особенностей материала мишени на устойчивость плазмы. При этом, процессы образования и развития гидродинамических возмущений в плазме связаны со структурой материала: размером структурных элементов, размером ячеек-пустот, их геометрической формой и т.д. В настоящее время, в лазерных экспериментах широко используются металлические, например беррилиевые пены, углеродные и полимерные малоплотные материалы (ПММ), в основном на основе эфиров целлюлозы, акрилатных и резорцин-формальдегих композиций [Nagai К., Musgrave C.S.A., Nazarov W. A review of low density porous materials used in laser plasma experiments / Physics of plasma, 2018, 25, 030501. doi: 10.1063/1.5009689].Studies of plasma formation processes under the action of intense laser radiation with low-density media have shown a significant effect of the structural features of the target material on the plasma stability. At the same time, the processes of formation and development of hydrodynamic disturbances in plasma are associated with the structure of the material: the size of structural elements, the size of the cells-voids, their geometric shape, etc. Currently, in laser experiments, metal, for example, berryl foams, carbon and polymer low-density materials (PMM), mainly based on cellulose ethers, acrylate and resorcinol-formaldehyde compositions are widely used [Nagai K., Musgrave CSA, Nazarov W. A review of low density porous materials used in laser plasma experiments / Physics of plasma, 2018, 25, 030501. doi: 10.1063 / 1.5009689].

Основным преимуществом «полимерных пен» является экстремально низкая плотность образцов, до 0,5 мг/см3, что позволяет проводить эксперименты на действующих в настоящее время лазерных установках. Вместе с тем, большинство известных ПММ имеют волокнистую структуру с неоднородным распределением в пространстве элементов структуры и ячеек-пустот (пор), что может провоцировать развитие неустойчивости плазмы при воздействии лазерного импульса на такие материалы. В связи с этим, актуальным является поиск новых ПММ с однородной микроячеистой структурой.The main advantage of "polymer foams" is the extremely low density of the samples, up to 0.5 mg / cm 3 , which makes it possible to carry out experiments on the currently operating laser facilities. At the same time, most of the known PMMs have a fibrous structure with an inhomogeneous distribution of structural elements and void cells (pores) in space, which can provoke the development of plasma instability when such materials are exposed to a laser pulse. In this regard, the search for new PMMs with a homogeneous microcellular structure is urgent.

Пористые сшитые полимеры хорошо известны и находят различные области применения [Hodge P., Sherrington D.С. Syntheses and Separations using Functional Polymers. Wiley, New York, 1989; Yu C., Xu M.C., Svec F., Frechet J. MJ. / J. Polym. ScL, Polym. Chem. 2002, 40, р. 755-769]. В отличие от гелевых полимеров с небольшой степенью сшивки, которые становятся пористыми, когда набухают в растворителях, сильно сшитые полимеры имеют постоянную пористую структуру, которая образуется при их синтезе и сохраняется в сухом состоянии [Sherrington D.C. / Chem. Commun. 1998, р. 2275-2286]. В современных методах высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) часто используют колонки, заполненные пористыми полимерными гранулами [Xu М.С., Brahmachary Е., Janco М., Ling F.H., Svec F., Frechet J.M.J. / J. Chromatogr. A, 2001, 928, р. 25-40]. В таких колонках поток подвижной фазы проходит относительно беспрепятственно между гранулами, тогда как движение жидкости в пористой структуре самих гранул затруднено. Для больших молекул диффузия в поры может быть очень медленной, что вызывает значительное расширение регистрируемого хроматографического пика. Для повышения эффективности разделения смеси органических соединений с большой молекулярной массой применяют колонки большой длины. Кроме того, скорости потока должны быть низкими, что значительно увеличивает время анализа. Перспективным подходом для решения этой проблемы стало использование пористых полимеров монолитного типа [Svec F., Frechet J.M. J. / Science 1996, 273, 205-211; Peters E.C., Svec F., Frechet J.M.J. / Adv. Mater. 1999, 11, p. 1169-1181]. Такие полимерные материалы применяются в аналитической химии, включая высокоэффективную жидкостную и мембранную хроматографию [патент США №8586641, публ. 19.11.2013; Xie S., Svec F., Frechet J.M.J. / J. Chromatogr. A 1997, 775, p. 65-72; Tennikov M.B., Gazdina N.V., Tennikova Т. В., Svec F. / J. Chromatogr. A 1998, 798, p. 55-64], капиллярную электрохроматографию [Peters E.C., Petro M., Svec F., Frechet J.M.J. / Anal. Chem. 1997, 69, p. 3646-3649], микрофлюидику [Yu C., Xu M.C., Svec F., Frechet J.M.J. / J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2002, 40, p. 755-769], молекулярный импринтинг [Whitcombe M.J., Vulfson E.N. / Adv. Mater. 2001, 13, p. 467-478] высокопроизводительные биореакторы [Petro M., Svec F., Frechet J. M.J. / Biotechnol. Bioeng. 1996, 49, p. 355-363].Porous crosslinked polymers are well known and find various applications [Hodge P., Sherrington D.C. Syntheses and Separations using Functional Polymers. Wiley, New York, 1989; Yu C., Xu M.C., Svec F., Frechet J. MJ. / J. Polym. ScL, Polym. Chem. 2002, 40, p. 755-769]. Unlike gel polymers with a low degree of crosslinking, which become porous when swollen in solvents, highly crosslinked polymers have a permanent porous structure that forms during their synthesis and remains dry [Sherrington D.C. / Chem. Commun. 1998, p. 2275-2286]. In modern methods of high performance liquid chromatography (HPLC), columns filled with porous polymer beads are often used [Xu M.S., Brahmachary E., Janco M., Ling F.H., Svec F., Frechet J.M.J. / J. Chromatogr. A, 2001, 928, p. 25-40]. In such columns, the flow of the mobile phase passes relatively unimpeded between the granules, while the movement of liquid in the porous structure of the granules themselves is hindered. For large molecules, diffusion into the pores can be very slow, which causes a significant expansion of the recorded chromatographic peak. Long columns are used to increase the separation efficiency of a mixture of organic compounds with high molecular weight. In addition, the flow rates must be low, which significantly increases the analysis time. A promising approach to solving this problem was the use of porous monolithic polymers [Svec F., Frechet J.M. J. Science 1996,273,205-211; Peters E.C., Svec F., Frechet J.M.J. / Adv. Mater. 1999, 11, p. 1169-1181]. Such polymeric materials are used in analytical chemistry, including high performance liquid and membrane chromatography [US patent No. 8586641, publ. 11/19/2013; Xie S., Svec F., Frechet J.M.J. / J. Chromatogr. A 1997, 775, p. 65-72; Tennikov M.B., Gazdina N.V., Tennikova T. B., Svec F. / J. Chromatogr. A 1998, 798, p. 55-64], capillary electrochromatography [Peters E.C., Petro M., Svec F., Frechet J.M.J. / Anal. Chem. 1997, 69, p. 3646-3649], microfluidics [Yu C., Xu M.C., Svec F., Frechet J.M.J. / J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2002, 40, p. 755-769], molecular imprinting [Whitcombe M.J., Vulfson E.N. / Adv. Mater. 2001, 13, p. 467-478] high-performance bioreactors [Petro M., Svec F., Frechet J. M.J. / Biotechnol. Bioeng. 1996, 49, p. 355-363].

Среди известных пористых полимерных материалов сверхсшитые полимеры занимают особое место, так как представляют собой фундаментально-новые полимерные материалы с уникальными свойствами.Among the known porous polymeric materials, hypercrosslinked polymers occupy a special place, since they are fundamentally new polymeric materials with unique properties.

Способ получения сверхсшитых полимеров стирола впервые предложен Даванковым В.А., Цюрупой М.П. и Рогозиным С.В. [патент США №3729457, публ. 24.04.1973]. Сверхсшитые полимеры стирола, в этом патенте названные макросетчатыми полимерами стирола, получены методом сшивания линейных цепей полистирола в растворе бифункциональными реагентами (бис(хлорметил)дифенил, пара-ксилилендихлорид) по реакции Фриделя-Крафтса. Для получения сверхсшитого полистирола в другом патенте [авторское свидетельство СССР №948110, публ. 23.04.1983] авторы используют менее токсичный кросс-агент диметилформаль.A method for producing hypercrosslinked styrene polymers was first proposed by V.A. Davankov, M.P. Tsyurupa. and Rogozin S.The. [US patent No. 3729457, publ. 04.24.1973]. Hypercrosslinked styrene polymers, in this patent called macroreticular styrene polymers, were obtained by crosslinking linear polystyrene chains in solution with bifunctional reagents (bis (chloromethyl) diphenyl, para-xylylene dichloride) according to the Friedel-Crafts reaction. To obtain hypercrosslinked polystyrene in another patent [USSR author's certificate No. 948110, publ. 04/23/1983] the authors use the less toxic cross-agent dimethylformal.

В сухом состоянии сверхсшитые полистиролы имеют низкую плотность (высокую пористость), вследствие неплотной упаковки цепей в жесткой и гомогенной полимерной сетке, образованной до начала фазового разделения в ходе синтеза. Структура этих сорбентов представляет собой полимерную сетку, обладающую огромной внутренней поверхностью (до 1900 м2/г) и способную набухать в любых органических и неорганических растворителях, а также, что наиболее важно, имеющую стабильный набор нанопор (1,5-50 нм, в зависимости от сорта сорбента) [упомянутый патент США №3729457; Davankov V.A., Tsyurupa М.Р. Structure and properties of hypercrosslinked polystyrene - the first representative of a new class of polymer networks / Reactive Polym., 1990, v. 13, p. 27-43; Davankov V.A., Tsyurupa M.P. Structure and properties of porous hypercrosslinked polystyrene sorbents Styrosorb / Pure and Appl. Chem. 1989, V. 61, N11, p. 1881-1888; Tsyurupa M.P., Davankov V.A. Porous structure of hypercrosslinked polystyrene: State-of-the-art mini-review / Reactive & Functional Polymers. 2006, 66, p. 768-779].In the dry state, hypercrosslinked polystyrenes have a low density (high porosity) due to the loose packing of chains in a rigid and homogeneous polymer network formed prior to the onset of phase separation during synthesis. The structure of these sorbents is a polymer network having a vast inner surface (up to 1900 m 2 / g) and swellable in any of organic and inorganic solvents, as well as, most importantly, having a stable set of nanopores (1,5-50 nm, depending on the type of sorbent) [mentioned US patent No. 3729457; Davankov VA, Tsyurupa M.R. Structure and properties of hypercrosslinked polystyrene - the first representative of a new class of polymer networks / Reactive Polym., 1990, v. 13, p. 27-43; Davankov VA, Tsyurupa MP Structure and properties of porous hypercrosslinked polystyrene sorbents Styrosorb / Pure and Appl. Chem. 1989, V. 61, N11, p. 1881-1888; Tsyurupa MP, Davankov VA Porous structure of hypercrosslinked polystyrene: State-of-the-art mini-review / Reactive & Functional Polymers. 2006, 66, p. 768-779].

Сверхсшитые полистиролы обладают уникально высокой сорбционной емкостью по отношению к органическим веществам, находящимся в водных или воздушных средах. Они нашли широкое применение для концентрирования микропримесей, а также в крупномасштабных сорбционных процессах в пищевой, химической, медицинской промышленности [Davankov V.A., Tsyurupa М.Р., "Hypercrosslinked Polymeric Networks and Adsorbing Materials". Elsevier, Amsterdam, Boston, etc., 2011. 670 р]. В настоящее время производство промышленных сверхсшитых полимерных сорбентов основано на традиционном методе сшивания стирол-дивинилбензольных сополимеров с помощью бифункциональных кросс-агентов [Purolite Product Guide. Characteristics and Application. Product Guide Rev 01/12. Purolite Company. 2011. 20 p.; Polymeric Adsorbent Resins for Industrial Applications. Purolite, 2017, 40 p].Hypercrosslinked polystyrenes have a uniquely high sorption capacity in relation to organic substances in aqueous or air environments. They have found wide application for the concentration of trace impurities, as well as in large-scale sorption processes in the food, chemical, medical industry [Davankov V.A., Tsyurupa MR, "Hypercrosslinked Polymeric Networks and Adsorbing Materials". Elsevier, Amsterdam, Boston, etc., 2011. 670 p]. Currently, the production of industrial hypercrosslinked polymer sorbents is based on the traditional method of crosslinking styrene-divinylbenzene copolymers using bifunctional cross-agents [Purolite Product Guide. Characteristics and Application. Product Guide Rev 01/12. Purolite Company. 2011.20 p .; Polymeric Adsorbent Resins for Industrial Applications. Purolite, 2017, 40 p].

Возможность практического использования в гидрометаллургии гранулированных сверхсшитых полистиролов, например для экстракционного извлечения рения из урансодержащих растворов, описана в патентах [патент РФ №2294391, публ. 27.02. 2007; патент РФ №2227170, публ. 20.04.2004].The possibility of practical use in hydrometallurgy of granular hypercrosslinked polystyrenes, for example for the extraction of rhenium from uranium-containing solutions, is described in patents [RF patent No. 2294391, publ. 27.02. 2007; RF patent No. 2227170, publ. 04/20/2004].

Предлагается использование сверхсшитых полистиролов в качестве сорбентов для очистки минерализованных водных растворов производства капролактама от органических соединений [патент РФ №2403208, публ. 10.11.2010].It is proposed to use hypercrosslinked polystyrenes as sorbents for the purification of mineralized aqueous solutions of caprolactam production from organic compounds [RF patent №2403208, publ. 10.11.2010].

Другой областью практического использования сверхсшитых полистиролов является биомедицина. Гранулированные сверхсшитые полистиролы с модифицированной поверхностью оказались эффективными био- и гемосовместимыми сорбентами при их применении в технике гемосорбции для извлечения высокотоксичных органических соединений (молекулярной массой от 100 до 20000) из плазмы крови больных сепсисом, уремией и др. [патент РФ №2089283, публ. 1997].Another area of practical use of hypercrosslinked polystyrenes is biomedicine. Granular hypercrosslinked polystyrenes with a modified surface turned out to be effective bio- and hemocompatible sorbents when used in hemosorption techniques for the extraction of highly toxic organic compounds (molecular weight from 100 to 20,000) from blood plasma of patients with sepsis, uremia, etc. [RF patent No. 2089283, publ. 1997].

В последнее время стали известны аналогичные сверхсшитые полимерные сетки, образующиеся при пространственной сшивке не полимерных цепей, а молекул бензола, тиофена, пиррола [Lee J.M., Briggs М.Е., Hasell Т., Cooper A.I. / Adv. Mater. 2016, 28, p. 9804-9810; Wang H.L., Chen J.L., Zhang Q.X. / Adsorpt. Sci. Technol. 2006, 24, p. 17-28]. Получаемые сверхсшитые полимеры имеют высокую внутреннюю поверхность до 1400 м2/г и большой объем пор до 1,5 см3/г, если исходным «мономером» является бензол. В полимерных сетках на основе тиофена или пиррола пористая структура оказалась менее развитой - внутренняя поверхность не превышала 480 и 320 м2/г, а суммарный объем пор 0,3 и 0,2 см3/г соответственно. Объем микропор для этих трех полимерных сеток составил 27, 73, 56% от суммарного объема пор. Размер пор в полимерах по данным низкотемпературной сорбции азота составил 0,9-1,5 нм. Другие сверхсшитые сетки, обладающие высокой внутренней поверхностью до 1800 м2/г, были получены на основе производных карбазола [X. Yang, М. Yu, Y. Zhao, С. Zhang, X. Wang, J.X. Jiang / RSC Advances, 2014, 4, p. 61051-61055; L. Pan, Q. Chen, J.H. Zhu, J.-G. Yu, Y.J. He, B.H. Han / Polym. Chem., 2015, 6, p. 2478-2487], флуорена и его производных [M.G. Schwab, A. Lennert, J. Pahnke, G. Jonschker, M. Koch, I. Senkovska, M. Rehahn, S. Kaskel / J. Mater. Chem., 2011, 21, p. 2131-2135]. Получены также сверхсшитые сетки на основе тетрафенилэтилена при сшивании диметилацеталем [S. Yao, X. Yang, М. Yu, Y. Zhang, J.X. Jiang / J. Mater. Chem. A, 2014, 2, p. 8054-8059]. Такие сверхсшитые сетки имеют существенный недостаток, ограничивающий их использование в качестве технологических сорбционных материалов, поскольку их получают только в форме мелких частиц неправильной формы.Recently, similar hypercrosslinked polymer networks have become known, which are formed by spatial crosslinking not of polymer chains, but of benzene, thiophene, pyrrole molecules [Lee JM, Briggs ME, Hasell T., Cooper AI / Adv. Mater. 2016, 28, p. 9804-9810; Wang HL, Chen JL, Zhang QX / Adsorpt. Sci. Technol. 2006, 24, p. 17-28]. The resulting hypercrosslinked polymers have a high inner surface of up to 1400 m 2 / g and a large pore volume of up to 1.5 cm 3 / g, if the starting "monomer" is benzene. In polymer networks based on thiophene or pyrrole, the porous structure turned out to be less developed - the inner surface did not exceed 480 and 320 m 2 / g, and the total pore volume was 0.3 and 0.2 cm 3 / g, respectively. The micropore volume for these three polymer networks was 27, 73, 56% of the total pore volume. The pore size in the polymers according to the data of low-temperature nitrogen sorption was 0.9-1.5 nm. Other hypercrosslinked grid having a high internal surface to 1800 m 2 / g, were obtained from derivatives of carbazole [X. Yang, M. Yu, Y. Zhao, C. Zhang, X. Wang, JX Jiang / RSC Advances, 2014, 4, p. 61051-61055; L. Pan, Q. Chen, JH Zhu, J.-G. Yu, YJ He, BH Han / Polym. Chem., 2015, 6, p. 2478-2487], fluorene and its derivatives [MG Schwab, A. Lennert, J. Pahnke, G. Jonschker, M. Koch, I. Senkovska, M. Rehahn, S. Kaskel / J. Mater. Chem., 2011, 21, p. 2131-2135]. Hypercrosslinked networks based on tetraphenylethylene were also obtained by crosslinking with dimethyl acetal [S. Yao, X. Yang, M. Yu, Y. Zhang, JX Jiang / J. Mater. Chem. A, 2014, 2, p. 8054-8059]. Such hypercrosslinked networks have a significant drawback limiting their use as technological sorption materials, since they are obtained only in the form of small particles of irregular shape.

Все вышеперечисленные способы получения высокопористых полимеров весьма эффективны, но имеют существенный недостаток - плотность образцов превышает требуемый уровень для материалов лазерных мишеней (менее 100 мг/см3), и они не могут быть получены в виде блочных образцов.All of the above methods for obtaining highly porous polymers are very effective, but have a significant drawback - the density of the samples exceeds the required level for laser target materials (less than 100 mg / cm 3 ), and they cannot be obtained in the form of block samples.

Анализируя методы синтеза и свойства различных типов сверхсшитых полимеров, авторы предположили, что формирование жестких сеток в присутствии большого количества «хорошего» растворителя, при концентрации полимера менее нескольких процентов, приведет к получению каркасно-структурированных высокопористых полимеров с требуемой низкой плотностью, менее 100 мг/см3. Образование достаточно прочного полимерного ксерогеля низкой плотности станет возможным при сшивании жесткоцепных линейных полимеров (поливинилнафталин, полиаценафтилен, поли-альфа-метилстирол, полифенилметилсилоксан и др.) из низкоконцентрированных растворов в растворителях класса хлоралканов. Такие полимеры будут иметь развитую микро-мезопористую структуру. Получение блоков малоплотных полимерных ксерогелей, требуемых для изготовления лазерной мишени, станет возможным при использовании методов сублимационной и сверхкритической сушки материалов.Analyzing the synthesis methods and properties of various types of hypercrosslinked polymers, the authors assumed that the formation of rigid networks in the presence of a large amount of a "good" solvent, at a polymer concentration of less than a few percent, will lead to the production of frame-structured highly porous polymers with the required low density, less than 100 mg / cm 3 . The formation of a sufficiently strong polymer xerogel of low density will become possible when crosslinking rigid-chain linear polymers (polyvinylnaphthalene, polyacenaphthylene, poly-alpha-methylstyrene, polyphenylmethylsiloxane, etc.) from low-concentration solutions in solvents of the chloroalkane class. Such polymers will have a developed micro-mesoporous structure. Obtaining blocks of low-density polymer xerogels required for the manufacture of a laser target will become possible using the methods of sublimation and supercritical drying of materials.

В настоящее время подобные полимерные материалы не получают, а использование низкоплотных материалов на основе целлюлозы для лазерных мишеней ограничивается сложностью процесса получения и высокой хрупкостью таких ксерогелей.At present, such polymeric materials are not produced, and the use of low-density cellulose-based materials for laser targets is limited by the complexity of the production process and the high fragility of such xerogels.

Аналогом настоящего изобретения являются упомянутый патент РФ №2089283, в котором получают только гранулированные сверхсшитые полистиролы с удельной поверхностью до 1900 м2/г. Набухшие в дихлорэтане сополимеры стирола с дивинилбензолом сшивают монохлордиметиловым эфиром или п-ксилилендихлоридом. По другому методу полимеры получают при «самосшивке» макроцепей хлорметилированных сополимеров стирола с дивинилбензолом в присутствии катализатора реакции Фриделя-Крафтса. В приведенных примерах нет особых приемов получения низкоплотных материалов с использованием лиофильной либо сверхкритической сушки. Не вводятся также какие-либо порообразующие вещества. Поэтому плотность получаемых гранулированных образцов не может быть ниже 500 мг/см3. Общим признаком данного способа получения сверхсшитых полимеров и способа по настоящему изобретению является использование п-ксилилендихлорида в качестве кросс-агента при сшивании полимерных цепей с бензольными группами.An analogue of the present invention is the aforementioned RF patent No. 2089283, in which only granular hypercrosslinked polystyrenes with a specific surface area of up to 1900 m 2 / g are obtained. The copolymers of styrene with divinylbenzene swollen in dichloroethane are crosslinked with monochlorodimethyl ether or p-xylylene dichloride. According to another method, polymers are obtained by "self-linking" of macrochains of chloromethylated copolymers of styrene with divinylbenzene in the presence of a Friedel-Crafts catalyst. In the examples given, there are no special techniques for obtaining low-density materials using freeze-drying or supercritical drying. Also, no pore-forming substances are introduced. Therefore, the density of the resulting granular samples cannot be lower than 500 mg / cm 3 . A common feature of this method for producing hypercrosslinked polymers and the method according to the present invention is the use of p-xylylene dichloride as a cross-agent when crosslinking polymer chains with benzene groups.

Другим аналогом является упомянутое авторское свидетельство СССР №948110, в котором описано получение сверхсшитых полистиролов, получаемых при сшивании цепей линейного полистирола в растворе, либо набухших сополимеров стирола с дивинилбензолом бифункциональным кросс-агентом диметилформалем. Диметилформаль, реагируя с бензольными группами соседних полимерных цепей, при инициировании катализатором - хлоридом алюминия, цинка, железа или олова, образует мостиковые сшивки метиленовыми группами. Конечный продукт получают в виде мелких частиц. Плотность таких материалов не может быть менее 500 мг/см3, так как не используются особые приемы высушивания и не вводятся какие-либо порообразователи. Общим признаком данного способа получения сверхсшитых полимеров и способа по настоящему изобретению является использование одного типа катализатора реакции Фриделя-Крафтса - тетрахлорида олова.Another analogue is the aforementioned USSR Inventor's Certificate No. 948110, which describes the production of hypercrosslinked polystyrenes obtained by crosslinking linear polystyrene chains in solution, or swollen copolymers of styrene with divinylbenzene with a bifunctional cross-agent dimethylformal. Dimethylformal, reacting with benzene groups of neighboring polymer chains, upon initiation with a catalyst - aluminum, zinc, iron or tin chloride, forms bridging crosslinks with methylene groups. The final product is obtained in the form of fine particles. The density of such materials cannot be less than 500 mg / cm 3 , since no special drying methods are used and no pore-forming agents are introduced. A common feature of this process for producing hypercrosslinked polymers and the process of the present invention is the use of one type of Friedel-Crafts catalyst, tin tetrachloride.

Наиболее близким к предлагаемому способу получения сверхсшитых полимеров монолитного типа по совокупности существенных признаков является способ получения сверхсшитых полистиролов монолитного типа, включающий процесс образования трехмерного полимера при сшивании макроцепей линейного полистирола в растворе бифункциональными кросс-агентами [вышеупомянутый патент США №3729457]. По этому способу получают высокопористые полимеры с удельной поверхностью до 1500 м2/г. Общим признаком данного способа получения сверхсшитых полимеров и способа по настоящему изобретению является использование однотипных сшивающих реагентов - п-ксилилендихлорида и бис(хлорметил)-дифенила и растворителя - дихлорэтана. Так как в процессе синтеза блок полимерного органогеля разрушается из-за высокой экзотермичности реакции сшивания в концентрированном растворе полистирола (около 10 масс. %), а также на стадии промывок, конечный продукт получают в виде мелких частиц неправильной формы. Высушивание образцов проводится после промывок водой. Кажущаяся плотность полученных полимеров не менее 700 мг/см3.The closest to the proposed method for producing hypercrosslinked polymers of the monolithic type in terms of its essential features is a method for producing hypercrosslinked polystyrenes of the monolithic type, including the process of forming a three-dimensional polymer when crosslinking macrochains of linear polystyrene in solution with bifunctional cross-agents [the aforementioned US patent No. This method produces highly porous polymers with a specific surface area of up to 1500 m 2 / g. A common feature of this method for producing hypercrosslinked polymers and the method according to the present invention is the use of the same type of crosslinking reagents - p-xylylene dichloride and bis (chloromethyl) -biphenyl and a solvent - dichloroethane. Since the polymer organogel block is destroyed during synthesis due to the high exothermicity of the crosslinking reaction in a concentrated polystyrene solution (about 10 wt%), as well as at the stage of washing, the final product is obtained in the form of small particles of irregular shape. Drying of samples is carried out after rinsing with water. The apparent density of the obtained polymers is not less than 700 mg / cm 3 .

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения является получение образцов высокопористых малоплотных полимеров монолитного типа с удельной поверхностью более 1000 м2/г и плотностью менее 500 мг/см3 для изготовления лазерных мишеней, необходимых для исследований в области инерциального термоядерного синтеза, а также для использования в сорбционных технологиях (поглощение и разделение газов и т.п.). Технический результат, достигаемый при этом, заключается в расширении функциональных возможностей.The objective of the present invention is to obtain samples of highly porous low-density polymers of monolithic type with a specific surface of more than 1000 m 2 / g and a density of less than 500 mg / cm 3 for the manufacture of laser targets necessary for research in the field of inertial thermonuclear fusion, as well as for use in sorption technologies ( absorption and separation of gases, etc.). The technical result achieved in this case is to expand the functionality.

Поставленная задача решается с достижением указанного технического результата благодаря предложенном способу получения малоплотных сверхсшитых полимеров методом сшивания полимерных цепей в растворах полимеров в органическом растворителе из класса хлоралканов бифункциональными кросс-агентами в присутствии катализатора Фриделя-Крафтса, отличающемуся тем, что для получения монолитных образцов высокопористых сетчатых полимеров с низкой плотностью: используют жесткоцепные полимеры линейного строения, содержащие ароматические циклы: поли-альфа-метилстирол, олигофенилметилсилоксан, поли-2-винилнафталин, поли-N-винилкарбазол, полиаценафтилен; проводят реакцию сшивания полимерных цепей в растворах полимеров с концентрацией 1-2 масс. %; в качестве бифункциональных сшивающих соединений используют бис-хлорметильные производные дифенила или бензола в количестве 1,5-2 моль на 1 моль повторяющегося звена полимера; проводят удаление растворителя из полимерных органических гелей после синтеза методом лиофильной сушки из бензола и методом сверхкритической сушки из диоксида углерода.The problem is solved with the achievement of the specified technical result due to the proposed method for obtaining low-density hypercrosslinked polymers by crosslinking polymer chains in polymer solutions in an organic solvent from the class of chloroalkanes with bifunctional cross-agents in the presence of a Friedel-Crafts catalyst, characterized in that for obtaining monolithic samples of highly porous network polymers with low density: use rigid-chain polymers of linear structure containing aromatic rings: poly-alpha-methylstyrene, oligophenylmethylsiloxane, poly-2-vinylnaphthalene, poly-N-vinylcarbazole, polyacenaphthylene; carry out a crosslinking reaction of polymer chains in polymer solutions with a concentration of 1-2 wt. %; bis-chloromethyl derivatives of biphenyl or benzene are used as bifunctional cross-linking compounds in an amount of 1.5-2 mol per 1 mol of the repeating unit of the polymer; the solvent is removed from polymer organic gels after synthesis by freeze drying from benzene and by supercritical drying from carbon dioxide.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На Фиг. 1 приведены изотермы сорбции и десорбции азота при 77 К для сверхсшитого полимера ПАМС-2.FIG. 1 shows the isotherms of nitrogen sorption and desorption at 77 K for the PAMS-2 hypercrosslinked polymer.

На Фиг. 2 приведены Изотермы сорбции и десорбции азота при 77 К для сверхсшитого полимера ОФМС.FIG. 2 shows the isotherms of nitrogen sorption and desorption at 77 K for the OPMS hypercrosslinked polymer.

В обоих случаях в качестве кросс-агента использован бис-(хлорметил)-дифенил 1,5 моль. На обоих чертежах ссылочные позиции означают: 1 - высушивание от воды, 2 - метод сверхкритической сушки в диоксиде углерода.In both cases, bis- (chloromethyl) -biphenyl 1.5 mol was used as a cross-agent. In both figures, reference numbers mean: 1 - drying from water, 2 - supercritical drying method in carbon dioxide.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Для получения сверхсшитых сеток на основе поли-альфа-метилстирола (ПАМС) использовали образцы полимера с молекулярной массой 8000 (производится фирмой «abcr GmbH» в Германии) и высокомолекулярного ПАМС, синтезированного методом низкотемпературной катионной полимеризации в среде хлористого метилена. Среди синтезированных в различных условиях образцов, для получения сшитых полимеров был выбран ПАМС со средней молекулярной массой 350000. Молекулярно-массовое распределение определяли методом гель-проникающей хроматографии.To obtain hypercrosslinked networks based on poly-alpha-methylstyrene (PAMS), we used samples of polymer with a molecular weight of 8000 (manufactured by abcr GmbH in Germany) and high-molecular weight PAMS synthesized by low-temperature cationic polymerization in methylene chloride. Among the samples synthesized under various conditions, PAMS with an average molecular weight of 350,000 was chosen to obtain crosslinked polymers. The molecular weight distribution was determined by gel permeation chromatography.

Все полимерные сетки получены в результате реакции Фриделя-Крафтса боковых ароматических фрагментов полимерных цепей с бифункциональными кросс-агентами, п-ксилилендихлоридом и бис(хлорметил)-дифенилом. Реакция сшивания проводится в среде органического растворителя дихлорэтана, при концентрации исходного полимера 1-2%. После синтеза блоки набухших сверхсшитых полимеров промываются ацетоном в экстракторе Сокслетта, а затем высушиваются в установке для сверхкритической сушки в диоксиде углерода, либо промываются бензолом и высушиваются методом лиофильной сушки в вакууме. Для сравнения свойств полученных материалов, часть образцов после синтеза и экстракции ацетоном промывали водой и сушили при 70-80°C, по аналогии с методом высушивания в ближайшем аналоге.All polymer networks are obtained as a result of the Friedel-Crafts reaction of side aromatic fragments of polymer chains with bifunctional cross-agents, p-xylylene dichloride and bis (chloromethyl) -biphenyl. The crosslinking reaction is carried out in an organic solvent, dichloroethane, at a concentration of the initial polymer of 1-2%. After synthesis, the blocks of swollen hypercrosslinked polymers are washed with acetone in a Soxhlet extractor and then dried in a supercritical drying unit in carbon dioxide, or washed with benzene and dried by freeze drying in a vacuum. To compare the properties of the materials obtained, some of the samples after synthesis and extraction with acetone were washed with water and dried at 70-80 ° C, by analogy with the drying method in the closest analogue.

Исследования пористой структуры полученных сверхсшитых малоплотных полимеров проведены методом низкотемпературной адсорбции азота на установке Nova-1200e (Фиг. 1, 2). Установлено, что все исследуемые полимерные сетки имеют развитую пористую структуру (табл. 1-3) с удельной поверхностью до 1700 м2/г (метод расчета БЭТ). Среди всех синтезированных полимеров максимальным суммарным объемом пор 5,5 см3/г, при относительном давлении азота 0,98 обладает сверхсшитый поли-аценафтилен.Studies of the porous structure of the obtained hypercrosslinked low-density polymers were carried out by the method of low-temperature adsorption of nitrogen on a Nova-1200e installation (Figs. 1, 2). Found that all the investigated polymer networks have developed porous structure (Table 1-3.) Having a specific surface area up to 1700 m 2 / g (BET method of calculation). Among all synthesized polymers, hypercrosslinked poly-acenaphthylene has a maximum total pore volume of 5.5 cm 3 / g, at a relative nitrogen pressure of 0.98.

Для всех синтезированных сверхсшитых полимеров, высушенных от растворителя (ацетона) в условиях сверхкритической сушки в диоксиде углерода, характерны высокие значения параметров пористой структуры (табл. 1, 2). Удельная поверхность и объем микропор увеличиваются в 1,5 раза для полимера на основе ПАМС-2, в 1,4 раза для ПАН, в 1,3 раза для ОФМС и ПАМС-1, в 1,2 раза для ПВН, при замене метода высушивания, от воды к сверхкритической сушке в диоксиде углерода. Суммарный объем пор при этом увеличивается более резко, в 5 раз для полимера на основе ОФМС, в 3,3 раза для ПАН, в 3,2 раза для ПАМС-2, в 2,8 раза для ПАМС-1 и в 1,9 раза для ПВН. Замена способа высушивания от воды к диоксиду углерода позволяет получать малоплотные материалы с кажущейся плотностью до 100 мг/см3 (табл. 1, 2).All synthesized hypercrosslinked polymers dried from a solvent (acetone) under supercritical drying in carbon dioxide are characterized by high values of the porous structure parameters (Tables 1, 2). The specific surface area and volume of micropores increase 1.5 times for a polymer based on PAMS-2, 1.4 times for PAN, 1.3 times for OFMS and PAMS-1, 1.2 times for PVN, when changing the method drying, from water to supercritical drying in carbon dioxide. In this case, the total pore volume increases more sharply, 5 times for the polymer based on OFMS, 3.3 times for PAN, 3.2 times for PAMS-2, 2.8 times for PAMS-1, and 1.9 times times for PVN. Replacing the drying method from water to carbon dioxide allows one to obtain low-density materials with an apparent density of up to 100 mg / cm 3 (Tables 1, 2).

После замены ацетона на воду в полимерах после синтеза и последующего прогрева (70-80°C - 24 час.), оказалось, что суммарный объем пор для всех образцов полимеров в несколько раз меньше, чем при сверхкритической сушке. При этом, среди всех образцов полимеров, высушенных от воды, также выделяется полимер на основе полиаценафтилена. После сшивания этого полимера п-ксилилендихлоридом объем пор в материале достигает 2,6 см3/г (табл. 3).After replacing acetone with water in polymers after synthesis and subsequent heating (70-80 ° C - 24 hours), it turned out that the total pore volume for all polymer samples is several times less than during supercritical drying. At the same time, among all polymer samples dried from water, a polymer based on polyacenaphthylene also stands out. After crosslinking this polymer with p-xylylene dichloride, the pore volume in the material reaches 2.6 cm 3 / g (Table 3).

Удельная поверхность, объем микропор и суммарный объем пор снижаются (поверхность на 100 м2/г) для полимеров на основе ПАМС-1 и ПАМС-2 при замене метода высушивания от воды к лиофильной сушке от бензола. При этом значительно уменьшается плотность образцов, до 0,06 г/см3 для полимера на основе ПАМС-2, так как при испарении бензольных кристаллитов образуются крупные макропоры микронных размеров. В отличие от однородных сверхсшитых полимеров после сверхкритической сушки такие образцы представляют собой пеноподобные материалы. Тонкие прозрачные стенки в образцах имеют микропористую структуру, так как удельная поверхность достигает больших значений, до 800 м2/г.The specific surface area, the micropore volume and the total pore volume is reduced (the surface 100 m2 / g) for the polymer based on PAMS PAMS-1 and-2 by replacing the drying method from water to freeze drying from benzene. At the same time, the density of the samples is significantly reduced, to 0.06 g / cm 3 for the polymer based on PAMS-2, since the evaporation of benzene crystallites leads to the formation of large micron-sized macropores. In contrast to homogeneous hypercrosslinked polymers after supercritical drying, such samples are foam-like materials. Thin transparent walls in the samples have a microporous structure, since the specific surface area reaches high values, up to 800 m 2 / g.

Синтезированные сверхсшитые полимеры проявили себя как хорошие сорбционные материалы, способные удерживать значительное количество воды и органических растворителей (табл. 4).The synthesized hypercrosslinked polymers proved to be good sorption materials capable of retaining a significant amount of water and organic solvents (Table 4).

Сущность изобретения поясняется следующими примерами.The essence of the invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Получение сверхсшитого поли-альфа-метилстиролаObtaining hypercrosslinked poly-alpha-methylstyrene

В конической колбе с 10 мл дихлорэтана растворяли 0,125 г поли-альфа-метилстирола (Mw=8000) (ПАМС-1) с использованием ультразвуковой водяной бани, вводили 0,133 г (0,5 моль на 1 моль полимерного звена) бис(хлорметил)дифенила и после его полного растворения при перемешивании вводили 0,12 мл хлорного олова. Реакционную смесь выдерживали 24 час при комнатной температуре, а затем при 60°C и 70°C по 24 часа (с обратным холодильником). Блок полимерного геля разрезали на крупные кусочки и вводили 10 мл ацетона. Раствор ацетона с дихлорэтаном и остатками катализатора удаляли, вводили 15 мл ацетона и 1 мл HCLконц.. На следующий день полимер промывали 2 раза ацетоном, а затем промывали ацетоном в экстракторе Сокслетта в течение 8-10 час. Полученный полимер, набухший в ацетоне, хранили под слоем растворителя, часть полимера многократно промывали водой и сушили при 70-80°C в течение суток. Часть полимерного геля промывали бензолом и сушили методом лиофильной сушки в вакууме. Часть геля помещали в установку для сверхкритической сушки и удаляли растворитель диоксидом углерода. Полученные образцы полимера дополнительно сушили от следов ацетона при 70°C в течение суток. Аналогично получены полимеры с 1,0 и 1,5 моль бис(хлорметил)дифенил на 1 моль полимерного звена. Катализатор хлорное олово 2 моль на 1 моль кросс-агента.0.125 g of poly-alpha-methylstyrene (M w = 8000) (PAMS-1) was dissolved in a conical flask with 10 ml of dichloroethane using an ultrasonic water bath, 0.133 g (0.5 mol per 1 mol of polymer unit) bis (chloromethyl) biphenyl, and after its complete dissolution, 0.12 ml of stannous chloride was introduced with stirring. The reaction mixture was kept for 24 hours at room temperature, and then at 60 ° C and 70 ° C for 24 hours (under reflux). The polymer gel block was cut into large pieces and 10 ml of acetone was injected. A solution of acetone with dichloroethane and catalyst residues was removed, 15 ml of acetone and 1 ml of HCL conc. ... The next day, the polymer was washed 2 times with acetone and then washed with acetone in a Soxhlet extractor for 8-10 hours. The resulting polymer, swollen in acetone, was stored under a layer of solvent, and a part of the polymer was repeatedly washed with water and dried at 70-80 ° C for a day. Part of the polymer gel was washed with benzene and dried by freeze-drying in a vacuum. A portion of the gel was placed in a supercritical dryer and the solvent was removed with carbon dioxide. The obtained polymer samples were additionally dried from traces of acetone at 70 ° C for a day. Polymers with 1.0 and 1.5 mol of bis (chloromethyl) diphenyl per mol of polymer unit were obtained in a similar way. Catalyst stannous chloride 2 mol per mol of cross-agent.

Пример 2Example 2

Получение сверхсшитого высокомолекулярного поли-альфа-метилстиролаObtaining hypercrosslinked high molecular weight poly-alpha-methylstyrene

Аналогично примеру 1, с использованием синтезированного высокомолекулярного поли-альфа-метилстирола (ПАМС-2) (по данным гель-проникающей хроматографии Mw=350000). Количество кросс-агента от 0,5 до 2 моль на 1 моль полимерного звена, катализатора 2 моль на 1 моль кросс-агента.Analogously to example 1, using the synthesized high molecular weight poly-alpha-methylstyrene (PAMS-2) (according to gel permeation chromatography M w = 350,000). The amount of the cross-agent is from 0.5 to 2 mol per 1 mol of the polymer unit, the catalyst is 2 mol per 1 mol of the cross-agent.

Синтез высокомолекулярного поли-альфа-метилстиролаSynthesis of high molecular weight poly-alpha-methylstyrene

Мономер альфа-метилстирол очищали от ингибитора, пропуская через небольшую стеклянную колонку (D=1 см, L=15 см) с пористым дном, заполненную силикагелем для хроматографии (размер частиц 60-200 мкм) (высота слоя 9 см). В трехгорлую колбу с центральной двухлопастной мешалкой, термометром и трубкой для ввода инертного газа вводили 230 мл хлористого метилена (без дополнительной очистки) и 35 мл мономера, включали подачу инертного газа аргона. Смесь охлаждали до -70°C. Катализатор 48% раствор трифторида бора в диэтиловом эфире разбавляли хлористым метиленом (5 мл), охлаждали до -27°C и постепенно вводили в раствор мономера при сильном перемешивании. После ввода катализатора смесь перемешивали 1 час до образования блока, а затем выдерживали при -70 ÷ - 75°C в течение 40 мин. После размораживания реакционной массы до комнатной температуры, образовавшийся раствор небольшими порциями по 15-20 мл, вводили в метиловый спирт (150 мл на 2-3 порции раствора полимера). Выделившийся полимер промывали 3 раза метиловым спиртом, отжимали избыток спирта и сушили 24 час при комнатной температуре, а затем при 70°C под вакуумом водоструйного насоса в течение 18-24 час.The alpha-methylstyrene monomer was purified from the inhibitor by passing through a small glass column (D = 1 cm, L = 15 cm) with a porous bottom, filled with silica gel for chromatography (particle size 60-200 μm) (layer height 9 cm). Into a three-necked flask with a central two-blade stirrer, a thermometer and a tube for introducing an inert gas, 230 ml of methylene chloride (without additional purification) and 35 ml of monomer were introduced, the supply of an inert argon gas was switched on. The mixture was cooled to -70 ° C. Catalyst 48% boron trifluoride solution in diethyl ether was diluted with methylene chloride (5 ml), cooled to -27 ° C and gradually introduced into the monomer solution with vigorous stirring. After introducing the catalyst, the mixture was stirred for 1 hour until a block was formed, and then kept at -70 ÷ -75 ° C for 40 min. After thawing the reaction mixture to room temperature, the resulting solution was added in small portions of 15-20 ml to methyl alcohol (150 ml for 2-3 portions of polymer solution). The separated polymer was washed 3 times with methyl alcohol, the excess alcohol was squeezed out and dried for 24 hours at room temperature, and then at 70 ° C under the vacuum of a water-jet pump for 18-24 hours.

Пример 3Example 3

Получение сверхсшитого олигофенилметилсилоксанаObtaining hypercrosslinked oligophenylmethylsiloxane

Аналогично примеру 1, с использованием олигофенилметилсилоксана (ОФМС). Кросс-агент бис(хлорметил)дифенил или пара-ксилилендихлорид (1,5 моль на 1 моль полимерного звена).Analogously to example 1, using oligophenylmethylsiloxane (OFMS). Cross-agent bis (chloromethyl) diphenyl or para-xylylene dichloride (1.5 mol per mol of polymer unit).

Пример 4Example 4

Получение сверхсшитого поли-N-винилкарбазолаPreparation of hypercrosslinked poly-N-vinylcarbazole

Аналогично примеру 1, с использованием поли-N-винилкарбазола (ПВК). Поли-N-винилкарбазол получен термической полимеризацией мономера в запаянных ампулах при 120°C в течение 4 суток. Кросс-агент бис(хлорметил)дифенил или пара-ксилилендихлорид (1,5 моль на 1 моль полимерного звена).Analogously to example 1, using poly-N-vinylcarbazole (PVC). Poly-N-vinylcarbazole was obtained by thermal polymerization of a monomer in sealed ampoules at 120 ° C for 4 days. Cross-agent bis (chloromethyl) diphenyl or para-xylylene dichloride (1.5 mol per mol of polymer unit).

Пример 5Example 5

Получение сверхсшитого полиаценафтиленаObtaining hypercrosslinked polyacenaphthylene

Аналогично примеру 1, с использованием полиаценафтилена (ПАН). Полиаценафтилен получен термической полимеризацией мономера в запаянных ампулах при 120°C в течение 4 суток. Кросс-агент бис(хлорметил)дифенил или пара-ксилилендихлорид (1,5 моль на 1 моль полимерного звена).Analogously to example 1, using polyacenaphthylene (PAN). Polyacenaphthylene was obtained by thermal polymerization of a monomer in sealed ampoules at 120 ° C for 4 days. Cross-agent bis (chloromethyl) diphenyl or para-xylylene dichloride (1.5 mol per mol of polymer unit).

Пример 6Example 6

Получение сверхсшитого поли-2-винилнафталинаObtaining hypercrosslinked poly-2-vinylnaphthalene

Аналогично примеру 1, с использованием поли-2-винилнафталина (ПВН). Поли-2-винилнафталин получен термической полимеризацией мономера в запаянных ампулах при 80°C, затем при 100°C в течение 3, 4 суток соответственно. Кросс-агент бис(хлорметил)дифенил или пара-ксилилендихлорид (1,5 моль на 1 моль полимерного звена).Analogously to example 1, using poly-2-vinylnaphthalene (PVN). Poly-2-vinylnaphthalene was obtained by thermal polymerization of the monomer in sealed ampoules at 80 ° C, then at 100 ° C for 3, 4 days, respectively. Cross-agent bis (chloromethyl) diphenyl or para-xylylene dichloride (1.5 mol per mol of polymer unit).

Анализ способа получения полимерного сорбента по настоящему изобретению и известных технических решений показывает, что не имеется совокупности признаков, тождественных данному способу по технической сущности. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленное решение отличается от прототипа условиями получения сверхсшитых полимеров и типом исходных полимеров для их синтеза.Analysis of the method for producing a polymer sorbent according to the present invention and the known technical solutions shows that there is no set of features that are identical to this method in terms of technical essence. Comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed solution differs from the prototype in the conditions for obtaining hypercrosslinked polymers and the type of initial polymers for their synthesis.

Таким образом, настоящий способ соответствует условию изобретения «новизна».Thus, the present method meets the "novelty" condition of the invention.

Способ по настоящему изобретению не следует явным образом из существующего уровня техники. Это позволяет сделать вывод о том, что данное решение соответствует условию «изобретательский уровень».The method of the present invention does not follow explicitly from the prior art. This allows us to conclude that this solution meets the condition "inventive step".

Данное решение обеспечивает достижение указанного технического результата, может быть реализовано при использовании полученных высокопористых полимеров в качестве сорбентов, например, при очистке загрязненной воздушной среды и в других сорбционных технологиях, обеспечивая возможность многократного воспроизведения. Это позволяет сделать вывод об удовлетворении условию «промышленная применимость».This solution ensures the achievement of the specified technical result, can be realized when using the obtained highly porous polymers as sorbents, for example, when cleaning polluted air and in other sorption technologies, providing the possibility of repeated reproduction. This allows us to conclude that the condition "industrial applicability" is satisfied.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Claims (5)

Способ получения малоплотных сверхсшитых полимеров методом сшивания полимерных цепей в растворах полимеров в органическом растворителе из класса хлоралканов бифункциональными кросс-агентами в присутствии катализатора Фриделя-Крафтса, отличающийся тем, что для получения монолитных образцов высокопористых сетчатых полимеров с низкой плотностью:A method for producing low-density hypercrosslinked polymers by cross-linking polymer chains in polymer solutions in an organic solvent from the class of chloroalkanes with bifunctional cross-agents in the presence of a Friedel-Crafts catalyst, characterized in that to obtain monolithic samples of highly porous cross-linked polymers with low density: - используют жесткоцепные полимеры линейного строения, содержащие ароматические циклы: поли-альфа-метилстирол, олигофенилметил-силоксан, поли-2-винилнафталин, поли-N-винилкарбазол, полиаценафтилен;- use rigid-chain polymers of linear structure containing aromatic rings: poly-alpha-methylstyrene, oligophenylmethyl-siloxane, poly-2-vinylnaphthalene, poly-N-vinylcarbazole, polyacenaphthylene; - проводят реакцию сшивания полимерных цепей в растворах полимеров с концентрацией 1-2 масс. %;- carry out the reaction of crosslinking polymer chains in polymer solutions with a concentration of 1-2 wt. %; - в качестве бифункциональных сшивающих соединений используют бис-хлорметильные производные дифенила или бензола в количестве 1,5-2 моль на 1 моль повторяющегося звена полимера;- bis-chloromethyl derivatives of biphenyl or benzene are used as bifunctional cross-linking compounds in an amount of 1.5-2 mol per 1 mol of the repeating unit of the polymer; - проводят удаление растворителя из полимерных органических гелей после синтеза методом лиофильной сушки из бензола и методом сверхкритической сушки из диоксида углерода.- the solvent is removed from polymer organic gels after synthesis by freeze drying from benzene and by supercritical drying from carbon dioxide.
RU2019140662A 2020-02-05 2020-02-05 Method of producing low-density super-cross-linked monolithic polymers RU2738607C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140662A RU2738607C1 (en) 2020-02-05 2020-02-05 Method of producing low-density super-cross-linked monolithic polymers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140662A RU2738607C1 (en) 2020-02-05 2020-02-05 Method of producing low-density super-cross-linked monolithic polymers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738607C1 true RU2738607C1 (en) 2020-12-14

Family

ID=73834797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019140662A RU2738607C1 (en) 2020-02-05 2020-02-05 Method of producing low-density super-cross-linked monolithic polymers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738607C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111303412A (en) * 2020-03-05 2020-06-19 西华师范大学 Novel nitrogen-containing organic super-crosslinked polymer and preparation method and application thereof
CN113540696A (en) * 2021-07-15 2021-10-22 珠海冠宇电池股份有限公司 Diaphragm and battery
US12110377B1 (en) * 2023-03-27 2024-10-08 Ocean University Of China Aerogel with hierarchical pore structure formed using pulsed laser technology, and preparation method and use thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3729457A (en) * 1969-09-12 1973-04-24 V Davankov Macronet polystyrene structures for ionites and method of producing same
SU948110A1 (en) * 1980-04-18 1983-04-23 Ордена Ленина Институт Элементоорганических Соединений Ан Ссср Process for producing margonet isoporous polymers of styrene
RU2163911C1 (en) * 1999-12-14 2001-03-10 Пьюролайт Интернэшнл Лимитед Method of preparing chromatographic sorbents
RU2653125C1 (en) * 2017-05-23 2018-05-07 Акционерное общество "ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ" Polymeric sorbent, method of its production and use

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3729457A (en) * 1969-09-12 1973-04-24 V Davankov Macronet polystyrene structures for ionites and method of producing same
SU948110A1 (en) * 1980-04-18 1983-04-23 Ордена Ленина Институт Элементоорганических Соединений Ан Ссср Process for producing margonet isoporous polymers of styrene
RU2163911C1 (en) * 1999-12-14 2001-03-10 Пьюролайт Интернэшнл Лимитед Method of preparing chromatographic sorbents
RU2653125C1 (en) * 2017-05-23 2018-05-07 Акционерное общество "ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ" Polymeric sorbent, method of its production and use

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111303412A (en) * 2020-03-05 2020-06-19 西华师范大学 Novel nitrogen-containing organic super-crosslinked polymer and preparation method and application thereof
CN111303412B (en) * 2020-03-05 2023-05-05 西华师范大学 Nitrogen-containing organic super-crosslinked polymer and preparation method and application thereof
CN113540696A (en) * 2021-07-15 2021-10-22 珠海冠宇电池股份有限公司 Diaphragm and battery
US12110377B1 (en) * 2023-03-27 2024-10-08 Ocean University Of China Aerogel with hierarchical pore structure formed using pulsed laser technology, and preparation method and use thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2738607C1 (en) Method of producing low-density super-cross-linked monolithic polymers
Fontanals et al. Hypercrosslinked materials: preparation, characterisation and applications
Ahn et al. Rapid generation and control of microporosity, bimodal pore size distribution, and surface area in Davankov-type hyper-cross-linked resins
Davankov et al. Structure and properties of porous hypercrosslinked polystyrene sorbents Styrosorb
Maya et al. A new approach to the preparation of large surface area poly (styrene-co-divinylbenzene) monoliths via knitting of loose chains using external crosslinkers and application of these monolithic columns for separation of small molecules
Tsyurupa et al. Hypercrosslinked polymers: basic principle of preparing the new class of polymeric materials
He et al. Porous polymers prepared via high internal phase emulsion polymerization for reversible CO2 capture
Katsoulidis et al. Phloroglucinol based microporous polymeric organic frameworks with− OH functional groups and high CO2 capture capacity
US5460725A (en) Polymeric adsorbents with enhanced adsorption capacity and kinetics and a process for their manufacture
EP1144488B1 (en) Manufacturing porous cross-linked polymer monoliths
Sun et al. Porous amino acid-functionalized poly (ionic liquid) foamed with supercritical CO2 and its application in CO2 adsorption
Zhang et al. Tunable synthesis of the polar modified hyper-cross-linked resins and application to the adsorption
Duan et al. Construction of nitrogen-containing hierarchical porous polymers and its application on carbon dioxide capturing
Kuang et al. Tunable porosity and polarity of the polar hyper-cross-linked resins and the Enhanced adsorption toward phenol
Maciejewska Characterization of macroporous 1‐vinyl‐2‐pyrrolidone copolymers obtained by suspension polymerization
Bai et al. Synthesis of monodisperse porous poly (divinylbenzene) microspheres by distillation–precipitation polymerization
Rosenberg et al. Sorption properties of hypercrosslinked polystyrene sorbents
Wei et al. Solvothermal synthesis of highly porous polymers and their controllable transition from macro/mesoporosity to meso/microporosity
Rawat et al. Identifying the point of attachment in the hypercrosslinking of benzene for the synthesis of a nanoporous polymer as a superior adsorbent for high-pressure CO2 capture application
Lav et al. Porous polystyrene-based monolithic materials templated by semi-interpenetrating polymer networks for capillary electrochromatography
Guo et al. Supermacroporous polydivinylbenzene cryogels with high surface area: Synthesis by solvothermal postcrosslinking and their adsorption behaviors for carbon dioxide and aniline
Liu et al. Research progress in macroporous styrene-divinylbenzene co-polymer microspheres
Popov et al. Synthesis and physicochemical properties of hypercrosslinked polysterene restricted-access materials
EP1646687B1 (en) Nanoporous and microporous manufacts based on syndiotactic polystyrene and processes for their preparation
Tsyurupa et al. Hypercrosslinked polystyrene networks with ultimate degrees of crosslinking and their sorption activity