ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
Аннотация
В данной работе изучены реакции замещения атомов хлора в поливинилхлориде на сульфокислотные группы и на основе продуктов реакции получены протонпроводящие мембраны. Прямое сульфирование поливинилхлорида серной кислотой сопровождается реакцией дегидрохлорирования, катализируется выделяющимся хлористым водородом, и в результате образуется трехмерный продукт черного цвета в виде крупного и сухого материала, который не поддается измельчению. Поэтому сульфирование поливинилхлорида осуществляли после его набухания в диоктилфталате. Установлено, что содержание в модифицированном поливинилхлориде звеньев винилхлорида, рассчитанное по результатам определения массовой доли хлора, отличается от содержания этих звеньев, найденного по массовой доле серы, что указывает на протекание реакции дегидрохлорирования. В ИК спектрах всех полученных сополимеров наблюдаются полосы поглощения валентных и деформационных колебаний, характерные для исходного поливинилхлорида, но появляются полосы поглощения валентных колебаний связей >C=C< (1632 см–1) и полосы поглощения сульфокислотных групп в диапазоне частот 1260-1150 и 1080-1010 см-1. Исследование мембраны на основе модифицированного поливинилхлорида методом электронной микроскопии показало, что поверхностной слой сульфированной мембраны имеет пористую структуру. Под верхним пористым слоем находится более плотная полимерная составляющая. Толщина пористого слоя составляет около 0,5 мкм. Граница между приповерхностными и центральными сульфированными слоями имеет отчетливо выраженный фронтальный характер. Из анализа результатов трехмерного изображения поверхности мембраны обнаружено, что при грубом увеличении (сканируемое поле 20 × 20 мкм) отдельные локальные макронеоднородности рельефа имеют модуляции по высоте порядка 500 нм. На основе продукта реакции методом вальцевания получены мембраны, обладающие протонной проводимостью от 1,0·10-4 См·см-1 до 5,89·10-3 См·см-1 в интервале температур от 25 °С до 80 °С.
Для цитирования:
Шакиртов А.М., Чеснокова А.Н., Шаглаева Н.С. Химическая модификация поливинилхлорида. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 1. С. 6-13. DOI: 10.6060/ivkkt.20266901.7265.
Литература
Carroll W.F., Johnson R.W., Moore S.S., Paradis R.A. Poly(Vinyl Chloride). Applied Plastics Engineering Hand-book. 2017. P. 73-89. DOI: 10.1016/b978-0-323-39040-8.00004-3.
Edo G.I., Ndudi W., Ali A.B.M. Poly(vinyl chloride) (PVC): an updated review of its properties, polymerization, modification, recycling, and applications. J. Mater. Sci. 2024. V. 59. P. 21605-21648. DOI: 10.1007/s10853-024-10471-4.
Edraki M., Sheydaei M., Alinia-Ahandani E., Nezhadghaffar-Borhani E. Polyvinyl chloride: chemical modification and investigation of structural and thermal properties. J. Sulfur Chem. 2021. V. 42. N 4. P. 397–409. DOI: 10.1080/17415993.2021.1895996.
Shaglaeva N.S., Sultangareev R.G., Zabanova E.A., Lebedeva O.V., Trofimova K.S. Nucleophilic substitution of chlorine atoms in polyvinyl chloride. Russ. J. Appl. Chem. 2008. V. 81. N 1. P. 131-134. DOI: 10.1007/s11167-008-1029-8.
Kameda T., Fukuda Y., Grause G., Yoshioka T. Chemical modification of rigid poly(vinyl chloride) by the substitution with nucleophiles. J. Appl. Polym. Sci. 2010. V. 116. N 1. P. 36-44. DOI: 10.1002/app.31452.
Wagner S., Schlummer M. Application of solvent-based dissolution for the recycling of polyvinylchloride flooring waste containing restricted phthalate plasticizers. Resour. Conserv. Recycl. 2024. V. 211. 107889. DOI: 10.1016/j.resconrec.2024.107889.
Braun D. Recycling of PVC. Progr. Polym. Sci. 2002. N 27. P. 2171-2195. DOI: 10.1016/s0079-6700(02)00036-9.
Mukhamediev M.G., Bekchanov D.Z., Juraev M.M., Gafurova D.A., Lieberzeit P. A new sulfonic acid cation-exchange resin based on poly(vinyl chloride) and its evaluation in water softening. Russ. J. Appl. Chem. 2021. V. 94. N 12. P. 1594-1601. DOI: 10.1134/S1070427221120041.
Mukhamediev M.G., Bekchanov D.Zh. New anion exchanger based on polyvinyl chloride and its application in industrial water treatment. Russ. J. Appl. Chem. 2019. V. 92. N 11. Р. 1499–1505. DOI: 10.1134/S1070427219110053.
Marais S., Bureau E., Gouanve´ F., Ben Salem E., Hirata Y., Andrio A., Cabot C., Atmani H. Transport of water and gases through EVA/PVC blend fi lmspermeation and DSC investigations. Polym. Test. 2004. N 23. P. 475-486. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2003.09.009.
Behboudi A., Jafarzadeh Y., Yegani R. Polyvinyl chloride/polycarbonate blend ultrafiltration membranes for water treatment. J. Membr. Sci. 2017. V. 534. P. 18–24. DOI: 10.1016/j.memsci.2017.04.
Lim L.A., Eremeeva A.A., Saidakova K.V., Kozlov A.G., Zabolotnaya A.M. Porous membranes based on polyvinyl chloride: preparing by the method of phase inversion and its properties. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 8. P. 77-84 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236608.6762.
Zhou Z., Rajabzadeh S., Shaikh A. R., Kakihana Y., Ma W., Matsuyama H. Effect of surface properties on anti-fouling performance of poly(vinyl chloride- co -poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate)/PVC blend membrane. J. Membr. Sci. 2016. V. 514. P. 537–546. DOI: 10.1016/j.memsci.2016.05.008.
Shaglaeva N.S., Orkhokova E.A., Dmitrieva G.V., Dambinova A.S., Sultangareev R.G., Prozorova G.F., Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. Proton-conducting mem-branes based on modified poly(vinyl chloride). Petrol. Chem. 2011. V. 51. N 8. P. 620-625 (in Russian). DOI: 10.1134/S0965544111080093.
Himoyat I., Shodlik K., Mukhtarjan M., Davronbek B., Sherimmat Y., Bakhtiyor Y. Sorption of Zn (II) and Cr (III) ions into ion exchangers obtained on the basis of local raw materials. Internat. J. Pharm. Res. 2020. V. 12. N 3. Р. 1728-1738. DOI: 10.31838/ijpr/2020.12.03.236.
Bekchanov D., Mukhamediev M., Kutlimuratov N., Xushvaqtov S., Juraev M. Synthesis of a new granulated polyampholyte and its sorption properties. Int. J. Technol. 2020. V. 11. N 4. P. 794-803. DOI: 10.14716/ijtech.v11i4.4024.
Gryaznova M.I., Lugvishchuk D.S., Karaeva A.R., Mordkovich V.Z. Polyvinyl chloride based carbon paste for screen printing of electrodes. ChemChemTech[Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 10. P. 99-104 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.3y.
Shaglaeva N.S., Lebedeva O.V., Kanitskaya L.V., Pirogova G.A., Sultangareev R.G., Es'kova L.A. Copoly-merization of 1-vinylazoles with vinylchloride. Polym. Sci. Ser. B. 2003. V. 45. N 5-6. P. 111-114.
Badanov S.V., Urumov A.V., Bayandin V.V., Shaglaeva N.S. Reactivity of 2,3-Dichloropropene in free-radical copolymerization reactions. Izv. Vuzov. Priklad. Khim. Biotekhnol. 2021. V. 11. N 4. P. 517-522 (in Russian). DOI: 10.21285/2227-2925-2021-11-4-517-522.
Shakirtov A.M., Shaglaeva N.S. Synthesis and properties of polyvinyl chloride-based cationites. Interuniversity Inter-national Congress "Higher School: scientific research". Moscow, October 31, 2024. P. 65-73 (in Russian). DOI: 10.34660/INF.2024.22.68.179.
Sochilin V.A., Pebalk A.V., Semenov V.I., Sevostyanov M.A., Kardash I.E. Permeability and structure of sulfonated poly-p-xylylene. Vysokomol. Soed. 1993. V. 53. N 9. P. 1480-1485 (in Russian).
Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. Prospects for the devel-opment of hydrogen energy. Polymer membranes for fuel cells and electrolysers. Membr. Membr. Tkehnol. 2024. V. 14. N 1. P. 19-32 (in Russian). DOI: 10.31857/S2218117224010039.
Ivanchev S.S., Myakin S.V. Polymer membranes for fuel cells: manufacture, structure, modification, properties. Russ. Chem. Rev. 2010. V. 79. N 2. P. 101–117. DOI: 10.1070/RC2010v079n02ABEH004070.
