Polymerization of methyl methacrylate in the presence of tributylborane and aerosil

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this work, we study the polymerization of methyl methacrylate in the presence of 0.3-1.2 wt% aerosil and the following initiators: dinitrile azo-bis-isobutyric acid together with tributylborane; dinitrile azo-bis-isobutyric acid together with tributylborane and 2,5-di-tret-butyl benzoquinone-1,4; tributylborane together with di-tret-butyl peroxy-triphenylstibine. Aerosil introduction alters the polymerization kinetics of methyl methacrylate and the respective IR spectra, indicating an increase in the proportion of syndiotactic polymer. This process is related to the orientation of the monomer and polymer on the filler surface due to adsorption by means of the carbonyl oxygen atom and silicon d-orbitals. Each initiating system has a particular effect on the kinetic curves. The polymerization of methyl methacrylate in the presence of tributylborane proceeds through coordination-radical polymerization in the coordination sphere of the boron atom. Additional coordination disrupts monomer coordination and slows down polymerization. The polymerization of methyl methacrylate in the presence of the tributylborane-p-quinone system combines the routes of coordination-radical polymerization and pseudo-living radical polymerization. The initiating system of tributylborane-di-tret-butyl peroxy-triphenylstibine is characterized by implementation of both physical and chemical adsorption mechanisms. The latter promotes the formation of a composite through covalent bonds between the polymer matrix (polymethyl methacrylate) and the filler (aerosil). An increase in the amount of aerosil up to 10 wt% leads to a corresponding change in the IR spectra of the composites. Laboratory samples were prepared to study the mechanical properties of composites and films. When filled with aerosil, polymethyl methacrylate demonstrate worse deformation properties, which is typical of composite materials. The microhardness of the material varies depending on the initiator used and the grafting type (physical or chemical), correlating with the kinetic data.

About the authors

Yu. L. Kuznetsova

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: kyul@yandex.ru

E. R. Zhiganshina

G.A. Razuvaev Institute of Organometallic Chemistry RAS

Email: zhisanshinae@mail.ru

K. S. Gushchina

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: ksesha.gushchina@gmail.com

S. A. Chesnokov

G.A. Razuvaev Institute of Organometallic Chemistry RAS

Email: sch@iomc.ras.ru

O. V. Kuznetsova

G.A. Razuvaev Institute of Organometallic Chemistry RAS

Email: olga@iomc.ras.ru

References

  1. Hsissou R., Seghiri R., Benzekri Z., Hilali M., Rafik M., Elharfi A. Polymer composite materials: a comprehensive review // Composite Structures. 2021. Vol. 262. P. 113640. https://doi.org/10.1016/j.comp-struct.2021.113640.
  2. Van de Werken N., Tekinalp H., Khanbolouki P., Ozcan S., Williams A., Tehrani M. Additively manufactured carbon fiber-reinforced composites: state of the art and perspective // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 31. P. 100962. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100962.
  3. Asim M., Saba N., Jawaid M., Nasir M., Pervaiz M., Alothman O.Y. A review on phenolic resin and its composites // Current Analytical Chemistry. 2018. Vol. 14, no. 3. P. 185-197. https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410.
  4. Лебедева О.В., Сипкина Е.И. Полимерные композиты и их свойства // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 2. С. 192-207. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-192-207.
  5. Arabpour A., Shockravi A., Rezania H., Farahati R. Investigation of anticorrosive properties of novel silane-functionalized polyamide/GO nanocomposite as steel coatings // Surfaces and Interfaces. 2020. Vol. 18. P. 100453. https://doi.org/10.1016/j.surf-in.2020.100453.
  6. Zindani D., Kumar K. An insight into additive manufacturing of fiber reinforced polymer composite // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2019. Vol. 2, no. 4. P. 267-278. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2019.08.004.
  7. Rbaa M., Benhiba F., Hssisou R., Lakhrissi Y., Lakhrissi B., Touhami M.E., et al. Green synthesis of novel carbohydrate polymer chitosan oligosaccharide grafted on dglucose derivative as bio-based corrosion inhibitor // Journal of Molecular Liquids. 2021. Vol. 322. P. 114549. https://doi.org/10.1016/j.mol-liq.2020.114549.
  8. Hssissou R., Benzidia B., Hajjaji N., Elharfi A. Elaboration, electrochemical investigation and morphological study of the coating behavior of a new polymeric polyepoxide architecture: crosslinked and hybrid deca-glycidyl of phosphorus Penta methylene dianiline on E24 carbon steel in 3.5% NaCl // Portugaliae Electrochimica Acta. 2019. Vol. 37, no. 3. P. 179-191. https://doi.org/10.4152/pea.201903179.
  9. Баженов С.Л., Берлин А.А., Кульков А.А., Ошмян В.Г. Полимерные композиционные материалы. Прочность и технология. Долгопрудный: Интеллект, 2010. 352 с.
  10. Jeelani P.G., Mulay P., Venkat R., Ramalingam C. Multifaceted application of silica nanoparticles. A review // Silicon. 2020. Vol. 12, no. 6. P. 1337-1354. https://doi.org/10.1007/s12633-019-00229-y.
  11. Чукин Г.Д. Химия поверхности и строение дисперсного кремнезема: монография. М.: Паладин, 2008. 172 с.
  12. Fujisawa S., Kadoma Y. Tri-n-butylborane/wa-tercomplex-mediated copolymerization of methyl methacrylate with proteinaceous materials and proteins: a review // Polymers. 2010. Vol. 2, no. 4. P. 575-595. https://doi.org/10.3390/polym2040575.
  13. Tsukada M., Yamamoto T., Nakabayashi N., Ishikawa H., Freddi G. Grafting of methyl methacrylate onto silk fibers initiated by tri-n-butylborane // Journal of Applied Polymer Science. 1991. Vol. 43, no. 11. P. 21152121. https://doi.org/10.1002/app.1991.070431119.
  14. Kuznetsova Yu.L., Morozova E.A., Vavilova A.S., Markin A.V., Smirnova O.N., Zakharycheva N.S., et al. Synthesis of biodegradable grafted copolymers of gelatin and polymethyl methacrylate // Polymer Science. Series D. 2020. Vol. 13, no. 4. P. 453-459. https://doi.org/10.1134/S1995421220040115.
  15. Okamura H., Sudo A., Endo T. Generation of radical species on polypropylene by alkylborane-oxy-gen system and its application to graft polymerization // Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry. 2009. Vol. 47, no. 22. P. 6163-6167. https://doi.org/10.1002/pola.23659.
  16. Додонов В.А., Дрэгичь А.И. Инициирующая система три-н-бутилбор - кислород в полимеризационном наполнении ПВХ минеральными наполнителями // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2012. N 3. С. 79-82.
  17. Патент N 1621491, Российская Федерация, C08 J5/02. Способ склеивания термопластов / В.А. Додонов, Ю.В. Жаров, Ю.Н. Краснов, Л.В. Чесноков; заявитель и патентообладатель Научно-исследовательский институт химии при Горьковском государственном университете им. Н.И. Лобачевского. Заявл. 32.02.1989; опубл. 20.05.1996.
  18. Додонов В.А., Дрэгичь А.И., Гущин А.В., Ильянов С.Н. Полимеризационное наполнение ПВХ минеральными оксидами под действием радикальной системы триалкилбор-дипероксид трифенилсурьмы // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2012. N 4. С. 118-124.
  19. Dodonov V.A., Starostina T.I., Kuropatov V.A., Malysheva Y.B., Kuznetsova Y.L., Buzina A.S. Coordination radical polymerization of methyl methacrylate, initiated by the azobis(isobutyronitrile)-tri-n-butylborane binary system // Russian Journal of Applied Chemistry. 2017. Vol. 90, no. 1. P. 77-83. https://doi.org/10.1134/s1070427217010128.
  20. Dodonov V.A., Kuznetsova Yu.L., Vilkova A.I., Skuchilina A.S., Nevodchikov V.I., Beloded L.N. Uncontrolled pseudoliving free-radical polymerization of methyl methacrylate in the presence of butyl-p-benzo-quinones // Russian Chemical Bulletin. 2007. Vol. 56, no. 6. P. 1162-1165. https://doi.org/10.1007/s11172-007-0176-z.
  21. Вайсбергер А., Проскауэр Э., Риддик Дж., Тупс Э. Органические растворители. Физические свойства и методы очистки / пер. с англ. Н.Н. Тихомировой. М.: Изд-во иностранной литературы, 1958. 520 с.
  22. Ludin D., Voitovich Yu., Salomatina E., Kuznetsova Yu., Grishin I., Fedushkin I., et al. Polymerization with borane chemistry. Tributylborane/p-quinone system as a new method of reversible-deactivation radical copolymerization for styrene and methyl acrylate // Macromolecular Research. 2020. Vol. 28, no. 9. P. 851-860. https://doi.org/10.1007/s13233-020-8111-3.
  23. А.С., N 677382, СССР. Способ получения сурьмаорганических дипероксидов / Г.А. Разуваев, В.А. Додонов, Т.Г. Брилкина. 1979.
  24. Зайцев В.Н. Комплексообразующие кремнеземы: синтез, строение привитого слоя и химия поверхности. Харьков: Фолио, 1997. 239 с.
  25. Дехант И., Данц Р., Киммер В., Шмольке Р. Инфракрасная спектроскопия полимеров / пер. с нем. В.В. Архангельского. М.: Химия, 1976. 472 с.
  26. Додонов В.А., Гришин Д.Ф., Аксенова И.Н. Электрофильность растущих макрорадикалов как фактор, определяющий скорость в координационно-радикальной полимеризации акриловых мономеров // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1993. Т. 35. N 12. С. 2070-2072.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).