Dielectric parameters of polymers and monomers of the vinyl series in the microwave range

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The production of polymeric materials is one of the fast-growing sectors in the chemical industry. Improving methods for synthesizing high-molecular compounds and studying their physicochemical characteristics are important tasks of synthetic chemistry. Radical polymerization is currently the main method for producing polymeric materials. Its advantages involve simplicity and low cost, along with the possibility of obtaining a wide range of polymeric materials. The results of measuring the dielectric parameters of various high-molecular compounds (polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, poly(glycidyl methacrylate)) in the frequency range of 100–200 GHz (refractive index and dielectric loss tangent tgδ) are presented. The compounds under study were both those synthesized by radical polymerization with the participation of the conventional initiator, i.e., azobisisobutyric acid dinitrile, and commercial products. The absorption capacity of polymers at room temperature was compared. Polymers with the highest and lowest absorption capacity were determined. The dependence of tgδ on frequency for all the polymers under study is linear, with absorption in the polymers increasing with frequency. Poly(glycidyl methacrylate) exhibits the highest absorption among the studied macromolecules with tgδ being equal to 0.043 at 200 GHz. The minimum tgδ value of 0.0068 was found for polystyrene. For the polymers under study, the refractive index value varies in the range from 1.09 to 1.39. In addition, dielectric properties of the original vinyl monomers (styrene, vinyl acetate, glycidyl methacrylate) were studied. The results are of interest when developing approaches to obtaining polymeric materials with specified characteristics based on vinyl monomers by the method of radical polymerization.

About the authors

A. B. Alyeva

Institute of Applied Physics RAS

Email: a.alyeva@ipfran.ru

S. A. Ananicheva

Institute of Applied Physics RAS; Lobachevsky State University of Nizhniy Novgorod

Email: bulanova@ipfran.ru

T. O. Krapivnitckaia

Institute of Applied Physics RAS; Ufa State Petroleum Technical University

Email: kto@ipfran.ru

E. V. Kolyakina

Lobachevsky State University of Nizhniy Novgorod

Email: kelena@ichem.unn.ru

M. Yu. Glyavin

Institute of Applied Physics RAS

Email: glyavin@ipfran.ru

V. V. Parshin

Institute of Applied Physics RAS

Email: parsh@ipfran.ru

E. A. Serov

Institute of Applied Physics RAS

Email: serov@ipfran.ru

References

  1. Braun D., Cherdron H., Rehahn M., Ritter H., Voit B. Polymer synthesis: theory and practice. Berlin – Heidelberg: Springer-Verlag, 2013. 404 p. doi: 10.1007/978-3-642-28980-4.
  2. Jiang L., Huang W., Xue X., Yang H., Jiang B., Zhang D., et al. Radical polymerization in the presence of chain transfer monomer: an approach to branched vinyl polymers // Macromolecules. 2012. Vol. 45, no. 10. P. 4092–4100. doi: 10.1021/ma300443g.
  3. Shameem M.M., Sasikanth S.M., Annamalai R., Ganapathi Raman R. A brief review on polymer nanocomposites and its applications // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 45. P. 2536–2539. DOI: 10.1016/j. matpr.2020.11.254.
  4. Лебедева О.В., Сипкина Е.И. Полимерные композиты и их свойства // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 2. C. 192–207. doi: 10.21285/2227-2925-2022-12-2-192-207. EDN: BSBTTQ.
  5. Wietzke S., Jansen C., Jung T., Reuter M., Baudrit B., Bastian M., et al. Terahertz time-domain spectroscopy as a tool to monitor the glass transition in polymers // Opt Express. 2009. Vol. 17, no. 21. P. 19006–19014. doi: 10.1364/OE.17.019006.
  6. Fedulova E.V., Nazarov M.M., Angeluts A.A., Kitai M.S., Sokolov V.I., Shkurinov A.P. Studying of dielectric properties of polymers in the terahertz frequency range // Saratov Fall Meeting 2011: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIII. 2012. Vol. 8337. P. 833701. doi: 10.1117/12.923855.
  7. Mumtaz M., Mahmood A., Khan S.D., Zia M.A., Ahmed M., Ahmad I. Investigation of dielectric properties of polymers and their discrimination using terahertz time-domain spectroscopy with principal component analysis // Applied Spectroscopy. 2017. Vol. 71, no. 3. P. 456–462. doi: 10.1177/0003702816675361.
  8. D’Angelo F., Mics Z., Bonn M., Turchinovich D. Ultrabroadband THz time-domain spectroscopy of common polymers using THz air photonics // Opt Express. 2014. Vol. 22, no. 10. P. 12475–12485. doi: 10.1364/OE.22.012475.
  9. Farman N., Mumtaz M., Mahmood M.A., Khan S.D., Zia M.A., Raffi M., et al. Investigation of optical and dielectric properties of polyvinyl chloride and polystyrene blends in terahertz regime // Optical Materials. 2020. Vol. 99. P. 109534. doi: 10.1016/j.optmat.2019.109534.
  10. Sahin S., Nahar N.K., Sertel, K. Dielectric properties of low-loss polymers for mmW and THz applications // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2019. Vol. 40. P. 557–573. doi: 10.1007/s10762-019-00584-2.
  11. Вайсбергер А., Проскауэр Э., Риддик Дж., Тупс Э. Органические растворители. Физические свойства и методы очистки / пер. с англ. М.: Издательство иностранной литературы, 1958. 519 с.
  12. Мономеры: сб. ст. / под ред. В.В. Коршака. Ч. 2. М.: Иностранная литература, 1953. 270 с.
  13. Emmons W.D. The preparations and properties of oxaziranes // Journal of the American Chemical Society. 1957. Vol. 79, no. 21. P. 5739–5744. doi: 10.1021/ja01578a043.
  14. Беленький Б.Г., Виленчик Л.З. Хроматография полимеров. М.: Химия, 1978. 345 с.
  15. Паршин В.В., Третьяков М.Ю., Кошелев М.А., Серов Е.А. Аппаратурный комплекс и результаты прецизионных исследований распространения миллиметровых и субмиллиметровых волн в конденсированных средах и атмосфере // Известия вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52. N 8. C. 583–594. EDN: JVKTVI.
  16. Parshin V.V., Tretyakov M.Yu., Koshelev M.A., Serov E.A. Modern resonator spectroscopy at submillimeter wavelengths // IEEE Sensors Journal. 2013. Vol. 13, no. 1. P. 18–23. doi: 10.1109/JSEN.2012.2215315.
  17. Власов С.Н., Копосова Е.В., Мазур А.Б., Паршин В.В. Об измерении диэлектрической проницаемости резонансным методом // Известия вузов. Радиофизика. 1996. Т. 39. N 5. C. 615.
  18. Parshin V.V., Serov E.A., Vodopyanov A.V., Mansfeld D.A. Method to measure the dielectric parameters of powders in subterahertz and terahertz ranges // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2021. Vol. 11, no. 4. P. 375–380. doi: 10.1109/TTHZ.2021.3076698.
  19. Паршин В.В., Серов Е.А. Резонансный метод исследования диэлектрических жидкостей в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн // Известия вузов. Радиофизика. 2011. Т. 54. N 8-9. C. 701–707. EDN: OKXUWZ.
  20. Зеленцова Н.В., Зеленцов С.В., Кузнецов М.В. Инициирование полимеризации виниловых мономеров микроволновым излучением малой интенсивности // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2002. Т. 44. N 9. С. 1595–1597. EDN: QMKNAA.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».