chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2018-13-5-49-57chemicallytech-169Research ArticleSYNTHESIS AND PROCESSING OF POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITESСИНТЕЗ И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕMAGNETIC AND THERMAL PROPERTIES OF NANOMATERIALS BASED ON HIGHLY BRANCHED FERROCENE-CONTAINING POLYMERSМАГНИТНЫЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОРАЗВЕТВЛЕННЫХ ФЕРРОЦЕНСОДЕРЖАЩИХ ПОЛИМЕРОВДвориковаР. А.DvorikovR. A.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории гетероцепных полимеров

119991, Москва, ул. Вавилова, 28

Ph.D. (Chemistry), Senior Researcher of the Laboratory of Heterochain Polymers

28, Vavilov St., Moscow, 119991, Russia

rad@ineos.ac.ruВаснёвВ. А.VasnevV. A.

доктор химических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, главный научный сотрудник лаборатории гетероцепных полимеров

119991, Москва, ул. Вавилова, 28

 

D.Sc. (Chemistry), Professor, Honored Worker of Science of the Russian Federation, Chief Researcher of the Laboratory of Heterochain Polymers

28, Vavilov St., Moscow, 119991, Russia

vasnev@ineos.ac.ruКорлюковА. А.KorlukovА. А.

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований

119991, Москва, ул. Вавилова, 28

E-mail: 

D.Sc. (Chemistry), Leading Researcher of the Laboratory of X-Ray Diffraction Studies

28, Vavilov St., Moscow, 119991, Russia

alex@xrlab.ineos.ac.ruБузинМ. И.BuzinМ. I.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики полимеров

119991, Москва, ул. Вавилова, 28 

Ph.D. (Chemistry), Senior Researcher of the Laboratory of Polymer Physics

28, Vavilov St., Moscow, 119991, Russia

buzin@ineos.ac.ruИнститут элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наукРоссияA.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds, Russian Academy of SciencesRussian Federation2018281020181354957Copyright © Dvorikov R.A., Vasnev V.A., Korlukov А.А., Buzin М.I., 20182018Дворикова Р.А., Васнёв В.А., Корлюков А.А., Бузин М.И.Dvorikov R.A., Vasnev V.A., Korlukov А.А., Buzin М.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/169

New magnetic nanomaterials with magnetization up to 32 Gs·cm3/g were synthesized from highly branched ferrocene-containing polymers by thermal structural transformations in a field of 2.5 kOe. The structure and properties of the prepared polymers were studied by IR spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM) and thermogravimetric analyses. According to IR spectroscopy the content of 1,3,5-substituted benzene rings in the ferrocene-containing polymer increases at 500°C. X-ray diffraction study showed that iron in such a sample is present exclusively in the form of Fe3O4 magnetite. As the heating temperature increased to 600°C, the composition of the samples became more complex: along with magnetite they contain cementite Fe3C and wustite FeO.97O. The magnetization of the ferrocene-containing polymer depends on the synthesis and heat treatment temperature. For a sample synthesized at 140°C the formation of a magnetically ordered phase begins at 500°C, and at 800°C the magnetization reaches a maximum value of 32 Gs·cm3/g. The average size of magnetic particles according to TEM analysis was 8-26 nm. The principal possibility of controlling the size and composition of the nanoparticles, as well as their magnetization depending on the conditions of production and the temperature of polymer structuring is shown. The obtained results provide a good basis for the directed synthesis of magnetic ferrocene-containing polymers with preset characteristics.

Термоструктурированием высокоразветвленных ферроценсодержащих полимеров синтезированы новые магнитные наноматериалы с намагниченностью насыщения до 32 Гс·см3/г в магнитном поле 2.5 килоэрстед. Исследованы структура и свойства полученных соединений методами ИК-спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и термогравиметрического анализа. По данным ИК-спектроскопии в ферроценсодержащем полимере, прогретом при 500 °С, содержание 1,3,5-замещенных бензольных колец возрастает. Рентгенодифракционное исследование показало, что железо в таком образце присутствует исключительно в форме магнетита Fe3O4. С повышением температуры прогрева до 600 °С состав образцов становился более сложным, наряду с магнетитом в них содержался цементит Fe3C и вюстит Fe0.97O. Намагниченность ферроценсодержащего полимера зависит от температуры синтеза и термообработки. Для образца, синтезированного при температуре 140 ºС, образование магнитоупорядоченной фазы начинается при прогреве от 500 ºС, и при 800 ºС намагниченность достигает максимального значения 32 Гс·см3/г. Среднестатистические размеры магнитных наночастиц по данным ПЭМ составляют 8-26 нм. Показана принципиальная возможность контроля размера и состава наночастиц, а также их намагниченности, в зависимости от условий получения и температуры структурирования полимеров. Полученные результаты создают хорошую основу направленного синтеза магнитных ферроценсодержащих полимеров с заданными характеристиками.

ферроценсодержащие полимерынаноматериалытермодеструкциянамагниченностьferrocene-containing polymersnanomaterialsthermal destructionmagnetizationReferencesПомогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 672 c.Pomogaylo A.D., Rosenberg A.S., Uflyand I.E. Metal nanoparticles in polymers. Moscow: Khimiya Publ., 2000. 672 p. (in Russ.)Губин С.П., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б., Юрков Г.Ю. Магнитные наночастицы: методы получения, строение и свойства // Успехи химии. 2005. Т. 74. С. 539-574.Gubin S.P., Koksharov Yu.A., Khomutov G.B., Yurkov G.Yu. Magnetic nanoparticles: Preparation, structure and properties. Russ. Chem. Rev. 2005; 74 (6): 489-520.Gudoshnikov S., Lyubimov B., Matveets L., Ranchinski M., Usov N., Gubin S., Yurkov G., Snigirev O., Volkov I. Magnetic properties of Fe-based nanoparticle assembly // J. Magn. Magn. Mater. 2003. V. 258-259. P. 54-56.Gudoshnikov S., Liubimov B., Matveets L., Ranchinski M., Usov N., Gubin S., Yurkov G, Snigirev O., Volkov I. Magnetic properties of Fe-based nanoparticle assembly. J. Magn. Magn. Mater. 2003; 258-259: 54-56.Hayashi K., Sakamoto W., Yogo T. Magnetic and rheological properties of monodisperse Fe3O4 nanoparticle/organic hybrid // J. Magn. Magn. Mater. 2009. V. 321. № 5. P. 450-457.Hayashi K., Sakamoto W., Yogo T. Magnetic and rheological properties of monodisperse Fe3O4 nanoparticle/organic hybrid. J. Magn. Magn. Mater. 2009; 321(5): 450-457.Kawamura M., Sato K. Magnetic nanoparticlesupported crown ethers // Chem. Commun. 2007. V. 32. P. 3404-3405.Kawamura M., Sato K. Magnetic nanoparticlesupported crown ethers. Chem. Commun. 2007; 32: 3404-3405.Muller J.-L., Klankermayer J., Leitner W. Poly(ethylene glycol) stabilized Co nanoparticles as highly active and selective catalysts for the Pauson-Khand reaction // Chem. Commun. 2007. V. 38. P. 1939-1941.Muller J.-L., Klankermayer J., Leitner W. Poly(ethylene glycol) stabilized Co nanoparticles as highly active and selective catalysts for the PausonKhand reaction. Chem. Commun. 2007; 38: 1939-1941.Дворикова Р.А., Антипов Б.Г., Клеменкова З.С., Шандицев В.А., Прокофьев А.И., Петровский П.В., Русанов А.Л., Коршак Ю.В. Синтез и исследование электромагнитных свойств новых ферроценсодержащих полимеров полифениленового типа // Высокомолек. соед. Серия А. 2005. Т. 47. № 11. С. 1925-1931.Dvorikova R.A., Antipov B.G., Klemenkova Z.S., Shanditsev V.A., Prokof'ev A.I., Petrovskii P.V., Rusanov A.L., Korshak Yu.V. Synthesis and investigation of electromagnetic properties of new ferrocenecontaining polyphenylenes. Vysokomol. soedin. Ser. A. 2005; 47(11), 1925–1931 (in Russ.) [Polym. Sci., Ser. A. 2005; 47(11): 1135-1140].Дворикова Р.А., Никитин Л.Н., Коршак Ю.В., Шандицев В.А., Русанов А.Л., Абрамчук С.С., Хохлов А.Р. Новые магнитные наноматериалы на основе высокоразветвленных ферроценсодержащих полифениленов, синтезированных в жидком и сверхкритическом диоксиде углерода // Доклады Академии наук. 2008. Т. 422. № 3. C. 334-338.Dvorikova R.A., Nikitin L.N., Korshak Yu.V., Shanditsev V.A., Rusanov A.L., Abramchuk S.S., Khokhlov A.R. New magnetic nanomaterials based on hyperbranched ferrocene-containing polyphenylenes synthesized in sub- and supercritical carbon dioxide. Dokl. Akad. nauk. 2008; 422(3): 334-338 (in Russ.) [Dokl. Chem. 2008; 422 (Part 1): 231-235].Дворикова Р.А., Никитин Л.Н., Коршак Ю.В., Бузин М.И., Шандицев В.А., Корлюков А.А., Бущмаринов И.С., Абрамчук С.С., Русанов А.Л., Хохлов А.Р. Ферроценсодержащие полифенилены как прекурсоры магнитных наноматериалов // Российские нанотехнологии. 2010. Т. 5. № 9-10. С. 94-100.Dvorikova R.A., Nikitin L.N., Buzin M.I., Shanditsev V.A., Korlyukov A.A., Bushmarinov I.S., Abramchuk S.S., Rusanov A.L., Khokhlov A.R., Korshak Y.V. Ferrocene-containing polyphenylenes as precursors of magnetic nanomaterials. Rossiyskiye nanotekhnologii. 2010; 5(9-10): 94-100. [Nanotechnologies in Russia. 2010; 5(9-10): 647-655].Дворикова Р.А., Коршак Ю.В., Никитин Л.Н., Шандицев В.А., Бузин М.И., Клеменкова З.С., Коварский А.Л., Каспаров В.В. Некоторые физико-химические и магнитные характеристики нанокомпозитов на основе ферроценсодержащих полимеров // Новое в полимерах и полимерных композитах. 2012. № 2. С. 79-85.Dvorikova R.A, Korshak Yu.V., Nikitin L.N, Shanditsev V.A., Buzin M.I., Klemenkova Z.C., Kovarskii A.L., Kasparov V.V. Some physico-chemical and magnetic characteristics of nanocomposites based on ferrocene-containing polymers. Novoye v polimerakh i polimernykh kompozitakh (New in Polymers and Polymer Composites). 2012; (2): 79-85. (in Russ.).Dvorikova R.A., Korshak Yu.V., Nikitin L.N, Buzin M.I., Shanditsev V.A., Klemenkova Z.C., Rusanov A.L., Khokhlov А.R., Lappas A., Kostopoulou A. New magnetic nanoparticles in polymers. Engineering of Polymers and Chemical Complexity. New Approaches, Limitations, and Control // Ed. by W.W. Focke, H.-J. Radusch, G.E. Zaikov, A.K. Haghi. Apple Academic Press, Inc. 2014, Vol. 2. Chapter 7. Toronto New Jersey. P. 145-160.Dvorikova R.A., Korshak Yu.V., Nikitin L.N, Buzin M.I., Shanditsev V.A., Klemenkova Z.C., Rusanov A.L., Khokhlov А.R., Lappas A., Kostopoulou A. New magnetic nanoparticles in polymers. Engineering of Polymers and Chemical Complexity. New Approaches, Limitations, and Control. Ed. by W.W. Focke, H.-J. Radusch, G.E. Zaikov, A.K. Haghi. Apple Academic Press, Inc. 2014, Vol. 2. Chapter 7. Toronto New Jersey. P. 145-160.Перевалова Э.Г., Решетова М.Д., Гринберг К.И. Методы элементоорганической химии. Ферроцен. М.: Наука, 1983. 544 с.Perevalova E.G., Reshetova MD, Grinberg K.I. Methods of organoelemental chemistry. Ferrocene. Moscow: Nauka Publ., 1983. 544 p. (in Russ.)Успехи в области синтеза элементоорганических полимеров / Под ред. В.В. Коршака. М.: Наука, 1980. 271 с.Advances in the field of synthesis of organoelement polymers / Ed. V.V. Korshak. Moscow: Nauka Publ., 1980. 271 p. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.