Управление геометрической структурой и надмолекулярной организацией в полимерах 1,2-дизамещенных полиацетиленов как метод создания материалов для процессов мембранного газоразделения

Исследования по выявлению взаимосвязи между структурой и морфологией полимера и его свойствами являются одними из актуальных как в области полимерной химии, так и в области создания новых материалов, поскольку полученные знания позволяют осуществлять прогнозирование свойств получаемых полимерных материалов и целенаправленный синтез полимеров с необходимыми свойствами. В качестве объектов исследований данного Проекта будут использованы высокопроницаемые стеклообразные полимеры 1,2-дизамещенных ацетиленов, содержащие элементы IV(A) группы (углерод, кремний и германий) – поли(4-метил-2-пентин) (ПМП), поли(1-триметилсилил-1-пропин) (ПТМСП), поли(1-триметилгермил-1-пропин) (ПТМГП). Эти полимеры обладают рекордно высокими параметрами проницаемости, которые обусловлены экстремально высоким свободным объемом и нанопористой структурой полимерной матрицы. Несмотря на большой потенциал 1,2-дизамещенных полиацетиленов в качестве материалов для мембранного разделения, нерешенной остаётся проблема довольно низких значений селективности газо-разделения этих полимеров, которая в сильной степени зависит от архитектуры и размера пор, обеспечивающих селективность в соответствии с размером молекулы-пенетранта. В свою очередь пористая структура реализуется упаковкой цепей в полимерной матрице. Изменение формы и гибкости макромолекулы для регулирования нанопористых структур в жесткоцепных полимерах, таких как ПТМСП и его структурных аналогах, может оказаться эффективным для достижения конкурентных сочетаний проницаемости и селективности полимерного материала. Настоящий проект предполагает использование возможности регулирования упаковки макромолекул за счет регулирования конфигурационного состава содержащих чередующиеся двойные связи C=C полимеров 1,2-дизамещенных ацетиленов изменением условий стереоспецифической полимеризации. Впервые для стереоспецифической полимеризации Si-содержащего ацетилена 1-триметилсилил-1-пропин и его структурных аналогов Ge-содержащего 1-триметилгермил-1-пропин и углеводородного 4-метил-2-пентин будут использованы как известные каталитические системы на основе пентахлоридов Nb и Ta, так и ранее не использовавшиеся для полимеризации этих мономеров пентагалогениды с различными каталитическими добавками, и исследовано влияние катализаторов на стереорегулярность образующихся полимеров. Впервые будет проведено систематическое исследование влияния степени стереорегулярности макроцепи на надмолекулярную организацию и пористую структуру полимеров, и на функциональные свойства, такие как устойчивость к органическим веществам и транспортные параметры в рядах полимеров ПМП, ПТМСП, ПТМГП. Впервые в рядах ПТМСП, ПТМГП и ПМП, различающихся в широком диапазоне цис-транс-составов, будет систематически изучено влияние плотности упаковки и пористой структуры на старение полимера, то есть на скорость изменения параметров проницаемости либо с течением времени, либо под действием температуры вследствие релаксации неравновесных жесткоцепных макромолекул полимеров с высоким свободным объемом.Полученные в проекте знания внесут вклад в развитие принципов создания материалов с заданными свойствами. Использование возможности регулирования упаковки полимера за счет изменения пространственной структуры цепи в ПТМСП и его аналогах ПТМГП и ПМП, обладающих ультра высокими значениями проницаемости, может позволить достичь сочетания параметров проницаемость/селективность газоразделения в области высоких значений, и устойчивости к органическим веществам и стать многообещающим направлением дизайна материалов для мембран.