Синтез активного вещества для микрокапсул в полимерном композите с эффектом самозалечивания
Автор: Черкашина Н.И., Павленко В.И., Серебряков С.В., Ручий А.Ю., Самойлова Ю.М.
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Применение наноматериалов и нанотехнологий в строительстве
Статья в выпуске: 2 т.18, 2026 года.
Бесплатный доступ
Введение. Исследование направлено на изучение свойств синтезированного отвердителя для эпоксидной смолы на основе дициклопентадиена и малеинового ангидрида. Материалы и методы исследования. Для осуществления синтеза применялись следующие химические реактивы: дициклопентадиен 98%, малеиновый ангидрид (технический), трихлорметан (ХЧ). Исследования проводились с помощью ИК-Фурье спектрометра Sintecor IR 10, термогравиметрического анализатора STA 449 F1 Jupiter. Расчеты велись с помощью пакета программ QChem и IQmol. Результаты и обсуждение. Исследование исходных веществ позволило соотнести расчетные и экспериментальные данные. Последующие операции позволили определить структуру полученного аддукта и его термические характеристики.
Дициклопентадиен, малеиновый ангидрид, реакция дильса-альдера, полимерный композит, ик-фурье спектроскопия, термогравиметрия, теория функциональной плотности
Короткий адрес: https://sciup.org/142247821
IDR: 142247821 | DOI: 10.15828/2075-8545-2026-18-2-210-231
Synthesis of an Active Substance for Microcapsules in a Polymer Composite with a Self-Healing Effect
Introduction. The aim of this study is to examine the properties of a synthesized epoxy resin hardener based on dicyclopentadiene and maleic anhydride. Materials and methods. The following chemical reagents were used for synthesis: dicyclopentadiene 98%, maleic anhydride (technical), trichloromethane (C.P.). The research was carried out with the Sintecor IR 10 FTIR spectrometer, the STA 449 F1 Jupiter thermogravimetric analyzer. Results and discussion. Studying the initial substances allowed the calculated and experimental data to be correlated. Subsequent operations then revealed the structure and thermal properties of the obtained adduct. Conclusion. As a result of this research, an epoxy resin hardener has been obtained that can withstand a wide range of temperature variations. The synthesized substance is expected to find practical application in self-healing polymer composites.
Текст научной статьи Синтез активного вещества для микрокапсул в полимерном композите с эффектом самозалечивания
Черкашина Н.И., Павленко В.И., Серебряков С.В., Ручий А.Ю., Самойлова Ю.М. Синтез активного вещества для микрокапсул в полимерном композите с эффектом самозалечивания. Нанотехнологии в строительстве. 2026;18(2):210–231. https://doi. org/10.15828/2075-8545-2026-18-2-210-231. – EDN: XWXZHG.
Cherkashina N.I., Pavlenko V.I., Serebryakov S.V., Ruchiy A.Yu., Samoylova Yu.M. Synthesis of an active substance for microcapsules in a polymer composite with a self-healing effect. Nanotechnologies in Construction. 2026; 18(2):210–231. – EDN: XWXZHG.
Современные автономные системы самозалечи-вания являются одним из ключевых направлений повышения долговечности полимерных композитов, широко применяемых в строительстве, авиации, энергетике, медицине и космической отрасли. В условиях эксплуатации образуются мелкие механические повреждения, которые приводят к снижению эксплуатационных свойств и долговечности материала [1–4]. Микрокапсулированные активные вещества, высвобождаемые локально при повреждении, инициируют реакционные процессы полимеризации, восстанавливая целостность структур и часть прочностных характеристик [5–10].
Самозалечивание (самовосстановление) искусственных материалов представляет собой частичное или полное уменьшение площади повреждений за счет массопереноса и консолидации границ трещин, что приводит к частичному или полному восстановлению функциональных свойств материала. В таких системах консолидация повреждений (самозалечивание) наступает после сведения трещин, обеспечиваемого переносом масс [11, 12]. Процессы могут развиваться автономно (например, за счет течения вещества внутри материала) или неавтономно, когда залечивание инициируется внешними воздействиями, такими как повышение температуры или ультрафиолетовое излучение [13, 14]. По организации самовосстановления их механизмы делят на внешние и внутренние. Внешний механизм опирается на специально внедренные в матрицу восстанавливающие компоненты, напри- мер, микрокапсулы с залечивающими веществами, тогда как внутренние механизмы не требуют наличия дополнительных восстанавливающих составов [15–22].
Настоящая работа посвящена синтезу активного вещества на основе реакции Дильса-Альдера между дициклопентадиеном (ДЦПД) и малеиновым ангидридом (МА). В результате реакции будет происходить залечивание трещин в полимерных композитах. Данное взаимодействие представляет собой классическое (4+2)-циклоприсоединение, в котором малеиновый ангидрид выступает в роли высокоэффективного диенофила. Благодаря двум электроноакцепторным карбонильным группам, снижающим энергию НСМО, он способен реагировать с широким спектром сопряженных диенов, образуя соответствующие ангидриды.
В частности, малеиновый ангидрид легко вступает в реакцию как с ациклическими диенами (бутадиен, изопрен), так и с циклическими структурами, включая циклопентадиен и полициклические ароматические соединения наподобие антрацена [23, 24]. Именно такая высокая реакционная способность делает его идеальным кандидатом для конструирования молекулярных блоков, необходимых при создании современных функциональных материалов с самозалечивающимися свойствами.
Потребность в подобных синтезах продиктована практическими задачами материаловедения. В условиях, где получение устойчивых двухкомпонентных эпоксидных пластиков затруднено из-за внешних факторов (температуры, влажности), возникает необходимость в предварительно синтезированных стабильных отвердителях.
Nanotechnologies in construction
Нанотехнологии в строительстве
2026; 18 (2): 210–231
Nanob
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалы
Оборудование и методы исследования
DFT-расчеты проводились с помощью программы QChem 6.4 и интерпретировались в программе IQmol 3.1.5.
Съемка ИК-Фурье спектров соединений проводилась на Sintecor IR 10 в диапазоне волновых чисел 470–4000 см–1.
Термогравиметрический анализ соединений проводился на приборе STA 449 F1 Jupiter. Образцы нагревались от 20 до 400 °С со скоростью 10 град/мин в следующей атмосфере: 21% O2, 79% Ar.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. Экспериментальная часть
В работе [25], посвященной разработке капсул с залечивающим содержимым для композитов, не было уделено должного внимания веществу, выступающему в роли активного вещества для инициирования химической реакции.
Дициклопентадиен (рис. 1а) представляет собой высоконапряженную молекулу с норборненовым
Рис. 1. Структурная формула: а) ДЦПД; б) МА основанием и прилегающим к нему циклопентеновым кольцом. В нормальных условиях представляет собой вязкую жидкость с резким запахом. В целом, в качестве отвердителей двухкомпонентных эпоксидных систем используются органические ангидриды и амины. В настоящей работе в качестве реакционного радикала выбор остановился на ангидридном окончании молекулы. В качестве прекурсора использовался малеиновый ангидрид (рис. 1б).
В проведении реакции важно соблюдать температурный режим (не превышающий 80 °С), так как при высоких температурах дициклопентадиен распадается на 2 молекулы циклопентадиена. Однако реакция Дильса-Альдера не требует высоких температур.
В ранних работах чаще всего для проведения реакции Дильса-Альдера с применением дициклопентадиена использовались высокие температуры (160–200 °С) [21].
Реакция Дильса-Альдера строится на способности диенофилов присоединяться к диенам с низкой плотностью молекулярной орбитали. Молекулярные плотности были рассчитаны с помощью программы QChem. Расчеты проводились по методу Хартри-Фока (ХФ), являющемуся приближенным решением уравнения Шредингера. На рисунке 2 представлена модель молекулярных орбиталей малеинового ангидрида.
Параметры молекулы задаются в формате FChk. Пространственные координаты молекулы представлены в таблице 1.
Базис для квантово-химических расчетов – 6-31G, так как данный базис отлично подходит для
Рис. 2. Модель молекулы малеинового ангидрида с выделенными молекулярными орбиталями
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Таблица 1. Пространственные координаты молекулы МА
|
01* |
|||
|
Атом |
x |
y |
z |
|
C |
0,6623095 |
–1,2489674 |
0,0000000 |
|
C |
–0,6623106 |
–1,2489670 |
0,0000000 |
|
C |
–1,1376593 |
0,1599721 |
0,0000000 |
|
C |
1,1376590 |
0,1599714 |
0,0000000 |
|
O |
0,0000001 |
0,9570981 |
0,0000000 |
|
O |
2,2470393 |
0,5977750 |
0,0000000 |
|
O |
–2,2470392 |
0,5977764 |
0,0000000 |
|
H |
1,3356524 |
–2,0762104 |
0,0000000 |
|
H |
–1,3356540 |
–2,0762096 |
0,0000000 |
* обозначение количества объектов в области координат (0 – свободное пространство, 1 – молекула)
расчетов систем средней сложности, не содержащих тяжелых атомов.
Модель, построенная по методу Хартри-Фока, дает не самое точное представление о структуре и поведении молекулы, так как упрощает ее до совокупности внешних оболочек атомов молекул, игнорируя вклад внутренних электронов. Квантовая система, полученная по методу ХФ, соотносится с экспериментальными данными.
Также произведено моделирование молекулярных орбиталей дициклопентадиена. Результат представлен на рисунке 3.
Рис. 3. Модель молекулы дициклопентадиена с выделенными молекулярными орбиталями
Пространственные координаты молекулы дициклопентадиена представлены в таблице 2.
Реакция между дициклопентадиеном и малеиновым ангидридом проводилась в высушенном хлороформе в среде азота. Как предусматривает механизм Дильса-Альдера (рис. 4), реакция проходит без переходных состояний с разрывом двойных связей при низкой энергии активации.
Особенность реакции Дильса-Альдера заключается в том, что она проходит преимущественно с ароматическими циклами. Расчетный ЯМР-спектр дициклопентадиена (рис. 5) указывает на ароматичность данного соединения. Результаты расчета представлены в таблице 3.
Результаты расчета указывают на смещение спектра в область ~8 и ~7 ppm, что отвечает условиям ароматичности соединения.
Контроль за ходом реакции проводился с помощью ИК-Фурье спектроскопии. Анализ проводился с помощью спектрометра Sintecor IR10 в таблетках из бромного калия.
В ИК-Фурье спектрах малеинового ангидрида (рис. 6, табл. 4) прослеживаются моды, характерные для ароматических гетероциклов (~1240 и ~ 1059 см–1), также стоит подчеркнуть, что полученные спектры идентичны указанным в литературном источнике [26].
В ИК-Фурье спектрах дициклопентадиена (рис. 7, табл. 5) прослеживаются колебательные моды, характерные для циклических соединений с наличием двойных связей.
ИК-Фурье спектр аддукта дициклопентадиена и малеинового ангидрида (рис. 8, табл. 6) имеет мало общих мод с начальными соединениями. Это связано со сложной трехмерной геометрией аддукта в совокупности с разнообразием конформаций соединения.
Nanotechnologies in construction
Нанотехнологии в строительстве
2026; 18 (2): 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Рис. 4. Механизм реакции Дильса-Альдера для ДЦПД и МА
Таблица 2. Пространственные координаты молекулы ДЦПД
|
01 |
|||
|
Атом |
x |
y |
z |
|
C |
2,4796350 |
0,1410729 |
–0,0683041 |
|
C |
1,6804108 |
1,1941252 |
0,1057580 |
|
C |
1,7488112 |
–1,1630978 |
0,0926355 |
|
C |
0,3643315 |
–0,7244309 |
0,4318390 |
|
C |
0,3472054 |
0,7291123 |
0,4609470 |
|
C |
–0,8958314 |
1,0722448 |
–0,2545958 |
|
C |
–0,8628465 |
–1,0467290 |
–0,3273888 |
|
C |
–2,0541842 |
–0,7067548 |
0,4813796 |
|
C |
–2,0739739 |
0,6378653 |
0,5295530 |
|
C |
–0,8910027 |
0,0509215 |
–1,3260295 |
|
H |
3,4853189 |
0,2129811 |
–0,2884243 |
|
H |
1,9620733 |
2,1817942 |
0,0047628 |
|
H |
2,1725093 |
–1,7477525 |
0,8822929 |
|
H |
1,7956651 |
–1,7857229 |
–0,7762965 |
|
H |
0,2584193 |
–1,3209837 |
1,3137729 |
|
H |
0,2439873 |
1,2754131 |
1,3751688 |
|
H |
–0,9388543 |
2,1120129 |
–0,5034561 |
|
H |
–0,8677873 |
–2,0639699 |
–0,6591968 |
|
H |
–2,7252416 |
–1,3599432 |
0,9150281 |
|
H |
–2,7627270 |
1,2376484 |
1,0100771 |
|
H |
–0,0244552 |
0,0867506 |
–1,9526967 |
|
H |
–1,6542394 |
0,0657942 |
–2,0757952 |
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Таблица 3. Значения магнитного резонанса атомов водорода в ДЦПД
|
Атом |
Химический сдвиг, м.д. |
||||||||||||||
|
1H |
6,93 |
7,01 |
3,30 |
2,82 |
2,99 |
3,40 |
2,96 |
2,87 |
8,06 |
8,00 |
2,90 |
2,41 |
|||
|
98765432 Химический сдвиг, м.д. |
На рисунке 9 наглядно видно несоответствие колебательных мод аддукта и исходных соединений (ДЦПД и МА), что непосредственно указывает на образование нового соединения. 2. Расчетная часть Для подтверждения результатов синтеза были проведены расчеты частот колебаний молекулярных связей. Известно, что на каждую частоту коле- Таблица 4. Расшифровка колебательных мод МА |
||||||||||||||
|
Область поглощения, см–1 |
Характеристика |
||||||||||||||
|
1853 |
v C=O (в циклических ангидридах) |
||||||||||||||
|
1782 |
v C=O (в циклических ангидридах) |
||||||||||||||
|
1632 |
С=С (сопряженное с C=O) |
||||||||||||||
|
— |
1240 |
ароматические и винильные (=C–O–C–) |
|||||||||||||
|
Рис. 5. Рассчитанный ЯМР-спектр ДЦПД |
1059 |
ароматические и винильные (=C–O–C–) |
|||||||||||||
Рис. 6. ИК-Фурье спектр малеинового ангидрида
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
Nanob
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Рис. 7. ИК-Фурье спектр дициклопентадиена
Таблица 5. Расшифровка колебательных мод ДЦПД
|
Область поглощения, см–1 |
Характеристика |
|
3048 |
v as HRC=CH2 |
|
2962 |
–CH2– |
|
2924 |
–CH2– |
|
2844 |
–CH2– |
|
1439 |
–CH2– |
|
1336 |
=CH |
|
1250 |
δ (ar C–H)ip (плоскостное колебание) |
|
912 |
δ C=C |
|
815, 750, 728, 680 |
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
Nanob
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Рис 8. ИК-Фурье спектр аддукта ДЦПД и МА
Таблица 6. Расшифровка колебательных мод аддукта ДЦПД и МА
Обращаясь к планированию эксперимента, нужно отметить, что формула полученного соединения должна содержать два совмещенных норборненор-вых кольца с ангидридным придатком (рис. 12).
Однако полученные данные ИК-Фурье спектроскопии (рис. 13) не до конца сходятся с расчетными данными (табл. 9–12), что указывает на получение смеси веществ. А именно на наличие в смеси доли гидролизированного до карбоновой кислоты
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
Nanob
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Рис. 9. Сравнение ИК-Фурье спектров: а) аддукт; б) ДЦПД; в) МА
Рис. 10. Наглядное соотношение экспериментальных (сверху) и расчетных (снизу) колебательных мод ДЦПД
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Таблица 7. Расчетные значения ИК-Фурье спектроскопии для ДЦПД
|
Частота, см-1 |
Интенсивность, КМ/моль |
Частота, Ггц |
|
428,05 |
1,538 |
12832,61616 |
|
443,84 |
0,256 |
13305,98846 |
|
514,62 |
4,706 |
15427,91947 |
|
634,13 |
0,337 |
19010,73914 |
|
691,25 |
0,952 |
20723,15366 |
|
745,55 |
39,513 |
22351,02671 |
|
754,86 |
29,19 |
22630,13348 |
|
763,49 |
15,155 |
22888,85438 |
|
788,49 |
5,915 |
23638,33552 |
|
834,86 |
2,925 |
25028,47315 |
|
871,33 |
1,31 |
26121,81624 |
|
881,14 |
3,061 |
26415,91264 |
|
892,25 |
0,095 |
26748,98207 |
|
915,66 |
2,874 |
27450,79621 |
|
929,45 |
2,451 |
27864,21001 |
|
949,67 |
0,896 |
28470,39036 |
|
975,62 |
0,096 |
29248,35179 |
|
1004,6 |
3,812 |
30117,15033 |
|
1008,56 |
1,351 |
30235,86814 |
|
1023,96 |
4,053 |
30697,54853 |
|
1034,88 |
1,31 |
31024,92189 |
|
1037,16 |
1,296 |
31093,27457 |
|
1058,63 |
4,365 |
31736,92898 |
|
1118,38 |
0,705 |
33528,18892 |
|
1125,83 |
0,311 |
33751,5343 |
|
1138 |
0,547 |
34116,38172 |
|
1173,75 |
0,63 |
35188,13976 |
|
1180,26 |
2,096 |
35383,30465 |
|
1207,66 |
0,27 |
36204,73598 |
|
1261,29 |
3,746 |
37812,52294 |
|
1274,11 |
1,019 |
38196,85687 |
|
1282,7 |
0,536 |
38454,37859 |
|
1299,4 |
2,922 |
38955,03199 |
|
1304,4 |
0,133 |
39104,92822 |
|
1327,05 |
4,215 |
39783,95814 |
|
1337,37 |
1,656 |
40093,34396 |
|
1339,31 |
0,27 |
40151,50369 |
|
1350,23 |
11,368 |
40478,87706 |
|
1377,01 |
3,887 |
41281,72126 |
|
1495,96 |
2,045 |
44847,75255 |
|
1502,75 |
6,502 |
45051,31163 |
|
1623,81 |
0,939 |
48680,59912 |
|
1667,57 |
0,3 |
49992,49092 |
|
2876,06 |
49,931 |
86222,10968 |
|
2900,43 |
28,764 |
86952,7039 |
|
2911,82 |
26,492 |
87294,16751 |
|
2930,43 |
29,431 |
87852,08127 |
|
2944,63 |
60,856 |
88277,78656 |
|
2963,09 |
77,664 |
88831,20344 |
|
2970,26 |
11,14 |
89046,15463 |
|
2979,99 |
35,781 |
89337,85269 |
|
3037,22 |
9,784 |
91053,56493 |
|
3058,85 |
8,456 |
91702,01602 |
|
3065,99 |
40,144 |
91916,06783 |
|
3087,53 |
26,654 |
92561,82078 |
Таблица 8. Расчетные значения ИК-Фурье спектроскопии для МА
|
Частота, см-1 |
Интенсивность, КМ/моль |
Частота, Ггц |
|
389,58 |
20,435 |
11679,31458 |
|
541,85 |
2,723 |
16244,25434 |
|
624,48 |
1,143 |
18721,43942 |
|
634,17 |
8,008 |
19011,93831 |
|
715,12 |
25,234 |
21438,75826 |
|
848,37 |
12,421 |
25433,49276 |
|
873,53 |
148,693 |
26187,77058 |
|
916,46 |
104,567 |
27474,77961 |
|
1069,96 |
80,398 |
32076,59384 |
|
1078,17 |
43,965 |
32322,72344 |
|
1225,12 |
165,313 |
36728,17361 |
|
1336,65 |
1,2 |
40071,7589 |
|
1634,12 |
0,78 |
48989,68515 |
|
1781,76 |
824,756 |
53415,821 |
|
1860,36 |
75,998 |
55772,18972 |
|
3132,14 |
5,095 |
93899,19494 |
|
3153,54 |
2,576 |
94540,7508 |
Nanotechnologies in construction
Нанотехнологии в строительстве
2026; 18 (2): 210–231
Nanob
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Рис. 11. Наглядное соотношение экспериментальных (сверху) и расчетных (снизу) колебательных мод МА
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
Nanob
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Рис. 12. Структурная формула аддукта
Рис. 13. Наглядное соотношение экспериментальных (сверху) и расчетных (снизу) колебательных мод аддукта
ангидрида, а также на неполную сходимость повлияло наличие различных конформаций соединений.
Молекула кислотного аддукта (рис. 11) представляет собой нелинейную молекулу, значит, количество допустимых мод удовлетворяет формуле 3N-6 (где N-количество атомов в молекуле).
По моделям, представленным на рис. 14 и 15, прослеживается сложное пространственное строение молекул кислотного и ангидридного аддуктов, что в перспективе увеличит прочность на разрыв и сжатие конечных эпоксидных структур за счет скручивания полимерных цепочек. Также прослеживается
Nanotechnologies in construction
Нанотехнологии в строительстве
2026; 18 (2): 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Таблица 9. Пространственные координаты кислотного аддукта
|
01 |
|||
|
Атом |
x |
y |
z |
|
C |
2,9315102 |
–0,4174406 |
1,6091419 |
|
C |
3,0254627 |
0,9295588 |
1,3136708 |
|
C |
2,5569832 |
1,0810698 |
–0,1118783 |
|
C |
2,4354607 |
–1,0829987 |
0,3549941 |
|
C |
1,0075778 |
0,8395233 |
–0,0474390 |
|
C |
0,9366974 |
–0,6749013 |
0,1934086 |
|
C |
3,1804623 |
–0,2181038 |
–0,6485449 |
|
C |
0,0885279 |
1,0442277 |
–1,2931481 |
|
C |
0,1326389 |
–1,1619874 |
–1,0557912 |
|
C |
0,4111278 |
–0,1415290 |
–2,1722666 |
|
C |
–1,3729620 |
–0,8532875 |
–0,8165288 |
|
C |
–1,3983933 |
0,7122421 |
–0,9406452 |
|
C |
–1,9957753 |
–1,6446249 |
0,3355181 |
|
C |
–2,0030276 |
1,5651346 |
0,1580316 |
|
O |
–1,7881948 |
–2,8468094 |
0,3722530 |
|
O |
–2,9465504 |
2,2957288 |
–0,1068009 |
|
H |
3,2705296 |
–0,8883887 |
2,5219852 |
|
H |
3,4448724 |
1,6890988 |
1,9595683 |
|
H |
2,8475685 |
2,0572784 |
–0,5530969 |
|
H |
2,6120350 |
–2,1790877 |
0,3454574 |
|
H |
0,6533427 |
1,4831682 |
0,7777780 |
|
H |
0,4022466 |
–0,9818845 |
1,1194377 |
|
H |
4,2915592 |
–0,2513373 |
–0,5230865 |
|
H |
3,0402717 |
–0,5105674 |
–1,6868551 |
|
H |
0,1937191 |
2,0531199 |
–1,7463991 |
|
H |
0,2912302 |
–2,2359798 |
–1,2932265 |
|
H |
1,3958228 |
–0,0862649 |
–2,6267948 |
|
H |
–0,2666615 |
–0,2484397 |
–3,0524763 |
|
H |
–1,8902733 |
–1,2555622 |
–1,7204702 |
|
H |
–1,9918819 |
0,9341792 |
–1,8604735 |
|
O |
–1,5394470 |
1,5213264 |
1,4257724 |
|
O |
–2,8230620 |
–1,1274285 |
1,2703571 |
|
H |
–1,9304899 |
2,0635870 |
2,1254570 |
|
H |
–3,2036012 |
–0,2467562 |
1,2494032 |
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Таблица 10. Расчетные значения ИК-Фурье спектроскопии для кислотного аддукта
|
Частота, см–1 |
Интенсивность, КМ/моль |
Частота, Ггц |
|
422,57 |
20,269 |
12668,3299 |
|
447,17 |
11,099 |
13405,81934 |
|
450,67 |
16,077 |
13510,7467 |
|
512,86 |
7,682 |
15375,156 |
|
549,09 |
5,115 |
16461,30408 |
|
623,69 |
4,113 |
18697,75581 |
|
624,58 |
15,528 |
18724,43734 |
|
648,84 |
29,641 |
19451,73384 |
|
659,62 |
121,386 |
19774,91011 |
|
705,31 |
3,605 |
21144,66186 |
|
728,38 |
2,813 |
21836,28306 |
|
736,44 |
11,004 |
22077,91578 |
|
758,08 |
8,117 |
22726,66666 |
|
776,43 |
16,301 |
23276,78582 |
|
797,25 |
12,662 |
23900,95371 |
|
803,67 |
20,553 |
24093,42047 |
|
820,49 |
4,897 |
24597,67139 |
|
839,18 |
1,083 |
25157,98349 |
|
860,86 |
22,029 |
25807,93354 |
|
881,8 |
6,678 |
26435,69895 |
|
891,52 |
12,292 |
26727,09722 |
|
918,94 |
2,097 |
27549,12814 |
|
930,99 |
5,779 |
27910,37805 |
|
941,31 |
8,886 |
28219,76386 |
|
957,17 |
9,116 |
28695,2347 |
|
964,13 |
0,214 |
28903,89025 |
|
972,71 |
0,519 |
29161,11218 |
|
978,42 |
0,533 |
29332,29368 |
|
986,96 |
9,955 |
29588,31643 |
|
1007,62 |
2,311 |
30207,68765 |
|
1017,83 |
6,729 |
30513,77575 |
|
1029,65 |
0,059 |
30868,13044 |
|
1041,28 |
3,848 |
31216,78907 |
|
1047,66 |
10,789 |
31408,05665 |
|
1075,43 |
7,279 |
32240,58031 |
|
1096,16 |
90,5 |
32862,05008 |
|
1100,02 |
38,732 |
32977,76996 |
|
1104,11 |
170,566 |
33100,38508 |
|
1124,34 |
48,975 |
33706,86522 |
|
1160,94 |
1,009 |
34804,10562 |
|
1173,06 |
0,653 |
35167,45408 |
|
1223,67 |
1,858 |
36684,70371 |
|
1235,77 |
250,109 |
37047,45258 |
|
1248,66 |
27,666 |
37433,88506 |
|
1252,76 |
34,813 |
37556,79997 |
|
1266,45 |
36,227 |
37967,21584 |
|
1295,06 |
55,499 |
38824,92207 |
|
1304,86 |
11,617 |
39118,71867 |
|
1308,39 |
72,373 |
39224,54541 |
|
1323,08 |
0,9 |
39664,94053 |
|
1327,07 |
1,115 |
39784,55772 |
|
1344,79 |
0,713 |
40315,78996 |
|
1348,62 |
1,393 |
40430,61047 |
|
1356,6 |
1,303 |
40669,84485 |
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Продолжение таблицы 10
|
Частота, см–1 |
Интенсивность, КМ/моль |
Частота, Ггц |
|
1366,65 |
6,555 |
40971,13627 |
|
1382,97 |
0,399 |
41460,39756 |
|
1385,78 |
14,103 |
41544,63924 |
|
1396,3 |
4,341 |
41860,02091 |
|
1408,07 |
8,986 |
42212,87663 |
|
1414,65 |
26,854 |
42410,14007 |
|
1419,76 |
8,025 |
42563,33402 |
|
1441,9 |
1,849 |
43227,07452 |
|
1472,23 |
0,511 |
44136,34504 |
|
1548,59 |
7,743 |
46425,56025 |
|
1576,03 |
12,235 |
47248,19076 |
|
1658,89 |
351,456 |
49732,27107 |
|
1674,47 |
318,638 |
50199,34771 |
|
2641,04 |
4,868 |
79176,38733 |
|
2641,32 |
52,917 |
79184,78152 |
|
2652,92 |
31,788 |
79532,54077 |
|
2665,56 |
33,243 |
79911,47843 |
|
2687,34 |
18,641 |
80564,42641 |
|
2705,95 |
14,62 |
81122,34017 |
|
2712,14 |
103,301 |
81307,9117 |
|
2715,66 |
11,926 |
81413,43865 |
|
2721,45 |
23,145 |
81587,01848 |
|
2765,65 |
5,958 |
82912,10115 |
|
2893,39 |
42,332 |
86741,65001 |
|
2946,02 |
37,782 |
88319,45771 |
|
2979,68 |
3,343 |
89328,55913 |
|
3001,52 |
17,068 |
89983,30585 |
|
3447,18 |
179,288 |
103343,85654 |
|
3553 |
110,917 |
106516,26033 |
Таблица 11. Пространственные координаты ангидридного аддукта
|
01 |
|||
|
Атом |
x |
y |
z |
|
C |
1,3141048 |
–0,8258545 |
0,7555059 |
|
C |
1,8636569 |
0,5797013 |
1,1233108 |
|
C |
1,3136704 |
–0,8260783 |
–0,7556297 |
|
C |
0,9459339 |
1,6700943 |
0,6886091 |
|
C |
0,9453752 |
1,6699677 |
–0,6888182 |
|
C |
1,8627855 |
0,5794921 |
–1,1241021 |
|
C |
2,9091976 |
0,7381951 |
–0,0008188 |
|
C |
–0,0067794 |
–1,5607134 |
1,1291011 |
|
C |
–0,0072583 |
–1,5613396 |
–1,1282846 |
|
C |
0,0056923 |
–2,6205850 |
0,0007008 |
|
C |
–1,3502770 |
–0,8831259 |
–0,7584379 |
|
C |
–1,3499481 |
–0,8826069 |
0,7593555 |
|
C |
–1,6585750 |
0,5329433 |
–1,0952327 |
|
C |
–1,6581462 |
0,5337199 |
1,0952492 |
|
O |
–1,8547783 |
1,2974647 |
–0,0002341 |
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Продолжение таблицы 11
|
01 |
|||
|
Атом |
x |
y |
z |
|
O |
–1,7655017 |
0,9622375 |
–2,2325926 |
|
O |
–1,7646851 |
0,9638282 |
2,2323242 |
|
H |
2,1217957 |
–1,5260150 |
1,0874806 |
|
H |
2,1868443 |
0,6667752 |
2,1819437 |
|
H |
2,1212860 |
–1,5262038 |
–1,0878534 |
|
H |
0,4548516 |
2,4031158 |
1,3144979 |
|
H |
0,4537700 |
2,4029058 |
–1,3143913 |
|
H |
2,1851463 |
0,6664242 |
–2,1829953 |
|
H |
3,7010840 |
–0,0469545 |
–0,0010657 |
|
H |
3,4147047 |
1,7347850 |
–0,0011056 |
|
H |
0,0020068 |
–1,9061375 |
2,1848889 |
|
H |
0,0011191 |
–1,9073439 |
–2,1838870 |
|
H |
–0,8832067 |
–3,2961578 |
0,0010851 |
|
H |
0,9121854 |
–3,2713050 |
0,0006845 |
|
H |
–2,1844541 |
–1,5229043 |
–1,1293408 |
|
H |
–2,1840079 |
–1,5220869 |
1,1310275 |
Таблица 12. Расчетные значения ИК-Фурье спектроскопии для ангидридного аддукта
|
Частота, см–1 |
Интенсивность, КМ/моль |
Частота, Ггц |
|
410,34 |
20,798 |
12301,68372 |
|
447,04 |
0,108 |
13401,92204 |
|
452,81 |
0,34 |
13574,90229 |
|
512,65 |
0,083 |
15368,86036 |
|
540,11 |
2,66 |
16192,09045 |
|
583,31 |
11,284 |
17487,19387 |
|
603,5 |
2,094 |
18092,47484 |
|
623,11 |
7,605 |
18680,36785 |
|
634,16 |
5,53 |
19011,63852 |
|
649,2 |
2,209 |
19462,52637 |
|
704,06 |
0,195 |
21107,1878 |
|
722,3 |
8,026 |
21654,00924 |
|
743,4 |
7,966 |
22286,57133 |
|
803,65 |
6,472 |
24092,82089 |
|
812,01 |
71,561 |
24343,44738 |
|
822,12 |
5,752 |
24646,53756 |
|
836,74 |
4,914 |
25084,83413 |
|
850,63 |
1,196 |
25501,24585 |
|
866,8 |
23,662 |
25986,01026 |
|
888,17 |
0,285 |
26626,66674 |
|
900,77 |
27,931 |
27004,40524 |
|
924,88 |
3,645 |
27727,20486 |
|
930,61 |
7,682 |
27898,98593 |
|
943,97 |
0,001 |
28299,50866 |
|
977,26 |
3,81 |
29297,51775 |
|
978,09 |
0,077 |
29322,40052 |
|
1001,16 |
3,327 |
30014,02173 |
|
1006,85 |
4,062 |
30184,60363 |
2026; 18 (2): 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Продолжение таблицы 12
|
Частота, см–1 |
Интенсивность, КМ/моль |
Частота, Ггц |
|
1030,99 |
35,867 |
30908,30263 |
|
1050,49 |
1,817 |
31492,89792 |
|
1059,63 |
8,584 |
31766,90823 |
|
1060,77 |
1,805 |
31801,08457 |
|
1082,62 |
7,888 |
32456,13109 |
|
1086,62 |
2,614 |
32576,04807 |
|
1116,28 |
0,009 |
33465,2325 |
|
1140,17 |
9,58 |
34181,43668 |
|
1190,55 |
2,941 |
35691,79109 |
|
1190,79 |
5,585 |
35698,98611 |
|
1207,73 |
11,332 |
36206,83453 |
|
1221,86 |
170,62 |
36630,44127 |
|
1232,36 |
30,557 |
36945,22335 |
|
1247,26 |
0,763 |
37391,91412 |
|
1252,95 |
0,017 |
37562,49603 |
|
1277,51 |
6,069 |
38298,7863 |
|
1297,27 |
26,617 |
38891,1762 |
|
1304,24 |
160,98 |
39100,13154 |
|
1319,25 |
2,267 |
39550,12002 |
|
1323,33 |
9,511 |
39672,43534 |
|
1348,88 |
0,154 |
40438,40507 |
|
1353,42 |
0,543 |
40574,51085 |
|
1358,26 |
4,683 |
40719,6104 |
|
1359,97 |
6,721 |
40770,87491 |
|
1376,71 |
0,099 |
41272,72749 |
|
1378,17 |
0,068 |
41316,49718 |
|
1388,08 |
20,313 |
41613,59151 |
|
1399,99 |
16,719 |
41970,64433 |
|
1410 |
14,426 |
42270,73658 |
|
1428,49 |
0,831 |
42825,05283 |
|
1449 |
3,392 |
43439,92716 |
|
1450,76 |
3,7 |
43492,69064 |
|
1490,06 |
0,136 |
44670,875 |
|
1538,8 |
3,651 |
46132,06344 |
|
1542,11 |
9,08 |
46231,29474 |
|
1659,2 |
538,551 |
49741,56463 |
|
1757,81 |
122,141 |
52697,81806 |
|
2585,12 |
16,98 |
77499,9479 |
|
2612,64 |
32,105 |
78324,97675 |
|
2650,31 |
62,449 |
79454,29494 |
|
2655,43 |
38,88 |
79607,78867 |
|
2659,4 |
3,407 |
79726,80628 |
|
2674,23 |
46,842 |
80171,3985 |
|
2676,19 |
3,902 |
80230,15782 |
|
2683,17 |
53,369 |
80439,41295 |
|
2711,71 |
1,28 |
81295,02063 |
|
2714,1 |
120,37 |
81366,67103 |
|
2717,61 |
29,596 |
81471,89818 |
|
2721,58 |
24,989 |
81590,91578 |
|
2986,73 |
0,033 |
89539,91281 |
|
3006,64 |
2,433 |
90136,79959 |
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Nanob
Рис. 14. Модель молекулы кислотного аддукта с выделенными молекулярными орбиталями
Рис. 15. Модель молекулы ангидридного аддукта с выделенными молекулярными орбиталями
возможности для получения иных конформаций соединений.
Одним из главных эксплуатационных свойств материала является стойкость к повышенным температурам. Как следует из данных рис. 16, МА обладает низкой термостойкостью и подвержен структурным превращениям. Заметная деструкция начинается со 100–110 °С. Исследование проводилось на цельном кристалле МА, это означает, что при уменьшении размера частиц скорость деструкции увеличится.
Результаты ТГА аддукта (рис. 17), наоборот, демонстрируют повышение стойкости к температурам относительно ДЦПД (испаряется при 40–60 °С, не доходит до рабочей температуры измерительного оборудования) и МА, деструкция начинается со 150 °С. Заметные структурные изменения также начинают происходить при 140–150 °С, что удовлетворяет требованиям к полимерным композитам космического назначения.
Дифференцирование показателей ТГ (рис. 18) показывает более плавное изменение течения
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
Nanob
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Рис. 16. Термогравиметрический анализ малеинового ангидрида
Рис. 17. Термогравиметрический анализ аддукта
Nanotechnologies in construction 2026; 18 (2):
Нанотехнологии в строительстве 210–231
Nanob
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Рис. 18. Кривые ДТГ аддукта и МА
деструкции аддукта относительно малеинового ангидрида, что с инженерной точки зрения облегчает последующее предсказание механических параметров композита при расчете нагрузок на композиты.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Использование двухкомпонентных функциональных эпоксидных смол – наиболее перспективный вариант для получения самозалечивающихся материалов. Настраиваемый широкий температурный спектр соединений и разветвленная структура в совокупности с высокой реакционной активностью предлагают более надежный с инженерной точки зрения конечный материал по сравнению с иными композиционными решениями.
В результате проделанной работы получен стойкий к термическому воздействию (до 150 °С) отвердитель для эпоксидных смол, что подтверждается результатами термогравиметрического анализа. Расчеты, проведенные по методу функциональной плотности, подтвердили наличие аддуктов реакции ДЦПД и МА. Аддукт, полученный при взаимодействии ДЦПД и МА, пригоден для использования в качестве отвердителя эпоксидных смол в полимерных самозалечивающихся композитах.
