Олена АКСІМЕНТЬЄВА1, Галина МАРТИНЮК2, Богдан ЦІЖ3,4, Ярослав КОВАЛЬСЬКИЙ1, Микола ЯЦКОВ5
1Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6/8, 79005 Львів, Україна e-mail: aksimen@ukr.net
2 Рівненський державний гуманітарний університет, вул. Пластова, 31 в, 33000 Рівне, Україна e-mail: galmart@ukr.net
3Львівський національний університет ветеринарної медицини та біотехнологій імені С.З. Гжицького, вул. Пекарська, 50, 79010 Львів; Україна
4Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz, Chodkiewicza Str. 30, Bydgoszcz 85-064, Poland
5ВСП «Рівненський технічний фаховий коледж Національного університету водного господарства та природокористування», вул. Орлова, 35, 33027 Рівне, Україна е-mail: m.v.yatskov@nuwm.edu.ua
DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2021.66.001
ФОРМУВАННЯ ГНУЧКИХ ЕЛЕМЕНТІВ ОПТИЧНИХ СЕНСОРІВ НА ОСНОВІ КОМПОЗИТІВ ПОЛІАМІНОАРЕНІВ I ПОЛІВІНІЛОВОГО СПИРТУ
Для створення чутливих елементів оптичних сенсорів вивчено умови формування полімер-полімерних композитів спряжених поліаміноаренів (поліаніліну, полі-о-анізидину, полі-о-толуїдину) в матрицях полівінілового спирту (ПВС) в умовах окиснювальної полімеризації аміноаренів. Доведено, що введення ПВС у реакційну суміш спричиняє сповільнення швидкості окиснення мономерів. У процесі полімеризації утворюється композиційний полімерний матеріал, який може бути сформований у вигляді вільної гнучкої плівки товщиною 0,05−0,15 мм. Згідно з аналізом ІЧ-спектрів у процесі полімеризації відбувається міжмолекулярна взаємодія між аніліновими фрагментами та спиртовими групами ПВС. В оптичних спектрах композиційних плівок простежуються смуги поглинання за 380−400 нм, 450−500 нм і 700−800 нм, характерні для спряжених полімерних систем. Виявлено, що гнучкі композиційні плівки виявляють газохромний ефект під час дії аміаку, де найбільш чутливою є смуга поглинання в області 700−800 нм. Час визначення рівноважного значення оптичної густини під дією аміаку не перевищує 10−12 хвилин. Отримані композити можуть бути використані як гнучкі елементи оптичних сенсорів газових середовищ, зокрема аміаку.
Ключові слова: окисна полімеризація, оптична густина, полівініловий спирт, поліаміноарен, газовий датчик.
Література:
-
1. Aksimentyeva O.I., Tsizh B.R., Chokhan M.I. Sensors for control of gaseous media in the food industry and the
environment: a monograph. Lviv: Pyramida, 2017. 284 p. (in Ukrainian).
2. Kuswandi B. Freshness sensors for food packaging. Reference module in food science. 2017. (https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100596-5.21876-3).
3. Dong X., Zhang X., Wu X., Cui H., Chen D. Investigation of gas-sensing property of acid-deposited polyaniline
thin-film sensors for detecting H2S and SO2. Sensors. 2016. Vol. 16. P. 1888–2003. (https://doi.org/10.3390/s16111889).
4. Lobacheva G. K., Kairgaliev D. V. Rapid detection of explosives in the air. Science Journal of Volgograd State
University. Technical and technological innovations. 2015. Vol. 19(4). P. 59-68.(in Russian). (https://doi.org/10.15688/jvolsu10.2015.4.9).
5. Shahzad N., Khalid U., Iqbal A., Rahman M. Ur. eFresh – a device to detect food freshness. IJSCE. 2018. Vol.
8(3). P. 1–4.
6. Аksimentyeva O.I., Tsizh B.R., Horbenko Yu.Yu., Martyniuk G.V., Konopelnyk O.I.,
Chokhan’ M.I. Flexible elements of gas sensors based on conjugated polyaminoarenes. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2018.
Vol. 670 (1). Р. 3–10.
7. Park S.J. Park C.S., Yoon H. Chemo-electrical gas sensors based on conducting polymer hybrids. Polymers. 2017.
Vol. 9. (https://doi.org/10.3390/polym9050155).
8. Pandey S. Highly sensitive and selective chemiresistor gas/vapor sensors based on polyaniline nanocomposite: A
comprehensive review. J. Sci.: Adv. Mater. Devices. 2016. Vol. 1(4). P. 431–453. (https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2016.10.005).
9. Mustafa F., Andreescu S. Chemical and biological sensors for food-quality monitoring and smart packaging.
Foods. 2018. Vol. 7(10). P. 168. (https://doi.org/10.3390/foods7100168).
10. Tsizh B. R., Chokhan M. I., Aksimentyeva O. I., Konopelnyk O. I., Poliovyi D. O. Sensors Based on Conducting
Polyaminoarenes to Сontrol the Animal Food Freshness. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2008. Vol. 497. P. 586–592. (https://doi.org/10.1080/15421400802463043).
11. Tsizh B., Aksimentyeva O., Goliaka P., Chokhan М. Gas sensors for analysis of food products: monography. Lviv:
SPOLOM, 2021. 236 p.
12. Aksimentyeva O. I., Tsizh B. R., Horbenko Yu. Yu., Stepurа A. L. Detection of the organic solvent vapors by
the optical gas sensors based on polyaminoarenes. Scientific Messenger of LNU VMB. Series: Food Technologies.
2021. Vol. 23(95). Р. 20–24.
13. Laska J., Zak R., Pron F. Conducting blends of polyaniline with conventional polymers. Proceeding of ICSMн96.
– Praha, 1996. Paper N3863. P. 117–118. (https://doi.org/10.1016/S0379-6779(97)80673-X).
14. Mirmchseni A., Wallace G. G. Preparation and characterization of processable electroactive
polyaniline-polyvinyl alcohol composite. Polymer. 2003. Vol. 44. P. 3523–3528. (https://doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00242-8).
15. Nynaru V., Jayamani E., Srinivasulu M., Han E. C. W., Bakri M. K. B. Short review on conductive polymer
composites as functional materials. Key Eng. Mater. 2019. Vol. 796. P. 17–21. (https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.796.17).
16. Aksimentyeva О.I., Konopelnyk O.I., Martyniuk G.V. Chapter 9. Synthesis and Physical-Chemical Properties of
Composites of Conjugated Polyaminearenes with Dielectric Polymeric Matrixes / eds.: O.V. Reshetnyak, G.E. Zaikov.
Computational and Experimental Analysis of Functional Materials. Toronto: Apple Academic Press, 2017. P. 331−370.
(https://doi.org/10.1201/9781315366357-9).
17. Aksimentyeva O., Konopelnyk O., Opaynych I., Tzish B., Ukrainets A., Ulansky Y., Martyniuk G. Interaction of
components and conductivity in polyaniline-polymethylmethacrylate nanocomposites. Rev. Adv. Mater. Sci. 2010. Vol.
23. P.185–188.
18. Grosh M., Аrman А., De S. K., Chatterjee S. Low temperature electrical conductivity of polyaniline-polyvinyl
alcohol blends. Solid State Commun., 1997. Vol. 103(11). P.629–633. (https://doi.org/10.1016/S0038-1098(97)00236-6).
19. Patent №53159A (UA). Method of obtaining conductive polymer composites /
Akimentyeva O.I., Ukrainets A.M., Konopelnyk O.I., Yevchuk O.M. / Publ. 15.01.2003. Bull. № 1. (in Ukrainian).
20. Patent №65401 (UA). Sensor for visual control of ammonia content / Akimentyeva O.I., Tsizh B. R., Chokhan M.
I., Yevchuk O.M. / Publ. 12.12.2011, Bull. №23 (in Ukrainian).
21. Aksimentyeva O.I., Konopelnyk O.I., Tsizh B.R., Yevchuk O.M., Chokhan M.I. Flexible elements of optical
sensors based on conjugate polymer systems. Sensor electronics and microsystem technologies. 2011. Vol. 2 (8). P.
34–39. (in Ukrainian).
22. Aksimentуeva O.I. Electrochemical methods of synthesis and conductivity of conjugated polymers. Lviv.: Svit,
1998. 153 p. (in Ukrainian).
23. Sverdlova O.V. Electronic spectra in organic chemistry. Leningrad. 1985. 248 p. (in Russian).
24. Murrell J.N. The Theory of the Electronic spectra of Organic Molecules. J. Chem. Educ. 1965. Vol. 42(1). P.
A58. (https://doi.org/10.1021/ed042pA58).
25. Sapurina, I., Shishov M. Oxidative polymerization of aniline: Polyaniline molecular synthesis and the
formation of supramolecular structures. New polymers for special applications / Edited by A.S. Gomes. INTECH.
2012. Vol. 9. P. 251−312. (https://doi.org/10.5772/48758).
26. Kabanov V.A., Papisov I.M. Complexation between complementary synthetic polymers and oligomers in dilute
solutions. Macromolecular compounds, ser. A. 1979. Vol. 21(2). Р. 243–281. (in Russian). (https://doi.org/10.1016/0032-3950(79)90245-4).
27. Saharan R., Kaur A., Dhawan S.K. Synthesis and characterization of poly(o-metoxy aniline) and its copolymer
for electrochromic device energy application. Indian Journal of Pure&Applied Physics. 2015. Vol. 53. P. 316–319.
28. Tarutina L.I., Pozdniakova F.O. Spectral analysis of polymers. Мoscow.: Khimia. 2011. 268 p. (in Russian).
29. Маіstrenko L.A., Andreeva О.А. Infrared spectroscopic studies of new generation polymer compounds. Bulletin of
KhNTU. 2011. Vol. 4(43). P. 143–147.
30. Dutka V.S., Kovalskyi Ya.P., Aksimentyeva O.I., Kachmaryk V.V. Molecular modeling of intermolecular
interaction between macromolecules of polyvinyl alcohol and polyaniline in polymer composite. Visnyk Lviv Univ.
Ser. Chem. 2021. Vol. 62. P. 291–296. (in Ukrainian). (https://doi.org/10.30970/vch.6201.291).
31. Tsizh B.R., Aksimentieva O.I., Olkhova M.R., Horbenko Yu.Yu. Sensory properties of polyaniline films obtained
on optically transparent carriers. Nauk. Bulletin of LNUVMBT named after SZ Gzhytsky. 2016. Vol. 18(68). P.
121–125 (in Ukrainian).
Як цитувати:
АКСІМЕНТЬЄВА О., МАРТИНЮК Г., ЦІЖ Б., КОВАЛЬСЬКИЙ Я., ЯЦКОВ М. ФОРМУВАННЯ ГНУЧКИХ ЕЛЕМЕНТІВ ОПТИЧНИХ СЕНСОРІВ НА ОСНОВІ КОМПОЗИТІВ ПОЛІАМІНОАРЕНІВ I ПОЛІВІНІЛОВОГО СПИРТУ Праці НТШ. Хім. Наук. 2021 Т. LXVI. С. 7-18.