Органический СВС

Органи́ческий самораспространя́ющийся высокотемперату́рный си́нтез (органический СВС, ОСВС) (англ. organic self-propagating high temperature synthesis (OSHS) - автоволновой режим экзотермического химического синтеза в твердофазных дисперсных (порошкообразных) смесях, содержащих органические соединения, приводящий к образованию конденсированных полезных органических веществ разных классов, а также материалов и изделий.

Реализуется после локального инициирования (обычно - точечного нагрева) экзотермической реакции в каком-нибудь участке смеси. Далее, по законам горения очаг реакции увеличивается, распространяясь в остальные участки смеси и охватывая ее целиком (см. видео-вкладку).

Сущность ОСВС

По сути является применением известного метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) ^[1] в целях получения органических веществ. По формальным признакам относится к твердофазному горению.

Предложен в 1986 г. ^[2], ^[3]. Как самостоятельный термин впервые употребляется в ^[4].

Особенности и преимущества ОСВС

В отличие от пиротехнических процессов, как правило, не сопровождается термолизом и газовыделением, приводит к получению полезных конденсированных органических продуктов разной природы.

В сравнении с известными методами спекания не нуждается в громоздких печах, терморегулирующих и перемешивающих устройствах, являясь энергосберегающим методом.

От процессов СВС в неорганических системах отличается относительно низкими максимальными температурами во фронте волны синтеза (70—250 °С, против 2600-4100 °С). Это позволило впервые привлечь для in situ исследования волновых экзотермических процессов такие физико-химические методы исследования, как ЭПР, вычислительную ИК-термографию, оптическую спектроскопию и др., а также существенно упростило технологическую аппаратуру и технику эксперимента.

От традиционных методов органического синтеза отличается полным или частичным исключением растворителей из технологических схем ("сухой синтез"), а также простотой и быстротой ("клик-синтез"). Поэтому продукты ОСВС, как правило, более чистые, поскольку не содержат следов растворителей и побочные продукты, а технологии - менее токсичные и взрыво- и пожароопасные.

Продукты ОСВС

В число продуктов ОСВС входят как низкомолекулярные соединения разных химических классов (органические соли, окси- и галогенпроизводные и др.), так и полимеры. В последнем случае за такими процессами исторически закрепился термин "фронтальная полимеризация" ^[5].

Полезными продуктами, получаемыми методом ОСВС, являются органические соли пиперазина (антигельминты), орто-карбоксибензоилферроцен и его соли (лекарственный препарат "ферроцерон", используемый при железодефицитной анемии), галогенпроизводные карбоновых кислот (моно- и диброммалоновая кислота) и др..

Продукты ОСВС обычно обладают большей чистотой в сравнении с веществами, полученными методами традиционной химии, поскольку не используются или ограничено использование растворителей, а также вследствие эффекта самоочистки - термодесорбции примесей во время синтеза.

Применение ОСВС в технике

Системы СВС традиционно используются в качестве рабочего тела в автономных источниках тепла (химическая печка). Органические системы перекрывают низкотемпературный диапазон (70-300°С).

Как технологический прием может быть использован для окрашивания и текстурирования поверхности разных полимеров ^[6] (см. рисунок).

В некоторых случаях при ОСВС реализуется режим естественной радиальной усадки продуктов, создающий возможность получения полых изделий из органических материалов (трубы, стаканы и др.) в одну технологическую стадию без применения специальных формующих устройств (см.рисунок).

Аналоги ОСВС

Аналогами ОСВС являются реакция Белоусова, фронтальная полимеризация в жидкой фазе (по признакам "природа компонентов" и "волновой режим"), синтез серной кислоты камерным способом (по признакам "фазовый состав" и "природа" исходных реагентов) ^[7].

Литература

1. ↑ Мержанов А. Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.// Физическая химия. Современные проблемы. Ежегодник./ Под ред. Акад. Я. М. Колотыркина. М.: «Химия» 1983. С. 6-44
2. ↑ Klimchuk E.G. "Autowave exothermic organic synthesis in the mixes of organic solids". Macromolecular symposia, 2000, v.160, p.107-114
3. ↑ Климчук Е.Г. “Органический СВС” в монографии Мержанова А.Г. “Концепция развития СВС как области научно-технического прогресса”, Черноголовка, изд-во “Территория”, 2003, c.112-118, 368 с, ISBN 5-900829-21-9 см. см. ссылку в Интернет
4. ↑ Журнал "Физика горения и взрыва", 1991, No 5, т. 27, с.91-94. /Combustion, explosion and shock waves, SEP 01, 1991, v. 27, No 5, p.597-600 (Engl.)/
5. ↑ 5
6. ↑ Патент РФ RU № 2316626 (2008.02.10) Способ окрашивания и текстурирования поверхности полимеров и состав для осуществления способа
7. ↑ Колебания и бегущие волны в химических системах. Ред. Р.Филд и М. Бургер. М., "Мир", 1988 /Oscillations and traveling waves in chemical systems. Ed. by R.J.Field and M.Burger. 1985 by John Wiley and Sons, Inc. (Engl)/

Ссылки в Интернет

• 1. О самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. п. 3.4. Химические классы.
• 2. Концепция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза как области научно-технического прогресса. см. ст. "Органический СВС". с.112