Войти
Полисульфон (PSU) повторяющееся звено.
Полиэфирсульфон (PES) повторяющееся звено. Полисульфоны представляют собой семейство высокоэффективных термопластов. Эти полимеры известны своей прочностью и стабильностью при высоких температурах. Технически используемые полисульфоны содержат арил -SO2 -арильную субъединицу. Из-за высокой стоимости сырья и обработки полисульфоны используются в специальных областях и часто являются превосходной заменой поликарбонатам.
В промышленности используются три полисульфона: полисульфон (PSU), полиэфирсульфон (PES) и полифенилен. сульфон (ППСУ). Они могут использоваться в диапазоне температур от -100 до +200 ° C и используются в электрооборудовании, в автомобилестроении и медицинской технике. Они состоят из пара-связанных ароматических соединений, сульфонильных групп и эфирных групп, а также частично также алкильных групп. Полисульфоны обладают выдающейся стойкостью к нагреванию и окислению, стойкостью к гидролизу в водных и щелочных средах и хорошими электрическими свойствами.
Термин «полисульфон» обычно используется для полиарилэфирсульфонов (PAES), поскольку коммерчески используются только ароматические полисульфоны. Более того, поскольку в этих полисульфонах всегда присутствуют эфирные группы, ПАЭС также называют полиэфирсульфонами (ПЭС), поли (ариленсульфонами) или просто полисульфонами (ПСВ).
Простейший полисульфонполи (фениленсульфон), известный еще в 1960 году, получают в реакции Фриделя-Крафтса из бензолсульфонилхлорид :
Продукт с температурой плавления выше 500 ° C трудно перерабатывать. Он демонстрирует привлекательную термостойкость, но механические свойства довольно плохие. Полиарилэфирсульфоны (PAES) представляют собой подходящую альтернативу. Соответствующие пути синтеза PAES были разработаны почти одновременно, но независимо от 3M Corporation, Union Carbide Corporation in США и подразделение пластмасс ICI в Соединенном Королевстве. Полимеры, обнаруженные в то время, все еще используются сегодня, но производятся с помощью другого процесса синтеза.
Первоначальный синтез ПАЭС включал электрофильное ароматическое замещение ди арилового эфира на бис (сульфонилхлорид) бензола. Обычно реакции используйте катализатор Фриделя-Крафтса, например хлорид железа или пентахлорид сурьмы :
Этот путь осложняется образованием изомеров, возникающих как в результате пара-, так и орто-замещения. Кроме того, наблюдается сшивание, которое сильно влияет на механические свойства полимера. От этого метода отказались.
ПАЭС в настоящее время получают с помощью реакции поликонденсации ди феноксида и бис (4-хлорфенил) сульфона (DCDPS). Сульфоновая группа активирует хлоридные группы в сторону замещения. Требуемый дифеноксид получают in situ из дифенола и гидроксида натрия. Полученную воду удаляют азеотропной дистилляцией с использованием толуола или хлорбензола ). Полимеризацию проводят при 130–160 ° C в инертных условиях в полярном апротонном растворителе, например. диметилсульфоксид, образующий простой полиэфир одновременно с удалением хлорида натрия :
бис (4-фторфенил) сульфон, может использоваться вместо бис (4-хлорфенил) сульфона.. Дифторид более реакционноспособен, чем дихлорид, но более дорогой. С помощью ограничителей цепи (например, метилхлорида ) длину цепи можно контролировать для обработки в расплаве.
Дифенол обычно представляет собой бисфенол-A или 1,4-дигидроксибензол. Такая ступенчатая полимеризация требует мономера высокой степени чистоты и точной стехиометрии для получения продуктов с высокой молекулярной массой.
DCDPS является предшественником полимеров, известных как Udel (из бисфенола A), PES, и Radel R. Udel является высокоэффективным аморфный сульфоновый полимер, которому можно придать множество различных форм. Он является жестким и термостойким, и может применяться во всем: от водопроводных труб до картриджей для принтеров и автомобильных предохранителей. DCDPS также реагирует с бисфенолом S с образованием PES. Как и Udel, PES - это жесткий и термостойкий материал, имеющий множество применений.
Полисульфоны жесткие, высокопрочные и прозрачные. Они также характеризуются высокой прочностью и жесткостью, сохраняя эти свойства при температуре от −100 ° C до 150 ° C. Температура стеклования полисульфонов составляет от 190 до 230 ° C. Они обладают высокой стабильностью размеров, изменение размера при воздействии кипящей воды, воздуха или пара при температуре 150 ° C обычно падает ниже 0,1%. Полисульфон обладает высокой устойчивостью к минеральным кислотам, щелочам и электролитам при pH в диапазоне от 2 до 13. Он устойчив к окислению. агентов (хотя PES со временем разлагается), поэтому его можно очистить отбеливателями. Он также устойчив к поверхностно-активным веществам и углеводородным маслам. Он неустойчив к воздействию низкополярных органических растворителей (например, кетонов и хлорированных углеводородов ) и ароматических углеводородов. С механической точки зрения полисульфон обладает высоким сопротивлением уплотнению, поэтому рекомендуется использовать его при высоких давлениях. Он также стабилен в водных кислотах и щелочах и многих неполярных растворителях; однако он растворим в дихлорметане и метилпирролидоне.
. Полисульфоны относятся к высокоэффективным пластмассам. Их можно обрабатывать посредством литья под давлением, экструзии или горячего формования.
Поли (арилэфирсульфон) состоят из ароматических групп, эфирных групп и сульфонильных групп. Для сравнения свойств отдельных составляющих может служить пример, который состоит только из сульфонильной и фенильной групп. Поскольку обе группы термически очень стабильны, поли (фениленсульфон) имеет чрезвычайно высокую температуру плавления (520 ° C). Однако полимерные цепи также настолько жесткие, что поли (фениленсульфон) (PAS) разлагается перед плавлением и, следовательно, не может быть подвергнут термопластической обработке. Поэтому в цепи необходимо включать гибкие элементы, это делается в виде эфирных групп. Эфирные группы допускают свободное вращение полимерных цепей. Это приводит к значительному снижению температуры плавления, а также улучшает механические свойства за счет увеличения ударной вязкости. Алкильные группы в бисфеноле A действуют также как гибкий элемент.
Стабильность полимера также можно отнести к отдельным структурным элементам: сульфонильная группа (в которой сера находится в наивысшей возможной степени окисления ) притягивает электроны из соседних бензольных колец, вызывая дефицит электронов. Таким образом, полимер препятствует дальнейшей потере электронов, тем самым подтверждая высокую стойкость к окислению. Сульфонильная группа также связана с ароматической системой посредством мезомерии, и поэтому связь усиливается за счет мезомерной энергии. В результате большее количество энергии тепла или излучения может поглощаться молекулярной структурой, не вызывая никаких реакций (разложения). Результатом мезомерии является то, что конфигурация становится особенно жесткой. Основанный на бифенилсульфонильной группе, полимер, таким образом, является прочным, термостойким, устойчивым к окислению и все еще имеет высокую жесткость даже при повышенных температурах. Эфирная связь обеспечивает (в отличие от сложных эфиров ) сопротивление гидролизу, а также некоторую гибкость, которая приводит к ударной вязкости. Кроме того, эфирная связь обеспечивает хорошую термостойкость и лучшую текучесть расплава.
Полисульфон имеет одну из самых высоких рабочих температур среди всех термопластов, перерабатываемых в расплаве. Его стойкость к высоким температурам дает ему роль антипирена без ущерба для его прочности, которая обычно является результатом добавления антипиренов. Его высокая устойчивость к гидролизу позволяет использовать его в медицинских целях, требующих стерилизации в автоклаве и паром. Однако он имеет низкую стойкость к некоторым растворителям и подвергается атмосферным воздействиям ; эту погодную нестабильность можно компенсировать добавлением в полимер других материалов.
Полисульфон позволяет легко производить мембраны с воспроизводимыми свойствами и контролируемым размером пор до 40 нанометров. Такие мембраны можно использовать в таких применениях, как гемодиализ, восстановление сточных вод, производство продуктов питания и напитков и разделение газов. Эти полимеры также используются в автомобильной и электронной промышленности. Картриджи фильтров, изготовленные из полисульфоновых мембран, обеспечивают чрезвычайно высокую скорость потока при очень низких перепадах давления по сравнению со средой из нейлона или полипропилена.
Полисульфон может использоваться в качестве фильтрующей среды при стерилизации фильтром.
Полисульфон может быть армирован стекловолокном. Полученный композитный материал имеет вдвое большую прочность на разрыв и трехкратное увеличение его модуля Юнга.
Полисульфон часто используется в качестве сополимера. Недавно сульфированные полиэфирсульфоны (SPES) были изучены в качестве многообещающего материала-кандидата среди многих других полимеров на основе ароматических углеводородов для высокопрочных протонообменных мембран в топливных элементах. В нескольких обзорах сообщается о прогрессе в долговечности из многих отчетов об этой работе. Самая большая проблема для применения SPES в топливных элементах - повышение их химической стойкости. В окислительной среде SPES может подвергаться отщеплению сульфогруппы и разрыву основной цепи. Однако последний преобладает; Механизм разрыва и расстегивания в средней точке был предложен в качестве механизма разложения, зависящего от прочности полимерной основы.
Используются пары жаропрочных кастрюль из полисульфона Полисульфоновые сковороды для еды для хранения, нагрева и подачи пищи. Сковороды изготовлены в соответствии со стандартами Gastronorm и доступны в натуральном прозрачном янтарном цвете полисульфона. Широкий диапазон рабочих температур от -40 ° C до 190 ° C позволяет этим сковородам переходить из морозильной камеры прямо в паровой стол или микроволновую печь. Полисульфон обеспечивает антипригарную поверхность, что позволяет минимизировать потери пищевых продуктов и легко чистить.
Некоторые промышленно значимые полисульфоны перечислены в следующей таблице:
| Структурная формула | торговое название | Систематическое название | CAS |
|---|---|---|---|
 | Поли (ариленсульфон) (PAS) | ||
 | поли (бисфенол-A сульфон) (PSF) | Поли [окси-1,4-фениленсульфонил-1,4-фениленокси-1,4 -фенилен (1-метилэтилиден) -1,4-фенилен] | 25135-51-7 |
 | Полиэфирсульфон (PES) | Поли (окси-1,4-фенилсульфонил-1, 4-фенил) | 25608-63-3 |
 | Полифениленсульфон (PPSU) | 25608-64-4 | |
 | Полисульфон (PSU) | Поли (окси-1, 4-фениленсульфонил-1,4-фенилен) | 25667-42-9 |
 | Victrex HTA | 121763-41-5 |
