polisülfon - Polysulfone
Polisülfonlar , yüksek performanslı termoplastiklerin bir ailesidir . Bu polimerler , yüksek sıcaklıklarda dayanıklılıkları ve kararlılıkları ile bilinirler. Teknik olarak kullanılan polisülfonlar bir içeren aril - SO 2 -aril alt birimi. Hammadde ve işleme maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle, polisülfonlar özel uygulamalarda kullanılır ve çoğu zaman polikarbonatların yerini alır .
Endüstriyel olarak üç polisülfon kullanılır, bunlar polisülfon (PSU), polietersülfon (PES) ve polifenilen sülfondur (PPSU). -100 ila +200 °C sıcaklık aralığında kullanılabilirler ve elektrikli ekipmanlarda, araç yapımında ve tıbbi teknolojide kullanılırlar . Para-bağlı aromatikler , sülfonil grupları ve eter gruplarından ve kısmen de alkil gruplarından oluşurlar . Polisülfonlar, ısıya ve oksidasyona karşı olağanüstü bir dirence, sulu ve alkali ortamlara karşı hidroliz direncine ve iyi elektriksel özelliklere sahiptir.
isimlendirme
"Polisülfon" terimi, ticari olarak sadece aromatik polisülfonlar kullanıldığından, normal olarak poliariletersülfonlar (PAES) için kullanılır. Ayrıca, bu polisülfonlarda eter grupları her zaman mevcut olduğundan, PAES'lere ayrıca polieter sülfonlar (PES), poli(arilen sülfon) veya basitçe polisülfon (PSU) olarak atıfta bulunulur.
Üretme
Tarihi
1960 kadar erken olarak bilinen basit polisülfon poli (fenilen sülfon), bir üretilir , Friedel-Crafts reaksiyonu ile ilgili benzensülfonil klorür :
- n C 6 H 5 SO 2 Cl → (C 6 H 4 SO 2 ) n + n HCl
500 °C'nin üzerinde bir erime noktası ile ürünün işlenmesi zordur. Çekici bir ısı direnci sergiler, ancak mekanik özellikleri oldukça zayıftır. Poliarileter sülfonlar (PAES) uygun bir alternatifi temsil eder. PATS için uygun sentetik güzergahlar, henüz bağımsız eş zamanlı olarak geliştirildi ve yapıldı 3M Corporation'dan , Union Carbide Corporation içinde ABD ve ICI İngiltere'deki 'ın Plastics Division. O dönemde bulunan polimerler günümüzde hala kullanılmaktadır ancak farklı bir sentez işlemi ile üretilmektedir.
PATS orijinal sentezi söz elektrofilik aromatik ikame bir di aril eter benzen, bis (sülfonil klorür) ile yıkanmıştır. Reaksiyonlar tipik olarak ferrik klorür veya antimon pentaklorür gibi bir Friedel-Crafts katalizörü kullanır :
- n O(C 6 H 5 ) 2 + n SO2Cl2 → {[O(C 6 H 4 ) 2 ]SO 2 } n + 2n HCl
Bu yol, hem para- hem de orto-ikamesinden kaynaklanan izomerlerin oluşumu ile karmaşıklaşır. Ayrıca, polimerin mekanik özelliklerini güçlü bir şekilde etkileyen çapraz bağlanma gözlemlendi. Bu yöntem terk edilmiştir.
Çağdaş üretim yöntemleri
PAES şu anda di fenoksit ve bis(4-klorofenil)sülfonun (DCDPS) bir polikondensasyon reaksiyonu ile hazırlanmaktadır . Sülfon grubu, klorür gruplarını ikameye doğru aktive eder. Gerekli difenoksit, bir difenol ve sodyum hidroksitten yerinde üretilir . Kojenere edilmiş su, toluen veya klorobenzen kullanılarak azeotropik damıtma yoluyla çıkarılır . Polimerizasyon, polar, aprotik bir çözücü, örneğin dimetil sülfoksit içinde, atıl koşullar altında 130-160 °C'de gerçekleştirilir ve sodyum klorürün ortadan kaldırılmasıyla birlikte bir polieter oluşturur :
Bis(4-florofenil)sülfon, bis(4-klorofenil)sülfon yerine kullanılabilir. Diflorür, diklorürden daha reaktiftir ancak daha pahalıdır. Zincir sonlandırıcılar (örneğin metil klorür ) aracılığıyla zincir uzunluğu eriyik işleme için kontrol edilebilir.
Difenol tipik olarak bisfenol-A veya 1,4-dihidroksibenzendir . Bu tür aşamalı polimerizasyonlar, yüksek moleküler ağırlıklı ürünler sağlamak için yüksek oranda saf monomer ve hassas stokiyometri gerektirir.
DCDPS, Udel (bisfenol A'dan), PES ve Radel R olarak bilinen polimerlerin öncüsüdür. Udel, çeşitli farklı şekillerde kalıplanabilen yüksek performanslı amorf bir sülfon polimeridir. Hem sert hem de sıcaklığa dayanıklıdır ve sıhhi tesisat borularından yazıcı kartuşlarına ve otomobil sigortalarına kadar her şeyde uygulamaları vardır . DCDPS ayrıca PES oluşturmak için bisfenol S ile reaksiyona girer . Udel gibi, PES de çok sayıda uygulamaya sahip sert ve termal olarak dirençli bir malzemedir.
Özellikler
Polisülfonlar sert, yüksek mukavemetli ve şeffaftır. Ayrıca, bu özellikleri -100 °C ile 150 °C arasında koruyan yüksek mukavemet ve sertlik ile karakterize edilirler. Polisülfonların cam geçiş sıcaklığı 190 ile 230 °C arasındadır. Yüksek boyutsal stabiliteye sahiptirler, kaynar suya veya 150 °C hava veya buhara maruz kaldıklarında boyut değişimi genellikle %0,1'in altına düşer. Polisülfon karşı oldukça dirençli olan mineral asitlerle , alkali ve elektrolit içinde, pH , bu nedenle temizlenebilir, 2'den, (PES zamanla niteliğini da) oksitleyici dayanıklıdır 13 arasında değişen ağartıcılar . Ayrıca yüzey aktif maddelere ve hidrokarbon yağlarına karşı dayanıklıdır . Düşük polar organik çözücülere (örneğin ketonlar ve klorlu hidrokarbonlar ) ve aromatik hidrokarbonlara karşı dirençli değildir . Polisülfon mekanik olarak yüksek sıkıştırma direncine sahiptir ve yüksek basınçlar altında kullanılmasını önerir. Aynı zamanda sulu asitler ve bazlarda ve birçok polar olmayan solventte kararlıdır; ancak diklorometan ve metilpirrolidon içinde çözünür .
Polisülfonlar yüksek performanslı plastikler arasında sayılmaktadır . Enjeksiyon kalıplama , ekstrüzyon veya sıcak şekillendirme ile işlenebilirler .
Yapı-mülk ilişkisi
Poli(aril eter sülfon)lar aromatik gruplar, eter grupları ve sülfonil gruplarından oluşur . Tek tek bileşenlerin özelliklerinin karşılaştırılması için sadece sülfonil ve fenil gruplarından oluşan poli(fenilen sülfon) bir örnek olarak kullanılabilir. Her iki grup da termal olarak çok kararlı olduğundan, poli(fenilen sülfon) son derece yüksek bir erime sıcaklığına (520 °C) sahiptir. Bununla birlikte, polimer zincirleri de o kadar katıdır ki, poli(fenilen sülfon) (PAS) erimeden önce ayrışır ve bu nedenle termoplastik olarak işlenemez. Bu nedenle, zincirlere esnek elementler dahil edilmelidir, bu eter grupları şeklinde yapılır. Eter grupları, polimer zincirlerinin serbest dönmesine izin verir. Bu, önemli ölçüde azaltılmış bir erime noktasına yol açar ve ayrıca artan bir darbe mukavemeti ile mekanik özellikleri iyileştirir . Alkil grupları , bisfenol A esnek eleman olarak da hareket ederler.
Polimerin stabilitesi ayrıca bireysel yapısal elementlere atfedilebilir: Sülfonil grubu ( kükürtün mümkün olan en yüksek oksidasyon durumunda olduğu ), komşu benzen halkalarından elektronları çekerek elektron eksikliğine neden olur . Polimer bu nedenle daha fazla elektron kaybına karşı çıkar ve böylece yüksek oksidasyon direncini doğrular. Sülfonil grubu ayrıca aromatik sisteme mezomerizm ile bağlıdır ve bu nedenle bağ mezomerik enerji ile güçlendirilir. Sonuç olarak, ısı veya radyasyondan gelen daha büyük miktarlarda enerji, herhangi bir reaksiyona (dekompozisyon) neden olmadan moleküler yapı tarafından emilebilir. Mezomerizmin sonucu, konfigürasyonun özellikle katı olmasıdır. Bifenilsülfonil grubuna dayalı olarak, polimer bu nedenle dayanıklı, ısıya dayanıklı, oksidasyona dirençlidir ve yüksek sıcaklıklarda bile hala yüksek bir sertliğe sahiptir. Eter bağı ( esterlerin aksine ) hidroliz direncinin yanı sıra darbe mukavemetine yol açan bir miktar esneklik sağlar. Ek olarak, eter bağı, iyi bir ısı direncine ve eriyiğin daha iyi akışına yol açar.
Uygulamalar
Polisülfon, tüm eritilerek işlenebilir termoplastikler arasında en yüksek servis sıcaklıklarından birine sahiptir. Yüksek sıcaklıklara karşı direnci , genellikle alev geciktiricilerin eklenmesinden kaynaklanan gücünden ödün vermeden, ona bir alev geciktirici rolü verir . Yüksek hidroliz kararlılığı, otoklav ve buhar sterilizasyonu gerektiren tıbbi uygulamalarda kullanılmasına izin verir. Ancak bazı çözücülere karşı direnci düşüktür ve hava koşullarına maruz kalır ; bu ayrışma kararsızlığı, polimere başka malzemeler eklenerek dengelenebilir.
Zarlar
Polisülfon, tekrarlanabilir özelliklere ve 40 nanometreye kadar kontrol edilebilir gözenek boyutuna sahip membranların kolay üretilmesini sağlar . Bu tür membranlar hemodiyaliz , atık su geri kazanımı, yiyecek ve içecek işleme ve gaz ayırma gibi uygulamalarda kullanılabilir . Bu polimerler aynı zamanda otomotiv ve elektronik endüstrilerinde de kullanılmaktadır. Polisülfon membranlardan yapılan filtre kartuşları, naylon veya polipropilen ortamlara kıyasla çok düşük fark basınçlarında son derece yüksek akış hızları sunar .
Polisülfon, filtre sterilizasyonunda filtrasyon ortamı olarak kullanılabilir .
Malzemeler
Polisülfon, cam elyaflarla güçlendirilebilir . Elde edilen kompozit malzeme , Young modülünün iki katı çekme mukavemetine ve üç kat artışa sahiptir .
Yakıt hücreleri
Polisülfon genellikle bir kopolimer olarak kullanılır . Son zamanlarda, sülfonatlı polietersülfonlar (SPES), yakıt hücrelerinde oldukça dayanıklı proton değişim membranları için diğer birçok aromatik hidrokarbon bazlı polimer arasında umut verici bir malzeme adayı olarak incelenmiştir. Birkaç inceleme, bu çalışmayla ilgili birçok rapordan dayanıklılık konusunda ilerleme bildirmiştir. Yakıt hücrelerinde SPES uygulaması için en büyük zorluk, kimyasal dayanıklılığını arttırmaktır. Oksidatif ortamda SPES, sülfonik grup ayrılmasına ve ana zincir kesilmesine maruz kalabilir. Ancak ikincisi daha baskındır; polimer omurganın gücüne bağlı olarak bozunma mekanizması olarak orta nokta kesme ve unzip mekanizması önerilmiştir.
Yemek servisi endüstrisi
Polisülfon yemek kapları, yiyeceklerin depolanması, ısıtılması ve servis edilmesi için kullanılır. Tavalar Gastronorm standartlarına göre yapılmıştır ve polisülfonun doğal şeffaf kehribar renginde mevcuttur. -40°C ile 190°C arasındaki geniş çalışma sıcaklığı aralığı, bu tavaların derin dondurucudan doğrudan buhar masasına veya mikrodalga fırına gitmesini sağlar. Polisülfon, minimum gıda israfı ve kolay temizlik için yapışmaz bir yüzey sağlar.
Endüstriyel olarak ilgili polisülfonlar
Bazı endüstriyel olarak ilgili polisülfonlar aşağıdaki tabloda listelenmiştir:
| Yapısal formül | ticari unvan | Sistematik İsim | CAS |
|---|---|---|---|
 |
Poli(arilen sülfon) (PAS) | ||
 |
poli(bisfenol-A sülfon) (PSF) | Poli[oksi-1,4-fenilensülfonil-1,4-fenilenoksi-1,4-fenilen(1-metiletiliden)-1,4-fenilen] | 25135-51-7 |
 |
Polieter sülfon (PES) | Poli(oksi-1,4-fenilsülfonil-1,4-fenil) | 25608-63-3 |
 |
Polifenilensülfon (PPSU) | 25608-64-4 | |
 |
Polisülfon (PSU) | Poli(oksi-1,4-fenilensülfonil-1,4-fenilen) | 25667-42-9 |
 |
Victrex HTA | 121763-41-5 |