폴리술폰

Polysulfone
Polysulfone(PSU) 반복 유닛.
폴리에테르술폰(PES) 반복 유닛.

폴리설폰은 고성능 열가소성 플라스틱 제품군입니다.이 중합체들은 고온에서 인성과 안정성으로 알려져 있다.아릴-SO-아릴2 서브유닛을 함유하는 것을 특징으로 하는 폴리술폰.원료와 가공 비용이 비싸기 때문에 폴리술폰은 특수 용도에 사용되며 종종 폴리카보네이트를 대체할 수 있습니다.

폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰(PES) 및 폴리페닐렌술폰(PPSU)의 3가지 폴리술폰이 산업적으로 사용된다.온도 범위는 -100 ~ +200°C이며 전기 장비, 차량 제작 및 의료 [1]기술에 사용됩니다.파라 연결 방향족, 술포닐기 및 에테르기 및 부분적으로 알킬기로 구성됩니다.폴리술폰은 뛰어난 내열성, 내산화성, 수성 및 알칼리성 매체에 대한 가수분해성 및 양호한 전기적 [2]특성을 가지고 있습니다.

명명법

"폴리술폰"이라는 용어는 상업적으로 방향족 폴리술폰만 사용되기 때문에 일반적으로 폴리아릴에테르술폰(PAES)에 사용됩니다.또한 이들 폴리술폰에는 항상 에테르기가 존재하므로 PAES는 폴리에테르술폰(PES), 폴리(아릴렌술폰) 또는 단순 폴리술폰(PSU)이라고도 한다.

생산.

이력

1960년 초에 알려진 가장 단순한 폴리술폰 폴리(페닐렌 술폰)는 [3]염화벤젠술포닐로부터 프리델-크래프트 반응으로 생성됩니다.

n652 CHSOCl → (CHSO642)n + n HCl

녹는점이 500°C가 넘으면 가공이 어렵습니다.매력적인 내열성을 보이지만 기계적 특성이 다소 떨어진다.폴리아리에테르 설폰(PAES)이 적절한 대안입니다.PAES로 가는 적절한 합성 경로가 3M Corporation,[4] 미국의 [5]Union Carbide Corporation 및 영국의 ICI의 플라스틱[6] 사업부에서 거의 동시에 그리고 독립적으로 개발되었습니다.그 당시 발견된 고분자는 오늘날에도 여전히 사용되고 있지만, 다른 합성 과정에 의해 생산된다.

PAES의 최초 합성에는 디알에테르를 벤젠의 비스(염화술포닐)로 친전자성 방향족 치환하는 작업이 포함되었습니다.반응에는 일반적으로 염화철 또는 5염화 안티몬과 같은 프리델-크래프트 촉매가 사용됩니다.

n O(CH65)2 + n SO2Cl2 → {[O(CH64)]2SO2}n + 2n HCl
Synthesis Polysulfone possibility 2 part 1.svgSynthesis Polysulfone possibility 2 part 2.svg

이 경로는 파라 치환과 오르소 치환 모두에서 발생하는 이성질체의 형성에 의해 복잡해진다.또한 [7][4]폴리머의 기계적 특성에 강한 영향을 미치는 가교결합이 관찰되었다.이 메서드는 폐기되었습니다.

현대적 제작 방법

PAES는 현재 디페녹시드와 비스(4-클로로페닐)술폰(DCDPS)의 중축합 반응에 의해 제조된다.술폰기는 치환을 위해 염화물기를 활성화한다.필요한 디페놀과 수산화나트륨에서 제 자리에서 디페놀을 생산한다.공생수는 톨루엔 또는 클로로벤젠을 이용한 공생 증류에 의해 제거된다.중합은 130–160°C에서 극성 비프로톤 용매(예: 디메틸 술폭시드)의 불활성 조건에서 수행되며 염화나트륨 제거와 함께 폴리에테르 결합물을 형성합니다.

Synthesis Polysulfone possibility 1 part 1.svg Synthesis Polysulfone possibility 1 part 2.svg

비스(4-클로로페닐)술폰 대신 비스(4-플루오로페닐)술폰을 사용할 수 있다.이플루오라이드는 이염화물보다 반응성이 높지만 가격이 비싸다.체인 터미네이터(예: 염화메틸)를 통해 체인 길이를 용융 처리를 위해 제어할 수 있습니다.

디페놀은 일반적으로 비스페놀-A 또는 1,4-디히드록시벤젠이다.이러한 단계 중합은 고분자량 [8]생성물을 보장하기 위해 매우 순수한 모노머와 정밀한 화학량 측정법을 필요로 한다.

DCDPS는 우델(비스페놀 A로부터), PES 및 라델 R로 알려진 중합체의 전구체이다.Udel은 다양한 형태로 성형할 수 있는 고성능 아모르퍼스 술폰 폴리머입니다.강성과 내온성을 모두 갖추고 있으며 배관 파이프부터 프린터 카트리지, 자동차 퓨즈 등 모든 분야에 응용할 수 있습니다.또한 DCDPS는 비스페놀 S와 반응하여 PES를 형성한다.PES는 Udel과 마찬가지로 견고하고 내열성이 있으며 다양한 용도로 사용됩니다.

특성.

폴리술폰은 견고하고, 고강도이며, 투명합니다.또한 고강도 및 강성이 특징이며 -100°C에서 150°C 사이의 특성을 유지합니다.폴리술폰의 유리 전이 온도는 190 ~ 230 °[9]C입니다.높은 치수 안정성을 가지며 끓는 물이나 150°C의 공기 또는 증기에 노출되면 크기가 일반적으로 0.1% [10]미만으로 떨어집니다.폴리술폰은 미네랄산, 알칼리, 전해질에 대한 내성이 높으며 pH는 2~13이다.PES는 시간이 지남에[11] 따라 분해되지만 산화제에 내성이 있으므로 표백제로 세척할 수 있습니다.계면활성제와 탄화수소 기름에도 강하다.저극성 유기 용제(예: 케톤 및 염소화 탄화수소) 및 방향족 탄화수소에 내성이 없습니다.기계적으로 폴리술폰은 내압축성이 높기 때문에 고압에서 사용하는 것이 좋습니다.또한 수산과 염기 및 많은 비극성 용제에서도 안정적이지만 디클로로메탄과 메틸피롤리돈에 [8]용해됩니다.

고성능 플라스틱에는 폴리술폰이 포함된다.사출 성형, 압출 또는 열간 성형으로 가공할 수 있습니다.

구조-속성 관계

폴리(아릴에테르술폰)는 방향족기, 에테르기 및 술포닐기로 구성된다.개별 성분인 폴리(페닐렌 술폰)의 성질을 비교하기 위해 술포닐기와 페닐기만으로 구성된 예를 들 수 있다.두 그룹 모두 열적으로 매우 안정적이기 때문에 폴리(페닐렌 술폰)는 녹는 온도(520°C)가 매우 높다.그러나 폴리머 체인 역시 매우 강하기 때문에 폴리(페닐렌술폰)(PAS)는 용융 전에 분해되기 때문에 열가소성 가공할 수 없다.따라서 유연한 요소를 체인에 통합해야 합니다.이는 ether 그룹의 형태로 이루어집니다.에테르 그룹은 폴리머 체인의 자유로운 회전을 가능하게 합니다.이로 인해 녹는점이 현저하게 감소하고 충격 [7]강도가 증가하여 기계적 특성이 개선됩니다.비스페놀 A의 알킬기도 유연한 원소로 작용합니다.

또한 폴리머의 안정성은 개별 구조 요소에 기인할 수 있습니다.술포닐기(황산화 상태가 가장 높은 황)는 인접한 벤젠 고리로부터 전자를 끌어당겨 전자 부족을 일으킨다.따라서 폴리머는 추가적인 전자 손실을 방지하여 높은 산화 저항성을 입증합니다.술포닐기는 또한 중합체에 의해 방향족 계통에 연결되며, 따라서 중합체 에너지에 의해 결합이 강화된다.그 결과 반응(분해)을 일으키지 않고 열이나 방사선의 에너지를 분자구조로 흡수할 수 있다.메소머리즘의 결과는 구성이 특히 견고하다는 것입니다.따라서 비페닐술포닐기를 바탕으로 고분자는 내열성과 내산화성을 가지며 고온에서도 높은 강성을 가진다.에테르 결합은 (에스테르와 대조적으로) 가수분해 저항성과 약간의 유연성을 제공하며, 이는 충격 강도로 이어진다.또한 에테르 결합을 통해 내열성이 우수하고 [12]용융액의 흐름이 개선됩니다.

적용들

폴리술폰은 모든 용융가공 열가소성 플라스틱 중 사용 온도가 가장 높은 제품 중 하나입니다.고온에 대한 저항성은 일반적으로 난연제 첨가로 인해 발생하는 강도를 저하시키지 않으면서 난연제 역할을 합니다.높은 가수분해 안정성 덕분에 고압 멸균 및 증기 멸균이 필요한 의료 용도로 사용할 수 있습니다.그러나 일부 용제에 대한 저항성이 낮으며 풍화 과정을 거칩니다. 이러한 풍화 불안정성은 폴리머에 다른 물질을 첨가함으로써 상쇄될 수 있습니다.

막

폴리술폰은 40나노미터 이하의 모공의 크기와 재현성이 있어 막의 제작이 용이합니다.이러한 막은 혈액 투석, 폐수 회수, 식음료 처리, 가스 분리 등의 용도에 사용할 수 있습니다.이러한 폴리머는 자동차 및 전자 산업에서도 사용됩니다.필터 카트리지polysulfone 세포막으로 만들어진 매우 낮은 차동 압력 때 나일론이나 폴리 프로필렌 언론과 비교했을 때 극도로 높은 흐름 비율을 제공한다.

폴리술폰은 필터 살균 시 여과재로 사용할 수 있다.

자재

폴리술폰은 유리섬유로 보강할 수 있다.결과적으로 합성 재료는 인장 강도가 2배, 영률이 [citation needed]3배 증가합니다.

연료 전지

폴리술폰은 종종 공중합체로 사용된다.최근에는 연료전지의 [13]고내구성 양성자 교환막을 위한 다른 방향족 탄화수소계 폴리머들 사이에서 술폰화 폴리에테르술폰(SPES)이 유망한 물질 후보로 연구되고 있다.여러 [14]리뷰에서 이 작업에 대한 많은 보고서로부터 내구성 관련 진척이 보고되었습니다.연료전지에 SPES를 적용하는 데 있어 가장 큰 과제는 화학적 내구성 향상이다.산화 환경에서 SPES는 술폰기 분리 및 주쇄 스크리션을 받을 수 있다.그러나 후자가 더 우세하다. 폴리머 [15]백본의 강도에 따라 분해 메커니즘으로 중간점 스크리션 및 압축 해제 메커니즘이 제안되었다.

외식업

폴리술폰제 고열 식품 팬 한 쌍

폴리술폰 푸드팬은 음식의 저장, 가열, 서빙에 사용된다.팬은 Gastronorm 규격에 따라 제작되었으며, 천연 투명 호박색인 폴리술폰으로 제공됩니다.-40°C ~ 190°C의 넓은 작동 온도 범위로 인해 팬은 깊은 냉동실에서 증기 테이블 또는 전자레인지로 직접 이동할 수 있습니다.폴리술폰은 들러붙지 않는 표면을 제공하여 음식물 낭비를 최소화하고 세척이 용이합니다.

산업 관련 폴리술폰

다음 표에는 산업적으로 관련된 폴리술폰이 나열되어 있습니다.

구조식 상호 시스템명 CAS
Strukturformel von Polyarylensulfone (PAS). 폴리(알릴렌술폰)(PAS)
Strukturformel von Polybisphenylsulfon (PSF). 폴리(비스페놀-A 술폰)(PSF) 폴리[옥시-1, 4-페닐렌술포닐-1, 4-페닐렌(1-메틸에틸렌)-1, 4-페닐렌] 25135-51-7
Strukturformel von Polyethersulfon (PES). 폴리에테르술폰(PES) 폴리(옥시-1, 4-페닐술포닐-1, 4-페닐) 25608-63-3
Strukturformel von Polyphenylensulfon (PPSU). 폴리페닐렌술폰(PPSU) 25608-64-4
Strukturformel von Polysulfone (PSU). 폴리술폰(PSU) 폴리(옥시-1, 4-페닐렌술포닐-1, 4-페닐렌) 25667-42-9
Strukturformel von Victrex HTA. 빅렉스 HTA 121763-41-5

레퍼런스

  1. ^ Kaiser, Wolfgang (2011). Kunststoffchemie für Ingenieure von der Synthese bis zur Anwendung [Plastics chemistry for engineers from synthesis to application] (in German) (3rd ed.). München: Hanser. p. 461. ISBN 9783446430471. record.
  2. ^ Fink, Johannes Karl (2008). High performance polymers. Norwich, NY: William Andrew. pp. 453–481. ISBN 9780815515807. record.
  3. ^ Makromolekulare Chemie : ein Lehrbuch für Chemiker, Physiker, Materialwissenschaftler und Verfahrenstechniker. Lechner, Manfred D., Gehrke, K., Nordmeier, Eckhard. (4., überarb. und erw. Aufl ed.). Basel [u.a.]: Birkhäuser. 2010. p. 134. ISBN 9783764388904. OCLC 643841472.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
  4. ^ a b GB 특허 1060546, H.A. Vogel, "폴리아릴술폰 폴리머", 미네소타 마이닝 & MFG에 할당
  5. ^ GB 특허 1078234, Alford G. Farnham, Robert N. Johnson, "폴리아릴렌 폴리에테르", Union Carbide Corporation에 할당
  6. ^ GB 특허 1153035, Bar Dennis Arthur; Rose John Brewster, ICI LTD에 할당된 "방향족 중합체 및 중간체 생산"
  7. ^ a b Rose, J. B. (July 1974). "Preparation and properties of poly(arylene ether sulphones)". Polymer. 15 (7): 456–465. doi:10.1016/0032-3861(74)90111-6.
  8. ^ a b 데이비드 파커, 얀 부싱크, 헨드릭 T. 반 드 그램펠, 게리 W.2002년 울만의 산업화학 백과사전 Wiley-VCH: Weinheim: Weily-VCH: Weinheim.doi: 10.1002/14356007.a21_449
  9. ^ Handbook of Biomaterial Properties (in German), Springer Science & Business Media, 1998, p. 283, ISBN 978-0-412-60330-3
  10. ^ Hee-Gweon Woo, Hong Li (2011), Advanced Functional Materials (in German), Springer Science & Business Media, p. 23, ISBN 978-3-642-19077-3
  11. ^ Tsehaye, Misgina Tilahun; Velizarov, Svetlozar; Van der Bruggen, Bart (September 2018). "Stability of polyethersulfone membranes to oxidative agents: A review". Polymer Degradation and Stability. 157: 15–33. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2018.09.004.
  12. ^ Kunststoff-Handbuch. 3 Technische Thermoplaste 3 Hochleistungs-Kunststoffe. Becker, Gerhard W., Becker, R., Binsack, Rudolf, Bottenbruch, Ludwig, Braun, Dietrich (1. Aufl ed.). München [u.a.]: Hanser. 1994. p. 140. ISBN 978-3446163706. OCLC 246423844.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
  13. ^ Michael A. Hickner; Hossein Ghassemi; Yu Seung Kim; Brian R. Einsla; James E. McGrath (2004). "Alternative polymer systems for proton exchange membranes (PEMs)". Chemical Reviews. 104 (10): 4587–4611. doi:10.1021/cr020711a. PMID 15669163.
  14. ^ Borup, Rod (2007). "Scientific aspects of polymer electrolyte fuel cell durability and degradation". Chemical Reviews. 107 (10): 3904–3951. doi:10.1021/cr020711a. PMID 15669163.
  15. ^ Jimmy Lawrence; Takeo Yamaguchi (2008). "The degradation mechanism of sulfonated poly(arylene ether sulfone)s in an oxidative environment". Journal of Membrane Science. 325 (2): 633–640. doi:10.1016/j.memsci.2008.08.027.