Введение

Класс высокоэффективных термопластичных полимеров

Полисульфоны – это семейство высокоэффективных термопластов. Эти полимеры известны своей прочностью и стабильностью при высоких температурах. Полисульфоны, используемые на практике, содержат арильную подгруппу SO2-арил. Ввиду высокой стоимости сырья и переработки, полисульфоны применяются в специализированных областях и часто являются более предпочтительной заменой поликарбонатам. В промышленности используются три полисульфона: полисульфон (PSU), полиэтерсульфон (PES/PESU) и полифениленсульфон (PPSU). Они могут применяться в диапазоне температур от -100 до +200 °C и используются для производства электрооборудования, в автомобильной промышленности и медицинской технике. Они состоят из ароматических колец, связанных в пара-положение, сульфонильных и эфирных групп, а также частично алкильных групп. Полисульфоны обладают исключительной термостойкостью и устойчивостью к окислению, гидролитической стойкостью к водным и щелочным средам, а также хорошими диэлектрическими свойствами.

Номенклатура

Термин "полисульфон" обычно используется для полиарилэтерсульфонов (ПАЭС), так как в коммерческих целях применяются только ароматические полисульфоны. Более того, поскольку эфирные группы всегда присутствуют в этих полисульфонах, ПАЭС также называют полиэфирсульфонами (ПЭС), поли(ариленсульфон)ами или просто полисульфоном (ПСУ).

Структурно-имущественные отношения

Поли(арилэфирсульфоны) состоят из ароматических групп, эфирных групп и сульфонильных групп. Для сравнения свойств отдельных составляющих в качестве примера может служить поли(фениленсульфон), который состоит только из сульфонильных и фенильных групп. Поскольку обе группы обладают высокой термической стабильностью, поли(фениленсульфон) имеет чрезвычайно высокую температуру плавления (520 °C). Однако полимерные цепи настолько жесткие, что поли(фениленсульфон) (PAS) разлагается до начала плавления и, следовательно, не может быть подвергнут термопластической обработке. Поэтому в цепи необходимо вводить гибкие элементы, что достигается путем включения эфирных групп. Эфирные группы обеспечивают свободное вращение полимерных цепей. Это приводит к значительному снижению температуры плавления и улучшает механические свойства, в частности, повышает ударную вязкость.

Приложения

Полисульфон обладает одной из самых высоких рабочих температур среди всех термопластов, перерабатываемых расплавом. Его устойчивость к высоким температурам позволяет использовать его в качестве антипирена, не снижая при этом прочность, которая обычно уменьшается при добавлении антипиренов. Высокая гидролитическая стабильность делает возможным его применение в медицинских областях, где требуется автоклавирование и стерилизация паром. Однако он обладает низкой устойчивостью к некоторым растворителям и подвержен воздействию атмосферных факторов; эту неустойчивость к атмосферным воздействиям можно компенсировать добавлением других материалов в полимер.

Мембраны

Полисульфон позволяет легко изготавливать мембраны с воспроизводимыми свойствами и контролируемым размером пор до 40 нанометров. Такие мембраны могут применяться в гемодиализе, регенерации сточных вод, пищевой и перерабатывающей промышленности, а также при разделении газов. Эти полимеры также используются в автомобильной и электронной промышленности. Фильтрационные картриджи из полисульфоновых мембран обеспечивают исключительно высокую производительность при очень низком перепаде давления по сравнению с нейлоновыми или полипропиленовыми фильтрующими материалами. Полисульфон может использоваться в качестве фильтрующей среды для стерилизационной фильтрации.

Материалы

Полисульфон может быть армирован стекловолокном. Полученный композитный материал обладает вдвое большей прочностью на растяжение и втрое большим модулем упругости.

Топливные элементы

Полисульфон часто используется в качестве сополимера. В последнее время сульфонированные полиэфирсульфоны (SPES) изучаются как перспективный материал для создания высокопрочных протонно-обменных мембран в топливных элементах, наряду с другими ароматическими углеводородными полимерами. В нескольких обзорах сообщается о прогрессе в повышении долговечности, основанном на многочисленных исследованиях в этой области. Основной проблемой при использовании SPES в топливных элементах является улучшение его химической стойкости. В окислительной среде SPES может подвергаться отщеплению сульфогрупп и разрыву основной цепи. Однако, разрыв основной цепи является более значительным процессом; предложены механизмы расщепления в середине цепи и "разъединения" (unzip) в качестве механизмов деградации, зависящих от прочности полимерного остова.

Промышленность пищевых услуг

Полисульфоновые контейнеры используются для хранения, нагрева и подачи продуктов питания. Контейнеры 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 использовать эти контейнеры непосредственно из морозильной камеры в паровом шкафу или микроволновой печи. Полисульфон обеспечивает антипригарную поверхность, что минимизирует потери пищи и облегчает очистку.