Теплостойкие полимеры. Полисульфоны
Выполнил ст. гр. БТС-22-31
Хакимов А. Г.
Полисульфоны: Ключевой теплостойкий полимер
Полисульфоны — это термопластичные полимеры с ароматическими кольцами и серой в структуре, что обеспечивает им повышенную термостойкость, прочность и химическую устойчивость. Они сохраняют форму и прочность при температурах до 250-300°C.
Эти полимеры также обладают отличными диэлектрическими свойствами, что делает их идеальными для электротехнической и электронной промышленности. Их устойчивость к воде, химическим веществам и УФ- излучению расширяет области применения.
Значение теплостойких полимеров в промышленности
Авиация и космонавтика |
Электроника |
Выдерживают экстремальные |
Используются для изоляции микросхем |
температуры и химические |
и компонентов, сохраняя свойства при |
воздействия в конструкциях |
высоких температурах. |
летательных аппаратов. |
|
Автомобильная
промышленность
Применяются в деталях, подверженных высоким температурам, таких как топливные и тормозные системы.
Медицинская техника |
Строительство |
Биосовместимые и устойчивые к стерилизации инструменты, катетеры и фильтры.
В трубопроводах и покрытиях, требующих устойчивости к высоким температурам и химикатам.
Исторические аспекты
Зарождение и развитие полисульфонов
Начало XX века |
1960–80-е |
|
|
|
Коммерциализация и |
Потребность в |
массовое производство |
жаропрочных полимерах |
|
|
1980-е — |
1950–60-е |
настоящее |
Открытие и синтез |
Инновации и новые области |
полисульфонов |
применения |
В начале 20 века возникла потребность в полимерах, способных работать в экстремальных условиях. Полисульфоны были синтезированы в 1950-60-х годах Германом Рюттингом, что стало прорывом в создании термостойких материалов. В 1959 году появилась коммерчески успешная марка "УВЕРОН".
С 1960-х годов технологии производства совершенствовались, и полисульфоны нашли широкое применение в авиации, электронике и автомобилестроении. С конца 1980-х годов новые методы синтеза и модификации расширили их использование в медицине, фильтрации и композитных материалах.
Мировое производство и потребление полисульфонов
Мировой объём производства полисульфонов (PSU, PES, PPSU) составляет 70–100 тыс. тонн в год. Лидирующие позиции занимают США, ЕС и Япония, что обусловлено наукоёмкостью производства и
высоким контролем качества. Крупнейшие производители включают
Solvay, BASF, Sumitomo Chemical. Основные направления потребления — электроника, медицина, авиация, мембранные технологии и автомобилестроение. Наибольший рост спроса наблюдается в медицинских изделиях и водоочистке.
Полисульфоны в России: Вызовы и перспективы
Текущее состояние
Промышленное производство полисульфонов в РФ ограничено или носит опытно-промышленный характер. Большая часть потребляемых полисульфонов
импортируется.
Потребность российского рынка оценивается в 1–2 тыс. тонн в год, что значительно меньше мировых объёмов, но имеет устойчивый характер в медицине, энергетике и ОПК.
Российские разработки
В России активно ведутся исследования по синтезу полисульфонов, разработке мембран и адаптации зарубежных технологий. Однако высокая стоимость оборудования и сложность технологий сдерживают крупнотоннажное производство.
Перспективные направления включают локализацию производства для спецприменений, развитие малотоннажной химии и интеграцию в высокотехнологичные отрасли.
Способы получения полисульфонов
Полисульфоны получают методами ступенчатой полимеризации, преимущественно реакцией поликонденсации или нуклеофильного ароматического замещения. Этот процесс обеспечивает высокую термостойкость и механическую прочность конечного полимера.
01
Исходные вещества
Бисфенолы (например, бисфенол А), ароматические дигалогенсульфоны (4,4′-дихлордифенилсульфон), щелочные агенты (карбонат калия) и полярные апротонные растворители (ДМСО).
02
Химическая сущность
Фенолят-ионы бисфенола замещают атомы галогена в молекуле ароматического сульфона, образуя линейный термопластичный полисульфон при 150–200 °C.
Технологическая схема производства
полисульфонов:
1 – реактор полимеризации;
2 – холодильник;
3 – фильтр;
4 – ванна;
5 – вакуумная сушилка;
6 – испаритель пленочный роторный.
Физико-химические свойства полисульфонов
Теплостойкость
Высокая температура стеклования (Tg до 260 °C для PPSU). Сохраняют механические свойства до 250 °C, не плавятся и не разлагаются при кратковременном нагреве.
Электрические свойства
Отличные электроизоляционные характеристики: диэлектрическая прочность 17–20 кВ/мм, низкие потери на переменном токе. Свойства стабильны при высоких температурах и влажности.
Механические свойства
Высокая прочность на разрыв (55–80 МПа), жесткость (2,0–2,5 ГПа), ударопрочность и устойчивость к износу.
Химическая стойкость
Устойчивы к слабым кислотам и щелочам, не растворяются в воде, спиртах и маслах. Высокая устойчивость к окислителям и агрессивным средам.
Утилизация полисульфонов: Вызовы и решения
Основные методы переработки:
Механическая переработка: измельчение и переплавка.
Используется для вторичных изделий, но свойства немного ухудшаются
Регенерация: очистка и повторное формование полимера с минимальной потерей свойств.
Повторное использование: стерилизованные изделия применяются повторно, например, в медицине.
Современные инновационные подходы:
Термодеструкция: разложение полимера при высоких температурах для получения энергии и химических
продуктов.
Каталитическая переработка: разрушение цепей с помощью катализаторов для восстановления мономеров.
Химическая деполимеризация: превращение отходов обратно в исходные компоненты для повторного синтеза.