Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. PPSU, PPESU и другие

Полифенилсульфон является термостойким и химически стойким, подходит для автомобильной, аэрокосмической промышленности и сантехнических приложений. Также эти формуемые пластики часто используются в приложениях быстрого прототипирования и быстрого производства (прямое цифровое производство). Полифенилсульфон не имеет температуры плавления, как таковой, что отражает его аморфную природу, и обладает пределом прочности на разрыв до 55 МПа (8 тыс. фунтов на квадратный дюйм). Его коммерческое название — Radel. Обнаружено, что в сантехнических системах фитинги из полифенилсульфона иногда могут преждевременно образовывать трещины или выходить из строя при неправильной установке с использованием методов или систем, не утвержденных производителем.

Полифенилэфирсульфон или PPESU также являются высокоэффективными полимерами, обладающими всеми полезными свойствами родительских материалов. Вообще полифенилэфирные сульфоны очень похожи на поликарбонаты, но они намного более теплостойкие. PPESU также могут хорошо противостоять воде и пару, поэтому они используются для изготовления таких вещей, как медицинская посуда, которую необходимо стерилизовать между использованиями. Полифенилэфирсульфоны получили свое название, потому что они имеют эфирные группы и сульфоновые группы в своих основных цепях. Полимеры имеют высокие температуры стеклования или Tg, потому что сульфоновые группы очень жесткие. На самом деле, полифенилэфирсульфон настолько жесток, что не имеет температуры стеклования! Он остается твердым, как камень, вплоть до разложения при температуре около +500 °С.

С одной стороны это плохо, поскольку означает, что материал не может быть нормально обработан в расплаве, однако подобная термостойкость дорогого стоит. Чтобы сделать полифенилэфирсульфон пригодным для обработки, необходимо сделать эту цепь немного более гибкой, чтобы полимер мог размягчаться при разумной температуре. Производители делают это, помещая гибкие группы в основную цепочку, а именно эфирные связи. Материал использует производную бисфенола А, чтобы сделать цепь более гибкой. Вы заметите, что этот полимер имеет две эфирные связи в повторяющейся единице. По этой причине PES и его производные более правильно называть поли (эфир-эфир-сульфон). Это называется связью бисфенола А, потому что она основана на мономере бисфенола А, но об этом позже.

Нам же важно знать, что это понижает Tg (температуру стеклования) до +190 °C. Но это не всё: используя различные виды гибких групп, можно сдвинуть Tg PPESU дальше. Если же используется менее гибкая связь, Tg поднимается до +230 °C. Такой материал был сделан, в частности, лабораторией Imperial Chemical Industries (ICI), и они называют его так: Polyether Sulfone 200 PTM. В отличие от типичных полимеров группы PSU, этот полимер имеет только одну эфирную связь между сульфоновыми группами. Это делает цепь более жесткой и Tg выше. Но как химически можно сделать полиэфирсульфон с такими замечательными свойствами. Вот «инструкция» от производителя.

Сначала образуется натриевая соль бисфенола А (вспоминаем бисфенол А из поликарбоната), а затем она реагирует с ди-пара-фторфенилсульфоном в растворителе, например, таком как диметилсульфоксид (DMSO), при температуре от +130 до +160 °С, и это дает нам полиэфирсульфон. На самом деле это, конечно, намного сложнее, чем описано, поскольку, например, нельзя допускать попадания воды в растворитель и во время реакции, иначе вместо фенольного аниона может реагировать остаток гидроксид-иона. Это убивает реакцию и ограничивает молекулярный вес материала. Также необходимо держать кислород вне реакции, потому что это может вызвать нежелательное окисление. В любом случае, ученые и производители с этим справились, потому что начали производить эти полимеры в промышленных масштабах. Ну, а перед тем, как перейти к описанию большой группы полиуретанов (каучукоподобных пластиков), несколько слов о менее известных материалах.

Полифталамид — кристаллический ароматический нейлон, сочетающий в себе высокую прочность и жесткость нейлона с термостабильностью полифениленсульфида. Характеристики формования аналогичны нейлону 6/6, с аналогичной или лучшей химической стойкостью, но его водопоглощение за 24 часа составляет всего 0,2% против 0,7% для нейлона 6/6. Ключевое поведение — высокая термостойкость. Далее о полисахаридах — это встречающиеся в природе полимеры, состоящие из простых сахаров. Используются в клеях. Политерпен — термопласт, получаемый полимеризацией скипидара в присутствии катализаторов. Эти пластмассы используются в производстве клеев, покрытий, лаков и в пищевой упаковке. Они совместимы с восками, натуральными и синтетическими каучуками и полиэтиленом. На основе полисахаридов и политерпенов изготавливаются некоторых клеи для пластмасс. В следующей части расскажем о семействе полиуретанов, которые активно используются в трубопроводных системах.