Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Разновидности инженерных пластиков. Полифениленсульфид. Часть 1

2 июня 2020
Разновидности инженерных пластиков. Полифениленсульфид. Часть 1

Полифениленсульфид (встречается также название поли-п-фениленсульфид или ПФС, PPS) имеет повторяющуюся структуру, состоящую из чередующихся атомов серы и 1,4-фениленовых групп. Полифениленсульфид имеет полезную комбинацию термических, химических, механических и электрических свойств, которые будут рассмотрены в этом блоке статей нашего цикла. В сочетании с хорошей технологичностью эти свойства обеспечили полифениленсульфиду солидное развитие в качестве инженерного пластика с момента его коммерческого внедрения в 1973 году. Полифениленсульфид первоначально производился под зарегистрированным товарным знаком Ryton компанией Phillips Petroleum Company, а с 2000 года – Chevron Phillips Chemical Company. Хотя многие синтетические цепочки к производству полифениленсульфидов были открыты уже достаточно давно, единственный коммерчески жизнеспособный путь основан на сульфиде натрия и п-дихлорбензоле с использованием N-метил-2-пирролидона в качестве растворителя для полимеризации.

Структура 1,4-дизамещенного бензола в полимере определяется п-дихлорбензолом и прямой заменой хлора на серу во время полимеризации. Хотя другие изомеры PPS также были изучены, они не обладают полезными или пригодными для продажи свойствами и не были коммерциализированы. К счастью, исходные материалы, необходимые для получения p-PPS, могут реагировать в соответствующих условиях, чтобы обеспечить желаемую структуру полимера с достаточно высокой молекулярной массой, чтобы он мог иметь коммерческое применение. Оба вида сырья относительно недороги и доступны. Эдмондс и Хилл открыли первый коммерчески эффективный процесс синтеза PPS в 1967 году в лабораториях Phillips Petroleum Company. Патент, описывающий процесс Эдмондса и Хилла, был выдан в том же году и фактически не позволял другим входить в бизнес поли-п-фениленсульфида до его истечения в 1984 году. Процесс включает реакцию «полимеризуемого» источника серы, полученного из сульфида натрия и п-дихлорбензола, в подходящей полярной органике при повышенной температуре и давлении. N-метил-2-пирролидон (NMP) является предпочтительным полярным органическим соединением. Процесс Эдмондса и Хилла всё еще используется в коммерческих целях для некоторых продуктов, производимых Chevron Phillips Chemical Company.

Разновидности инженерных пластиков. Полифениленсульфид. Часть 1

Основные этапы процесса Эдмондса и Хилла включают синтез водного сульфида натрия из водного сероводорода натрия (или сероводорода) и водного гидроксида натрия, обезвоживание водного сульфида натрия в присутствии NMP для получения «полимеризуемого» источника серы, а также полимеризация источника дегидратированной серы с п-дихлорбензолом, в результате чего образуется реакционная смесь, содержащая PPS, NMP и побочные продукты хлорида натрия и воды. Далее производится выделение PPS из реакционной смеси, промывка PPS для удаления других компонентов реакционной смеси, сушка полимеров. После этого выполняется дополнительная окислительная термическая обработка в зависимости от конечного использования PPS, предусматривается возможность смешивания с различными добавками и прочими модификаторами, в зависимости от конечного использования, после чего производится упаковка готового компаунда в соответствии с требованиями рынка.

Разновидности инженерных пластиков. Полифениленсульфид. Часть 1

Удивительно, но синтез PPS из сульфида натрия и п-дихлорбензола был разработан и оптимизирован без понимания механизма реакции. Таким образом, полимеризация PPS стала известной как требующая необычных, но существенных характеристик. Наиболее поразительным было то, что высокомолекулярный PPS можно было получить только в нескольких средах. NMP является предпочтительной реакционной средой благодаря уникальной комбинации привлекательной цены, коммерческой доступности, относительно низкой токсичности и эффективности. Стадия предварительной реакции, на которой водный сульфид натрия дегидратируют в присутствии NMP, является предпочтительной. Эта стадия обеспечивает растворимый, полимеризуемый источник серы. Интересно, что во время этой стадии дегидратации некоторое количество сульфида натрия гидролизуется и выделяется в форме сероводорода и удаляется из реакционной смеси в верхнем конденсате. Точное количество сероводорода, которое удаляется во время дегидратации, может варьироваться, что делает неясным точное понимание оставшихся видов серы. Это приводит к неопределенности в стехиометрии следующего этапа, а именно, молярного отношения источника серы к п-дихлорбензолу.

Наиболее необычно для полимера с поэтапным ростом то, что эта неопределенность в стехиометрии мономера имеет относительно небольшое влияние на молекулярную массу PPS. Многие рецепты, найденные в специальной литературе (главным образом у изначальных владельцев патента), фактически требуют небольшого молярного избытка п-дихлорбензола по отношению к видам серы. Затем полученную полимеризацию проводят при повышенной температуре (обычно от +175 до 300 °С) при аутогенном давлении в течение предписанного периода. По завершении полимеризации реакционную смесь можно охладить, что приведет к осаждению PPS из раствора, а затем PPS может быть восстановлен фильтрацией. ПФС, полученный полимеризацией Эдмондса и Хилла, представляет собой порошок белого цвета и обладает умеренной молекулярной массой. Определение молекулярной массы с помощью высокотемпературной гель-проникающей хроматографии позволяет предположить, что PPS Эдмондса и Хилла имеет приблизительно 150-200 повторяющихся единиц.

Разновидности инженерных пластиков. Полифениленсульфид. Часть 1

Эксперименты по рассеиванию света в разбавленном растворе показали, что средневзвешенная молекулярная масса поли-п-фениленсульфида составляет приблизительно 18000. Характерная вязкость PPS, имеющего эту молекулярную массу, измеренная в 1-хлорнафталине при температуре +206 °C, составляет приблизительно 0,16 дл / г. Такой низкомолекулярный PPS проявляет весьма скромные механические свойства. Полимер, однако, обладает многими полезными свойствами, включая исключительную химическую стойкость, превосходную термическую стабильность и присущую огнестойкость и электрическую стойкость, которые оказались весьма востребованы на рынке. Стремление распространить эти полезные свойства на более высокомолекулярные PPS с улучшенными механическими свойствами стимулировало поиск синтетических методов для достижения более высоких молекулярных масс. Тем не менее, несмотря на ограничение молекулярной массы, PPS Эдмондса и Хилла до сих пор используется в покрытиях и в качестве сырья для различных «отвержденных» полимеров, используемых в армированных композициях для литья под давлением.

Разновидности инженерных пластиков. Полифениленсульфид. Часть 1

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад