Полиарилсульфоны – передовые конструкционные материалы с исключительными характеристиками

ПОЛИАРИЛСУЛЬФОНЫ – ПЕРЕДОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ИСКЛЮЧИТЕЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

ПОЛИАРИЛСУЛЬФОНЫ

МЕМБРАНЫ

ПОЛИАРИЛСУЛЬФОНЫ

Полиарилсульфоны выдерживают длительную эксплуатацию при температурах до 180–220°C, устойчивы к гидролизу, кислотам и щелочам, а также сохраняют прозрачность и высокую механическую прочность даже после многократной стерилизации. Благодаря этому сочетанию свойств их применяют в авиации и электронике, медицинском оборудовании и пищевой промышленности — везде, где обычные пластики не выдерживают нагрузки.

*за 2025 год неполные данные. Источник: UN Comtrade, код ТН ВЭД 391190

ЦЕЛЬ

ЗАДАЧИ

Исследование влияния параметров синтеза полисульфонов (ПСУ) пригодных для получения ультрафильтрационных мембран.

Провести литературный анализ существующих методов синтеза полисульфонов.
Синтезировать полисульфоны выбранным методом.
Определить характеристики синтезированных полимеров.
Получить мембраны на основе ПСУ.
Определить сорбционные свойства полученных мембран.
Провести технико-экономическую оценку производства мембран.

СИНТЕЗ ПОЛИМЕРА

Поликонденсация

Взаимодействие бисфенолята калия с дихлордифенилсульфоном взятых в эквимолярном соотношении, включающее последующую нейтрализацию щавелевой кислотой.

Модификация структуры

Вводим фрагменты фенолфталеина и фенолфталина для увеличения пористости и смачиваемости полимера.

Очистка

Растворение в хлороформе, осаждение в воде, фильтрация, сушка до постоянной массы.

МЕМБРАНЫ

Мембраны — это тонкие пористые плёнки, которые работают как молекулярное сито: пропускают одни вещества и задерживают другие. Мембраны на основе полиарилсульфонов выдерживают агрессивные среды, устойчивы к загрязнению и сохраняют пропускную способность на протяжении многих циклов эксплуатации. Благодаря этому их применяют для очистки питьевой и сточных вод, в медицине — при диализе и фильтрации крови, а также в пищевой промышленности и энергетике, везде, где нужно разделить вещества быстро и с высокой точностью.

СИНТЕЗ МЕМБРАН

полимер 20%
растворитель 65%
пораобразователь 5%

24 ч., 60°C

мембрана

Форма из нетканного материала

Распр. нож

24 ч .,
t=25°C

Н О

ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ

МЕМБРАНА ПСУ-N-МП

МЕМБРАНА ПСУ-СООН

Мембрана ПСУ-N-МП имеет губчатую (ячеистую) структуру: поры расположены хаотично и образуют извилистую, разветвлённую сеть без выраженной направленности. Такая морфология типична для мембран, полученных методом фазовой инверсии в отсутствие модифицирующих добавок. На практике извилистые поры увеличивают путь, который должна пройти жидкость через мембрану, а значит — повышают гидравлическое сопротивление и снижают итоговую производительность мембраны при фильтрации.

У мембраны ПСУ-СООН, напротив, формируются характерные пальцеобразные макропоры — вытянутые, столбчатые каналы, ориентированные перпендикулярно поверхности мембраны. Появление такой асимметричной структуры связано с введением карбоксильных групп, которые влияют на кинетику осаждения полимера в процессе фазовой инверсии. Практический эффект прямой: столбчатая структура создаёт менее извилистые транспортные каналы для жидкости, а значит — обеспечивает более высокую проницаемость мембраны при сопоставимой селективности, что особенно важно для процессов ультрафильтрации, где производительность напрямую влияет на экономику.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Синтезированы полисульфоны с использованием поликонденсации по механизму нуклеофильного замещения в различных апротонных растворителях. Полисульфон, синтезированный в среде N-метилпирролидона, имеет лучшие характеристики для синтеза мембран.
Методом восстановительного гидрирования получен сомономер с кардовым фрагментом, введение которого позволяет снизить гидрофобность полисульфона. Определена молекулярная масса синтезированного с его использованием полисульфона.
На основе синтезированных полисульфонов методом мокрой фазовой инверсии получены мембраны и определены их характеристики. Показано, что максимальной прочностью на разрыв обладает мембрана, полученная из полисульфона, синтезированного в среде N-метилпирролидона. Методом сканирующей электронной микроскопии показано, что мембрана полученная из полимера с кардовыми фрагментами имеет структуру, необходимую для ультрафильтрационных мембран.
Определены фильтрационные характеристики полученных мембран с использование модельного раствора овальбумина. Показано, что проницаемость по воде составляет 91–341 дм³/(м²*ч), коэффициент удержания овальбумина от 65 %, пористость 78–82 %.
Проведен технико-экономических анализ получение мембран.