Полифениленсульфид (ПФС, PPS)

Полифениленсульфид (ПФС или PPS) — это конструкционный пластик с выдающимися характеристиками. Его получают в результате взаимодействия сульфида натрия и пара-дихлорбензола с полярным растворителем, например N-метилпирролидоном. Таким образом образуется полифениленсульфид с низкой молекулярной массой, применяемый в качестве покрытия. Для создания полимера с более высокой молекулярной массой, его нагревают в атмосфере кислорода.

Помимо полимерной матрицы конструкционные марки полифениленсульфида содержат минералы — 50-60 %, стекловолокно — 40-60 % или вместе взятые минералы и стекловолокно — суммарно до 65 %. Специальные марки содержат 15-30 % углеволокна (электро- и теплопроводящие), 20 % и менее стекловолокна (экструзионные), а также тефлон.

Полифениленсульфид очень прочен и выдерживает высокие температуры (температуры плавления свыше 300 °C). Он успешно заменяет реактопласты, металлы и другие пластики, однако использование ПФС целесообразно в том случае, когда устойчивость к воздействию пламени действительно необходима, так как материал имеет достаточно высокую стоимость.

Основные производители полифениленсульфида- Celanese Corporation, DIC Corporation, Kolon Plastics Inc., KUREHA CORPORATION, NHU Materials Co., Polyplastics Co. Ltd, SABIC, SK Innovation, Solvay, TORAY INDUSTRIES, INC.

Полифениленсульфиды - ароматические политиоэфиры общей формулы:

Получение полифениленсульфида

Существует несколько основных методов синтеза полифениленсульфидов.

1. Поликонденсация ди- и полигалогенароматических соединений с сульфидами щелочных металлов (промышленный способ), например:

Процесс осуществляют в растворе (N-метилпирролидоне, гексаметилфосфортриамиде или др.) при 125 - 450 ºС в инертной среде, используя Na2S или его кристаллогидрат (Na2S · 9H2O) в соотношении, например, к n-дихлорбензолу от 1,0 : 0,9 до 1,0 : 2,0. При введении в реакцию смеси различных полигалогенароматических соединений можно получать осветляющих добавках|полимеры, различающиеся по строению и, следовательно, по температурам размягчения и растворимости, а также осветляющих добавках|полимеры, содержащие различные реакционноспособные группы, например NH2, CN.

2. Взаимодействие ди- и полигалогенароматических соединений с серой и карбонатом натрия при 275 - 360 ºС, например:

Вместо Na2CO3 можно использовать СаО, бораты щелочных и щелочноземельных металлов. В этом случае молекулярная масса полимера может достигать 200 000 и выше. При определенном соотношении исходных веществ образуются и полисульфидные связи. Полифениленсульфиды, полученные из дигалогенароматических соединений, наряду с линейными, содержат и разветвленные структуры.

3. Поликонденсация солей n-галогентиофенолов:

Реакцию осуществляют в массе при температуре на 10 - 20 ºС ниже температуры плавления исходных солей или в растворе (пиридин, хинолин, амидные растворители или др.) под давлением при 200 - 250 ºС. Активность атома галогена в n-галогентиофенолах убывает в ряду: I > B > F ≈ Cl. Соли натрия активнее солей лития; атомы F и Cl на концах растущей цепи активнее, чем в исходных соединениях. Поликонденсация в растворе (например, в пиридине) протекает с большей скоростью, чем поликонденсация соли в твердой фазе.

Свойства полифениленсульфида

Наиболее изучен получаемый в промышленности линейный поли(n-фениленсульфид) - твердое вещество белого или светло-желтого цвета.

Некоторые свойства поли-п-фениленсульфида:

10 6 Гц

Полифениленсульфид устойчив к действию углеводородов, спиртов, кетонов, органических и минеральных кислот (кроме конц. H2SO4), щелочей. Постепенно разрушается ароматическими аминами и сильными окислителями, набухает в некоторых хлорированных углеводородах. Метилзамещенные осветляющих добавках|полимеры растворимы в нитробензоле, диметилформамиде, диметилсульфоксиде.

Незамещенные полифениленсульфиды устойчивы при нагревании в отсутствие кислорода до 500 °С, на воздухе - до 400 °С. Поэтому их применение при высоких температурах лимитируется температурой плавления; из них сначала формуют изделия (пленки, волокна), а затем прогревают их в атмосфере азота при 400 °С. В результате образования межмолекулярных сульфидных связей получается неплавкий нерастворимый термостойкий полимер пространственного строения. При этом значительно улучшаются по сравнению с исходным полимером термостабильность и адгезионные свойства (особенно к стеклу). Для повышения термостабильности линейные полифениленсульфиды могут быть сшиты термическими или химическими (например, в присутствии серы, оксидов металлов) методами.

Полифениленсульфиды можно наполнять всеми известными наполнителями. При введении 40 % стекловолокна, наряду с повышением механических свойств возрастает и теплостойкость (до ~220 °С).

Полифениленсульфиды перерабатывают прессованием, литьем под давлением, экструзией. Их можно подвергать механической обработке, сварке ультразвуком, металлизации.

Полифениленсульфиды применяют в машиностроении, электротехнической и электронной промышленности, для изготовления коррозионностойких покрытий в химической и нефтехимической аппаратуре, предметов бытовой техники и посуды.

Полифениленсульфид в основном используются для деталей с повышенными требованиями к механическим, электрическим, термическим свойствам и химической стойкости в агрессивных средах в электронике и транспортных средствах.

В расплавленном состоянии долго сохраняет высокую текучесть, поэтому допускает изготовление сложных тонкостенных изделий в пресс-формах. Вытягиванием из расплава могут быть получены вытянутые отдельные волокна, многоволоконные нити. Раздувом расплавленного полимера можно получать штапельное волокно, поддающееся прядению, а также волокнистые нетканые материалы.

ПФС линейного строения может быть переработан в изделия компоненты с помощью выдувное формования, экструзии, литья под давлением (около 80 % изделий изготавливаются методом литьём под давлением). Сшитые типы ПФС менее технологичны и ограниченно поддаются литью под давлением и очень ограниченно экструзии.

Ткани и волокнистые нетканые материалы обладают превосходной термостойкостью и могут использоваться длительно при температуре до 190 °C (кратковременно до 230 °C) без существенных повреждений. Волокно является термостойким, не поддерживает горение, плавится при 285 °C, имеет хорошую химическую стойкость в неокисляющей среде до 200 °С, но разрушается в сильных окислителях.

Благодаря низкому водопоглощению (<0,1 %), устойчивости к гидролизу и термостойкости волокнистые материалы из ПФС используются для изготовления нетканых фильтров для пылеулавливания из горячего газа в газоочистке угольных котлов, на мусоросжигательных заводах, а также в качестве фильтровальных тканей для мокрой фильтрации.

Применение полифениленсульфида

Основными областями применения полифениленсульфида являются:

Автопромышленность. Детали двигателя, топливные рампы, конструкционные элементы тормозной системы, патроны ксеноновых ламп, детали системы кондиционирования. Компоненты воздуховсасывающей системы, насосов и вентилей автомобиля.

Бытовая техника. Теплостойкие и нагруженные детали бытовой техники. Детали (поворотный механизм) и посуда для микроволновых печей. Теплостойкие детали фенов, щипцов для завивки волос. Головки электробритв. Мелкие детали кухонных процессоров.

Медицина. Стерилизуемые медицинские поддоны и контейнеры. Шестерни, поршни и корпуса прецизионных насосов для медицинского оборудования.

Светотехника. Корпуса, патроны, рефлекторы и держатели мощных ламп. Адаптеры галогеновых ламп.

Нефтехимия. Детали химических и нефтеперегонных установок.

Электротехника. Крыльчатки водяных насосов, корпуса турбин. Теплостойкие детали электротехнического назначения. Штекеры и переключатели. Корпуса катушек, компоненты реле.