[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki32\/2021\/09\/22\/polysulfon-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki32\/2021\/09\/22\/polysulfon-wikipedia\/","headline":"Polysulfon \u2013 Wikipedia","name":"Polysulfon \u2013 Wikipedia","description":"Polysulfone sind eine Familie von Hochleistungs-Thermoplasten. Diese Polymere sind f\u00fcr ihre Z\u00e4higkeit und Stabilit\u00e4t bei hohen Temperaturen bekannt. 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Diese Polymere sind f\u00fcr ihre Z\u00e4higkeit und Stabilit\u00e4t bei hohen Temperaturen bekannt.  Technisch verwendete Polysulfone enthalten ein Aryl-SO2-Aryl-Untereinheit.  Aufgrund der hohen Rohstoff- und Verarbeitungskosten werden Polysulfone in Spezialanwendungen eingesetzt und sind oft ein \u00fcberlegener Ersatz f\u00fcr Polycarbonate.  Industriell werden drei Polysulfone verwendet, n\u00e4mlich Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES) und Polyphenylensulfon (PPSU).  Sie sind im Temperaturbereich von -100 bis +200 \u00b0C einsetzbar und werden f\u00fcr elektrische Ger\u00e4te, im Fahrzeugbau und in der Medizintechnik eingesetzt.[1]  Sie bestehen aus para-verkn\u00fcpften Aromaten, Sulfonyl- und Ethergruppen und teilweise auch Alkylgruppen.  Polysulfone zeichnen sich durch hervorragende Hitze- und Oxidationsbest\u00e4ndigkeit, Hydrolysebest\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber w\u00e4ssrigen und alkalischen Medien sowie gute elektrische Eigenschaften aus.[2]Table of ContentsNomenklatur[edit]Produktion[edit]Historisch[edit]Zeitgem\u00e4\u00dfe Produktionsmethoden[edit]Eigenschaften[edit]Struktur-Eigenschafts-Beziehung[edit]Anwendungen[edit]Membranen[edit]Materialien[edit]Brennstoffzellen[edit]Gastronomiebranche[edit]Industriell relevante Polysulfone[edit]Verweise[edit]Nomenklatur[edit]F\u00fcr Polyarylethersulfone (PAES) wird normalerweise der Begriff “Polysulfon” verwendet, da kommerziell nur aromatische Polysulfone verwendet werden.  Da in diesen Polysulfonen au\u00dferdem immer Ethergruppen vorhanden sind, werden PAES auch als Polyethersulfone (PES), Poly(arylensulfone) oder einfach als Polysulfon (PSU) bezeichnet.  Produktion[edit]Historisch[edit]Das einfachste Polysulfon Poly(phenylensulfon), das bereits 1960 bekannt war, wird in einer Friedel-Crafts-Reaktion aus Benzolsulfonylchlorid hergestellt:[3]n C6h5SO2Cl \u2192 (C6h4SO2)n  + n HClMit einem Schmelzpunkt \u00fcber 500 \u00b0C ist das Produkt schwer zu verarbeiten.  Es weist eine attraktive Hitzebest\u00e4ndigkeit auf, aber seine mechanischen Eigenschaften sind eher schlecht.  Eine geeignete Alternative sind Polyarylethersulfone (PAES).  Geeignete Synthesewege f\u00fcr PAES wurden fast gleichzeitig und doch unabh\u00e4ngig von der 3M Corporation entwickelt.[4]Union Carbide Corporation in den USA,[5]  und die Kunststoffabteilung von ICI[6]  in Gro\u00dfbritannien.  Die damals gefundenen Polymere werden auch heute noch verwendet, jedoch nach einem anderen Syntheseverfahren hergestellt.Die urspr\u00fcngliche Synthese von PAES beinhaltete die elektrophile aromatische Substitution eines Diarylethers durch das Bis(sulfonylchlorid) von Benzol.  Reaktionen verwenden typischerweise einen Friedel-Crafts-Katalysator wie Eisenchlorid oder Antimonpentachlorid:n O(C6h5)2  + n SO2Cl2 \u2192 {[O(C6H4)2]SO2}n  + 2n HClDieser Weg wird durch die Bildung von Isomeren erschwert, die sowohl durch para- als auch ortho-Substitution entstehen.  Au\u00dferdem wurde eine Vernetzung beobachtet, die die mechanischen Eigenschaften des Polymers stark beeinflusst.[7][4]  Diese Methode wurde aufgegeben.  Zeitgem\u00e4\u00dfe Produktionsmethoden[edit]PAES werden derzeit durch eine Polykondensationsreaktion von Diphenoxid und Bis(4-chlorphenyl)sulfon (DCDPS) hergestellt.  Die Sulfongruppe aktiviert die Chloridgruppen zur Substitution.  Das ben\u00f6tigte Diphenoxid wird in situ aus einem Diphenol und Natriumhydroxid hergestellt.  Das miterzeugte Wasser wird durch azeotrope Destillation mit Toluol oder Chlorbenzol entfernt.  Die Polymerisation erfolgt bei 130\u2013160 \u00b0C unter inerten Bedingungen in einem polaren, aprotischen L\u00f6sungsmittel, zB Dimethylsulfoxid, unter Bildung eines Polyethers unter Abspaltung von Natriumchlorid: Anstelle von Bis(4-chlorphenyl)sulfon kann Bis(4-fluorphenyl)sulfon verwendet werden.  Das Difluorid ist reaktiver als das Dichlorid, aber teurer.  Durch Kettenabbrecher (zB Methylchlorid) kann die Kettenl\u00e4nge f\u00fcr die Schmelzverarbeitung kontrolliert werden.Das Diphenol ist typischerweise Bisphenol-A oder 1,4-Dihydroxybenzol.  Solche Stufenpolymerisationen erfordern hochreines Monomer und eine genaue St\u00f6chiometrie, um Produkte mit hohem Molekulargewicht sicherzustellen.[8]DCDPS ist der Vorl\u00e4ufer von Polymeren, die als Udel (aus Bisphenol A), PES und Radel R bekannt sind. Udel ist ein hochleistungsf\u00e4higes amorphes Sulfonpolymer, das in eine Vielzahl verschiedener Formen geformt werden kann.  Es ist sowohl starr als auch temperaturbest\u00e4ndig und findet Anwendung in allen Bereichen von Sanit\u00e4rrohren \u00fcber Druckerpatronen bis hin zu Kfz-Sicherungen.  DCDPS reagiert auch mit Bisphenol S zu PES.  PES ist wie Udel ein steifer und temperaturbest\u00e4ndiger Werkstoff mit zahlreichen Anwendungen.Eigenschaften[edit]Polysulfone sind steif, hochfest und transparent.  Sie zeichnen sich au\u00dferdem durch hohe Festigkeit und Steifigkeit aus und behalten diese Eigenschaften zwischen \u2212100 \u00b0C und 150 \u00b0C.  Die Glas\u00fcbergangstemperatur von Polysulfonen liegt zwischen 190 und 230 \u00b0C.[9]  Sie haben eine hohe Dimensionsstabilit\u00e4t, die Gr\u00f6\u00dfen\u00e4nderung bei Einwirkung von kochendem Wasser oder 150 \u00b0C Luft oder Dampf sinkt in der Regel unter 0,1%.[10]  Polysulfon ist sehr best\u00e4ndig gegen Minerals\u00e4uren, Alkalien und Elektrolyte im pH-Bereich von 2 bis 13. Es ist best\u00e4ndig gegen Oxidationsmittel (obwohl PES mit der Zeit abgebaut wird)[11]), daher kann es mit Bleichmitteln gereinigt werden.  Es ist auch best\u00e4ndig gegen Tenside und Kohlenwasserstoff\u00f6le.  Es ist nicht best\u00e4ndig gegen niederpolare organische L\u00f6sungsmittel (zB Ketone und Chlorkohlenwasserstoffe) und aromatische Kohlenwasserstoffe.  Mechanisch weist Polysulfon eine hohe Verdichtungsbest\u00e4ndigkeit auf, was seine Verwendung unter hohen Dr\u00fccken empfiehlt.  Es ist auch in w\u00e4ssrigen S\u00e4uren und Basen und vielen unpolaren L\u00f6sungsmitteln stabil;  es ist jedoch in Dichlormethan und Methylpyrrolidon l\u00f6slich.[8]Polysulfone z\u00e4hlen zu den Hochleistungskunststoffen.  Sie k\u00f6nnen durch Spritzguss, Extrusion oder Warmumformung verarbeitet werden.Struktur-Eigenschafts-Beziehung[edit]Poly(arylethersulfon) bestehen aus aromatischen Gruppen, Ethergruppen und Sulfonylgruppen.  Als Beispiel f\u00fcr einen Vergleich der Eigenschaften einzelner Bestandteile kann Poly(phenylensulfon) dienen, das nur aus Sulfonyl- und Phenylgruppen besteht.  Da beide Gruppen thermisch sehr stabil sind, hat Poly(phenylensulfon) eine extrem hohe Schmelztemperatur (520 \u00b0C).  Allerdings sind die Polymerketten auch so starr, dass sich Poly(phenylensulfon) (PAS) vor dem Aufschmelzen zersetzt und somit nicht thermoplastisch verarbeitet werden kann.  Daher m\u00fcssen flexible Elemente in die Ketten eingebaut werden, dies geschieht in Form von Ethergruppen.  Ethergruppen erm\u00f6glichen eine freie Rotation der Polymerketten.  Dies f\u00fchrt zu einem deutlich reduzierten Schmelzpunkt und verbessert auch die mechanischen Eigenschaften durch eine erh\u00f6hte Schlagz\u00e4higkeit.[7]  Die Alkylgruppen in Bisphenol A wirken auch als flexibles Element.Die Stabilit\u00e4t des Polymers l\u00e4sst sich auch auf einzelne Strukturelemente zur\u00fcckf\u00fchren: Die Sulfonylgruppe (in der Schwefel die h\u00f6chstm\u00f6gliche Oxidationsstufe aufweist) zieht Elektronen von benachbarten Benzolringen an, was zu Elektronenmangel f\u00fchrt.  Somit wirkt das Polymer einem weiteren Elektronenverlust entgegen, was die hohe Oxidationsbest\u00e4ndigkeit untermauert.  Die Sulfonylgruppe ist auch durch Mesomerie an das aromatische System gebunden und die Bindung wird daher durch mesomere Energie verst\u00e4rkt.  Dadurch k\u00f6nnen gr\u00f6\u00dfere Energiemengen aus W\u00e4rme oder Strahlung von der Molek\u00fclstruktur aufgenommen werden, ohne dass es zu Reaktionen (Zersetzung) kommt.  Die Mesomerie hat zur Folge, dass die Konfiguration besonders starr ist.  Basierend auf der Biphenylsulfonylgruppe ist das Polymer somit dauerhaft hitzebest\u00e4ndig, oxidationsbest\u00e4ndig und weist auch bei erh\u00f6hten Temperaturen noch eine hohe Steifigkeit auf.  Die Etherbindung bietet (im Gegensatz zu Estern) Hydrolysebest\u00e4ndigkeit sowie eine gewisse Flexibilit\u00e4t, was zu Schlagz\u00e4higkeit f\u00fchrt.  Au\u00dferdem f\u00fchrt die Etherbindung zu einer guten W\u00e4rmeformbest\u00e4ndigkeit und einem besseren Flie\u00dfen der Schmelze.[12]Anwendungen[edit]Polysulfon hat eine der h\u00f6chsten Gebrauchstemperaturen unter allen schmelzverarbeitbaren Thermoplasten.  Seine Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber hohen Temperaturen verleiht ihm die Rolle eines Flammschutzmittels, ohne seine Festigkeit zu beeintr\u00e4chtigen, die normalerweise durch die Zugabe von Flammschutzmitteln entsteht.  Seine hohe Hydrolysestabilit\u00e4t erm\u00f6glicht den Einsatz in medizinischen Anwendungen, die eine Autoklav- und Dampfsterilisation erfordern.  Es weist jedoch eine geringe Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber einigen L\u00f6sungsmitteln auf und unterliegt der Witterung;  diese Witterungsinstabilit\u00e4t kann durch Zugabe anderer Materialien in das Polymer ausgeglichen werden.Membranen[edit]Polysulfon erm\u00f6glicht die einfache Herstellung von Membranen mit reproduzierbaren Eigenschaften und einer kontrollierbaren Porengr\u00f6\u00dfe von bis zu 40 Nanometern.  Solche Membranen k\u00f6nnen in Anwendungen wie H\u00e4modialyse, Abwasserr\u00fcckgewinnung, Lebensmittel- und Getr\u00e4nkeverarbeitung und Gastrennung verwendet werden.  Diese Polymere werden auch in der Automobil- und Elektronikindustrie verwendet.  Filterkerzen aus Polysulfon-Membranen bieten im Vergleich zu Nylon- oder Polypropylen-Medien extrem hohe Durchflussraten bei sehr geringen Differenzdr\u00fccken.Polysulfon kann als Filtermedium bei der Filtersterilisation verwendet werden.Materialien[edit]Polysulfon kann mit Glasfasern verst\u00e4rkt werden.  Das resultierende Verbundmaterial weist die doppelte Zugfestigkeit und den dreifachen Anstieg seines Young-Moduls auf.[citation needed]Brennstoffzellen[edit]Als Copolymer wird h\u00e4ufig Polysulfon verwendet.  K\u00fcrzlich wurden sulfonierte Polyethersulfone (SPES) als vielversprechender Materialkandidat neben vielen anderen aromatischen Kohlenwasserstoff-basierten Polymeren f\u00fcr hochbest\u00e4ndige Protonenaustauschmembranen in Brennstoffzellen untersucht.[13]  Mehrere \u00dcberpr\u00fcfungen haben aus vielen Berichten \u00fcber diese Arbeit Fortschritte bei der Haltbarkeit berichtet.[14]  Die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung f\u00fcr die SPES-Anwendung in Brennstoffzellen ist die Verbesserung der chemischen Best\u00e4ndigkeit.  In einer oxidativen Umgebung kann SPES eine Sulfongruppenabl\u00f6sung und eine Hauptkettenspaltung erfahren.  Letzteres ist jedoch dominanter;  Als Abbaumechanismus in Abh\u00e4ngigkeit von der St\u00e4rke des Polymerr\u00fcckgrats wurden der Mittelpunktsspaltungs- und der Entpackmechanismus vorgeschlagen.[15]Gastronomiebranche[edit]  Paar Hochhitzepfannen aus PolysulfonSpeisenschalen aus Polysulfon werden zum Aufbewahren, Erhitzen und Servieren von Speisen verwendet.  Die Pfannen werden nach Gastronorm-Standard hergestellt und sind in der nat\u00fcrlichen transparenten Bernsteinfarbe von Polysulfon erh\u00e4ltlich.  Der breite Arbeitstemperaturbereich von -40 \u00b0C bis 190 \u00b0C erm\u00f6glicht es, diese Pfannen vom Tiefk\u00fchlschrank direkt in einen Dampftisch oder in die Mikrowelle zu verwandeln.  Polysulfon bietet eine Antihaft-Oberfl\u00e4che f\u00fcr minimale Lebensmittelverschwendung und einfache Reinigung.Industriell relevante Polysulfone[edit]Einige industriell relevante Polysulfone sind in der folgenden Tabelle aufgef\u00fchrt:Verweise[edit]^ Kaiser, Wolfgang (2011). Kunststoffchemie f\u00fcr Ingenieure von der Synthese bis zur Anwendung [Plastics chemistry for engineers from synthesis to application]  (auf Deutsch) (3. Aufl.).  M\u00fcnchen: Hanser.  P.  461. ISBN 9783446430471.  aufzeichnen.^ Fink, Johannes Karl (2008). Hochleistungspolymere.  Norwich, NY: William Andrew.  S. 453\u2013481.  ISBN 9780815515807.  aufzeichnen.^ Makromolekulare Chemie : ein Lehrbuch f\u00fcr Chemiker, Physiker, Materialwissenschaftler und Verfahrenstechniker.  Lechner, Manfred D., Gehrke, K., Nordmeier, Eckhard.  (4., \u00fcberarb. und erw. Aufl.).  Basel [u.a.]: Birkh\u00e4user.  2010. s.  134. ISBN 9783764388904.  OCLC 643841472.CS1-Wartung: andere (Link)^ ein B GB, HA Vogel, “Polyarylsulfonpolymere” ^ GB, Alford G. Farnham, Robert N. 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Wheatley, Ernst-Ulrich Dorf, Edgar Ostlinning, Klaus Reinking, “Polymers, High-Temperature” in Ullmanns Enzyklop\u00e4die der Technischen Chemie 2002, Wiley-VCH: Weinheim.  mach:10.1002\/14356007.a21_449^ Handbuch der Biomaterialeigenschaften  (in deutscher Sprache), Springer Science & Business Media, 1998, p.  283, ISBN 978-0-412-60330-3^ Hee-Gweon Woo, Hong Li (2011), Fortschrittliche Funktionsmaterialien  (auf Deutsch), Springer Science & Business Media, S.  23, ISBN 978-3-642-19077-3^ Tsehaye, Misgina Tilahun;  Velizarov, Swetlozar;  Van der Bruggen, Bart (September 2018).  \u201eStabilit\u00e4t von Polyethersulfon-Membranen gegen\u00fcber oxidativen Mitteln: Eine \u00dcberpr\u00fcfung\u201c. Polymerabbau und Stabilit\u00e4t. 157: 15\u201333.  mach:10.1016\/j.polymdegradstab.2018.09.004.^ Kunststoff-Handbuch.  3 Technische Thermoplaste 3 Hochleistungs-Kunststoffe.  Becker, Gerhard W., Becker, R., Binsack, Rudolf, Bottenbruch, Ludwig, Braun, Dietrich (1. Aufl.).  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