Полимеры с собственной микропористостью - Википедия - Polymers of intrinsic microporosity

Полимеры с собственной микропористостью (PIM) представляют собой уникальный класс микропористый материал разработан исследовательскими усилиями во главе с Нил МакКаун, Питер Бадд, и другие.[1] PIM содержат непрерывную сеть взаимосвязанных межмолекулярных пустот шириной менее 2 нм. Классифицируемые как пористые органические полимеры, PIM создают пористость из своих жестких и искривленных макромолекулярных цепей, которые не эффективно упаковываются в твердом состоянии.[2] PIM состоят из конденсированных кольцевых последовательностей, прерванных Спиро-центры или другие участки искривления вдоль позвоночника. Из-за своей конденсированной кольцевой структуры PIM не могут свободно вращаться вдоль основной цепи полимера, что гарантирует невозможность перегруппировки конформации макромолекулярных компонентов и фиксацию сильно искаженной формы во время синтеза.

Синтез

PIMs требуют, чтобы несетевая макромолекулярная структура была жесткой и нелинейной. Чтобы поддерживать постоянную микропористость, вращение вдоль полимерной цепи должно быть запрещено за счет использования структуры конденсированного кольца или сильно затруднено стерическим ингибированием, чтобы избежать изменений конформации, которые позволили бы полимеру эффективно упаковываться. Это приводит к использованию конформационно заблокированного мономера и реакции полимеризации, которая обеспечивает связь, вращение которой запрещено.[3] Три основных типа реакций полимеризации были успешно использованы для получения PIM с достаточной массой для образования самостоящих пленок. Они включают реакцию полимеризации на основе двойного ароматического нуклеофильное замещение механизм формирования дибензодиоксин связь, полимеризация с использованием База Трогера образование и образование амидных связей между мономерными звеньями.[3] Также возможно изменить структуру PIM с помощью реакций после синтеза.[4] Однако это может привести к снижению собственной микропористости из-за дополнительных межцепочечных когезионных взаимодействий.

Приложения

Благодаря наличию собственной микропористости эти полимеры имеют большой свободный объем, большую внутреннюю поверхность и высокое сродство к газам. Новым свойством PIM является то, что они не обладают сетчатой ​​структурой и часто легко растворяются в органических растворителях.[5] Это позволяет осаждать или отливать PIM из раствора с получением микропористых порошков или самостоящих пленок, которые можно использовать в различных областях. Например, первое коммерческое применение PIM было в датчике, разработанном 3 млн.[6] Кроме того, из-за сродства PIM к небольшим газам и способности образовывать самостоящие пленки они активно исследуются в качестве мембранного материала и адсорбента для промышленных процессов разделения, таких как разделение газов и улавливание диоксида углерода. Мембраны PIM также активно исследуются из-за их вклада в пересмотр верхних пределов производительности 2008 г., проведенных Robeson,[7][требуется разъяснение ] важный параметр в мембранное разделение газов заявляя, что проницаемость нужно пожертвовать ради избирательности. В частности, активные области исследования мембран PIM включают повышение проницаемости, снижение старения и селективность адаптации. PIM также используются для создания мембраны со смешанной матрицей с различными материалами, такими как неорганические материалы, металлоорганические каркасы и углерод.

Рекомендации

  1. ^ Carta, Мариолино; Msayib, Kadhum J .; Маккеун, Нил Б. (октябрь 2009 г.). «Новые полимеры с собственной микропористостью (PIM), полученные из мономеров на основе 1,1-спиро-бис (1,2,3,4-тетрагидронафталина)». Буквы Тетраэдра. 50 (43): 5954–5957. Дои:10.1016 / j.tetlet.2009.08.032. ISSN  0040-4039.
  2. ^ Бадд, Питер М .; Ghanem, Bader S .; Махсид, Саад; McKeown, Neil B .; Msayib, Kadhum J .; Таттерсхолл, Карин Э. (2004). «Полимеры с собственной микропористостью (PIM): прочные, обрабатываемые в растворе органические нанопористые материалы». Химические коммуникации (2): 230. Дои:10.1039 / b311764b. ISSN  1359-7345. PMID  14737563.
  3. ^ а б Маккеун, Н. (2012). «УДАЛЕНО: Синтез и свойства полимеров с собственной микропористостью (пимс)». Инженерные процедуры. 44: 7. Дои:10.1016 / j.proeng.2012.08.283. ISSN  1877-7058.
  4. ^ Patel, Hasmukh A .; Явуз, Кафер Т. (2012). «Неинвазивная функционализация полимеров с собственной микропористостью для улучшенного улавливания CO2». Химические коммуникации. 48 (80): 9989. Дои:10.1039 / c2cc35392j. ISSN  1359-7345. PMID  22951579.
  5. ^ Budd, P.M .; Elabas, E. S .; Ghanem, B.S .; Makhseed, S .; McKeown, N.B .; Msayib, K.J .; Tattershall, C.E .; Ван, Д. (2004-03-05). «Обработанная в растворе органофильная мембрана, полученная из полимера с внутренней микропористостью». Современные материалы. 16 (5): 456–459. Дои:10.1002 / adma.200306053. ISSN  0935-9648.
  6. ^ Rakow, Neal A .; Wendland, Michael S .; Тренд, Джон Э .; Пуарье, Ричард Дж .; Paolucci, Dora M .; Маки, Стивен П .; Lyons, Christopher S .; Сверчек, Мэри Дж. (16 марта 2010 г.). «Визуальный индикатор для отслеживания органических летучих веществ». Langmuir. 26 (6): 3767–3770. Дои:10.1021 / la903483q. ISSN  0743-7463. PMID  20166749.
  7. ^ Робсон, Ллойд М. (июль 2008 г.). «Пересмотр верхней границы». Журнал мембрановедения. 320 (1–2): 390–400. Дои:10.1016 / j.memsci.2008.04.030. ISSN  0376-7388.