Полимеры собственной микропористости
Полимеры внутренней микропористости ( PIM ) представляют собой уникальный класс микропористых материалов, разработанный в результате исследований под руководством Нила Маккеуна , Питера Бадда и др. [ 1 ] ПИМ содержат непрерывную сеть взаимосвязанных межмолекулярных пустот шириной менее 2 нм. Классифицируемые как пористые органические полимеры, PIM создают пористость из-за своих жестких и искривленных макромолекулярных цепей, которые неэффективно упаковываются в твердом состоянии. [ 2 ] PIM состоят из слитых кольцевых последовательностей, прерываемых спироцентрами или другими участками искривления вдоль основной цепи. Из-за своей конденсированной кольцевой структуры PIM не могут свободно вращаться вдоль основной цепи полимера, что гарантирует невозможность перестановки конформации макромолекулярных компонентов и сохранение сильно искаженной формы во время синтеза.
Синтез
[ редактировать ]PIM требуют, чтобы несетчатая 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 конформационных изменений, которые позволили бы полимеру эффективно упаковываться. Это приводит к использованию конформационно заблокированного мономера и реакции полимеризации, обеспечивающей связь, вращение вокруг которой запрещено. [ 3 ] Три основных типа реакций полимеризации были успешно использованы для получения ПИМ достаточной массы для образования самостоятельных пленок. Они включают реакцию полимеризации, основанную на механизме двойного ароматического нуклеофильного замещения с образованием дибензодиоксиновой связи, полимеризацию с использованием образования основания Трогера и образование амидных связей между мономерными звеньями. [ 3 ] Также возможно изменить структуру ПИМ с помощью постсинтетических реакций. [ 4 ] Однако это может привести к уменьшению собственной микропористости за счет дополнительных межцепных когезионных взаимодействий.
Приложения
[ редактировать ]Благодаря наличию собственной микропористости эти полимеры обладают большим свободным объемом, большой площадью внутренней поверхности и высоким сродством к газам. Новым свойством ПИМ является то, что они не обладают сетчатой структурой и часто легко растворимы в органических растворителях. [ 5 ] Это позволяет осаждать или отливать ПИМ из раствора с получением микропористых порошков или самостоятельных пленок, которые можно использовать для различных применений. Например, первое коммерческое применение PIM было в датчике, разработанном компанией 3M . [ 6 ] Кроме того, из-за сродства ПИМ к небольшим газам и способности образовывать самостоятельные пленки их активно исследуют в качестве мембранного материала и адсорбента для промышленных процессов разделения, таких как разделение газов и улавливание диоксида углерода . Мембраны PIM также тщательно исследуются из-за их вклада в пересмотр верхних пределов производительности компании Robeson в 2008 году. [ 7 ] [ нужны разъяснения ] важный параметр мембранного разделения газов , утверждающий, что проницаемостью необходимо пожертвовать ради селективности. К особенно активным областям исследований мембран PIM относятся повышение проницаемости, замедление старения и селективность адаптации. PIM также используются для создания мембран со смешанной матрицей из различных материалов, таких как неорганические материалы, металлоорганические каркасы и углероды.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Карта, Мариолино; Мсаиб, Кадхум Дж.; МакКаун, Нил Б. (октябрь 2009 г.). «Новые полимеры внутренней микропористости (ПИМ), 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 .
- ^ Бадд, Питер М.; Ганем, Бадер С.; Махсид, Саад; Маккеун, Нил Б.; Мсаиб, Кадхум Дж.; Таттершалл, Карин Э. (2004). «Полимеры внутренней микропористости (ПИМ): прочные, перерабатываемые в растворе органические нанопористые материалы». Химические коммуникации (2): 230–231. дои : 10.1039/b311764b . ISSN 1359-7345 . ПМИД 14737563 .
- ^ Jump up to: а б МакКаун, НБ (2012). «УДАЛЕНО: Синтез и свойства полимеров собственной микропористости (пимс)» . Процедия Инжиниринг . 44 :7. doi : 10.1016/j.proeng.2012.08.283 . ISSN 1877-7058 .
- ^ Патель, Хасмух А.; Явуз, Кафер Т. (2012). «Неинвазивная функционализация полимеров с собственной микропористостью для улучшения улавливания CO2». Химические коммуникации . 48 (80): 9989–9991. дои : 10.1039/c2cc35392j . ISSN 1359-7345 . ПМИД 22951579 . S2CID 35902558 .
- ^ Бадд, премьер-министр; Элабас, ЕС; Ганем, бакалавр наук; Махсид, С.; МакКаун, Северная Каролина; Мсаиб, К.Дж.; Таттерсхолл, CE; Ван, Д. (5 марта 2004 г.). «Обработанная в растворе органофильная мембрана, полученная из полимера с внутренней микропористостью». Продвинутые материалы . 16 (5): 456–459. дои : 10.1002/adma.200306053 . ISSN 0935-9648 .
- ^ Раков, Нил А.; Вендланд, Майкл С.; Тренд, Джон Э.; Пуарье, Ричард Дж.; Паолуччи, Дора М.; Маки, Стивен П.; Лайонс, Кристофер С.; Сверчек, Мэри Дж. (16 марта 2010 г.). «Визуальный индикатор следов органических летучих веществ». Ленгмюр . 26 (6): 3767–3770. дои : 10.1021/la903483q . ISSN 0743-7463 . ПМИД 20166749 .
- ^ Робсон, Ллойд М. (июль 2008 г.). «Пересмотр верхней границы». Журнал мембранной науки . 320 (1–2): 390–400. дои : 10.1016/j.memsci.2008.04.030 . ISSN 0376-7388 .