使用多层次方法阐明多孔聚合物网络影响微孔玻璃聚合物膜结构,老化倾向和选择性的分子机制
Lucas C Condes1, Matthew T Webb1, Tran T B Le1
1School of Sustainable Chemical, Biological and Materials Engineering, University of Oklahoma, 100 E. Boyd Street, Norman 73019 Oklahoma, United States.
ACS applied materials & interfaces
|September 25, 2024
概括
与多孔聚合物网络 (PPNs) 混合聚-1-三甲基-1-烯 (PTMSP) 可以显著降低膜的物理衰老. 这种具有成本效益的方法提高了气体分离应用的膜性能和寿命.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物科学 聚合物科学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 微孔玻璃型聚合物,如聚1-三甲基-1-烯 (PTMSP) 易受物理衰老的影响,随着时间的推移,其性能会降低.
- 这些聚合物的老化导致气体透率降低和选择性改变,限制了它们的实际应用.
- 以前的减轻老化的方法,例如使用多孔芳香框架,通常是昂贵的.
研究的目的:
- 为了研究将PTMSP与一种新的,具有成本效益的多孔聚合物网络 (PPN) 混合的有效性,以缓解身体衰老.
- 阐明负责PTMSP/PPN混合物增强抗衰老的分子机制.
- 分析聚合物流动性降低对气体运输特性和选择性的影响.
主要方法:
- 在3周内测量气体透率 (N2),以量化老化.
- 定子灭寿命光谱 (PALS) 和自由体积测量以评估孔隙性.
- 固态核磁共振 (C NMR) 探测聚合物链动态.
- 分子动力学 (MD) 模拟以在分子水平上建模聚合物行为.
- 对气体运输的吸附和扩散贡献的分析.
主要成果:
- 在3周内,将PTMSP与仅5%的PPN混合,将N2透率的下降率从41% (纯PTMSP) 降至14%.
- 发现PPN的成本效益明显高于以前使用的材料.
- 将PTMSP链吸附到PNP孔中被确定为减少局部细分移动性和增强抗衰老能力的机制.
- 热力学非理想性被证明会影响运输系数,需要进行纠正以获得准确的解释.
结论:
- 多孔聚合物网络 (PPNs) 为提高像PTMSP这样的微孔玻璃聚合物的物理抗衰老提供了一个高度有效和经济的解决方案.
- 减少聚合物链的流动性,由PPNs混合引起,是增强耐老化的关键.
- 精确分析气体分离性能需要考虑聚合物混合物的热力学非理想性.
