내인성 미세조도의 고분자

Polymers of intrinsic microporosity

내재적 미세공학적 폴리머(PIMs)는 Neil McKeown, Peter Budds 등이 주도한 연구 노력에 의해 개발된 독특한 종류의 미세공학적 물질이다.[1] PIM은 폭이 2nm 미만인 상호 연결된 분자간 공극의 연속 네트워크를 포함한다. 다공성 유기 중합체로 분류되는 PIM은 단단한 고형분자 체인과 변형된 고분자 체인으로 다공성을 발생시켜 고형 상태로 효율적으로 포장되지 않는다.[2] PIM은 Spiro-centers 또는 등뼈를 따라 구부러지는 다른 부위로 인해 중단되는 퓨즈 링 시퀀스로 구성된다. 이들의 퓨즈 링 구조 때문에 PIM은 고분자 백본을 따라 자유롭게 회전할 수 없으며, 고분자 구성 요소 순응이 재배열되지 않고 합성 중에 고도로 왜곡된 모양이 고정되도록 보장한다.

합성

PIM은 비네트워크 고분자 구조가 경직되고 비선형적일 것을 요구한다. 영구적인 미세공성을 유지하기 위해 폴리머 체인을 따라 회전하는 것을 퓨즈 링 구조를 사용하여 금지하거나 폴리머가 효율적으로 포장될 수 있는 순응 변화를 피하기 위해 강직 억제에 의해 강하게 방해해야 한다. 이것은 순응적으로 잠긴 단량체와 회전이 금지되는 연계를 제공하는 중합반응을 사용하게 된다.[3] 3가지 주요 유형의 중합반응이 성공적으로 사용되어 자체 상설 필름을 형성하기에 충분한 질량의 PIM을 준비했다. 여기에는 디벤조디오신 연동을 형성하기 위한 이중 방향성 핵소독성 대체 메커니즘에 기초한 중합 반응, 트로거의 기저 형성을 이용한 중합, 단층 단위들 간의 아미드 링크 형성이 포함된다.[3] 또한 PIM의 구조를 합성 후 반응에 의해 수정할 수도 있다.[4] 그러나, 이는 추가적인 상호연결성 상호작용에 의한 본질적인 미세조도의 감소로 이어질 수 있다.

적용들

이 중합체는 내인성 미세조도가 존재하기 때문에 부피가 크고 내부 표면적이 높으며 기체에 대한 친화력이 높다. PIM의 새로운 특성은 네트워크 구조를 가지고 있지 않고 종종 유기 용매에 자유롭게 용해된다는 것이다.[5] 이를 통해 PIM을 촉진하거나 솔루션에서 주조하여 다양한 용도에 유용한 마이크로파 분말이나 자립형 필름을 제공할 수 있다. 예를 들어 PIM의 첫 번째 상업적 응용은 3M이 개발한 센서에 있었다.[6] 또한 작은 기체에 대한 PIM의 친화력과 자기 입자 필름 형성 능력 때문에 그들은 가스 분리, 이산화탄소 포획과 같은 산업 분리 과정을 위한 막 재료 및 흡착제로 활발하게 조사되고 있다. PIM 막은 또한 선택성을 위해 투과성을 희생해야 한다는 멤브레인 가스 분리의 중요한 매개 변수인 [7][clarification needed]로베손의 2008년 성능 상한 개정에서 기여했기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 PIM 멤브레인 연구의 활성 영역에는 투과성 강화, 노화 감소, 선택성 맞춤화가 포함된다. 또한 PIM은 무기물질, 금속-유기체 골격, 탄화수소 등 다양한 재료로 혼합된 매트릭스 막을 만드는 데도 사용된다.

참조

  1. ^ Carta, Mariolino; Msayib, Kadhum J.; McKeown, Neil B. (October 2009). "Novel polymers of intrinsic microporosity (PIMs) derived from 1,1-spiro-bis(1,2,3,4-tetrahydronaphthalene)-based monomers". Tetrahedron Letters. 50 (43): 5954–5957. doi:10.1016/j.tetlet.2009.08.032. ISSN 0040-4039.
  2. ^ Budd, Peter M.; Ghanem, Bader S.; Makhseed, Saad; McKeown, Neil B.; Msayib, Kadhum J.; Tattershall, Carin E. (2004). "Polymers of intrinsic microporosity (PIMs): robust, solution-processable, organic nanoporous materials". Chemical Communications (2): 230. doi:10.1039/b311764b. ISSN 1359-7345. PMID 14737563.
  3. ^ a b McKeown, N.B. (2012). "REMOVED: Synthesis and Properties of Polymers of Intrinsic Microporosity (pims)". Procedia Engineering. 44: 7. doi:10.1016/j.proeng.2012.08.283. ISSN 1877-7058.
  4. ^ Patel, Hasmukh A.; Yavuz, Cafer T. (2012). "Noninvasive functionalization of polymers of intrinsic microporosity for enhanced CO2 capture". Chemical Communications. 48 (80): 9989. doi: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.; Wang, D. (2004-03-05). "Solution-Processed, Organophilic Membrane Derived from a Polymer of Intrinsic Microporosity". Advanced Materials. 16 (5): 456–459. doi:10.1002/adma.200306053. ISSN 0935-9648.
  6. ^ Rakow, Neal A.; Wendland, Michael S.; Trend, John E.; Poirier, Richard J.; Paolucci, Dora M.; Maki, Stephen P.; Lyons, Christopher S.; Swierczek, Mary J. (2010-03-16). "Visual Indicator for Trace Organic Volatiles". Langmuir. 26 (6): 3767–3770. doi:10.1021/la903483q. ISSN 0743-7463. PMID 20166749.
  7. ^ Robeson, Lloyd M. (July 2008). "The upper bound revisited". Journal of Membrane Science. 320 (1–2): 390–400. doi:10.1016/j.memsci.2008.04.030. ISSN 0376-7388.