Rozwój technologiczny stwarza dla elastomerów nowe techniczne możliwości, dając projektantom i producentom nowe możliwości opracowywania ekologicznych produktów. Jednym z takich obiecujących zastosowań jest nanofiltracja wody zasilającej, gdzie istniejące technologie są kosztowne lub niewystarczające ze względu na wzrastające zapotrzebowanie na słodką wodę w wielu częściach świata.
Obecne membrany do odwróconej osmozy cechuje brak dostatecznej tolerancji chloru, ze względu na ich zależność od chemii poliamidów; tolerujące chlor materiały membranowe stanowiłyby wielką wartość dla przemysłu – twierdzi Donald R. Paul, kierownik z Texas Materials Institute (Teksańskiego Instytutu Materiałowego) i profesor wydziału inżynieryjnego University of Texas (Uniwersytetu Teksańskiego).
Odwrócona osmoza jest to proces filtracji, w którym przepuszczanie roztworu przez membranę wymuszone jest ciśnieniem, zatrzymującym sól po jednej stronie i pozwalającym na przechodzenie wody na drugą stronę.
Sulfonowane polimery zostały określone jako obiecujące materiały do zastosowań w budowie membran, włącznie z zastosowaniem do membran ogniw paliwowych i membran do odwróconej osmozy – napisał Paul w referacie przedstawionym na tegorocznej Konferencji Technicznej Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Tworzyw Sztucznych. Dwóch kolegów Paula z Texas Materials Institute – Geoffrey M. Geise oraz B.D. Frejman, było współautorami tego referatu.
Wśród najbardziej interesujących materiałów przewidywanych do zastosowania są sulfonowane kopolimery blokowe, o których się mówi, że charakteryzują się doskonałymi właściwościami transportu wody, odpornością chemiczną, selektywną przepuszczalnością gazu i właściwościami jonowymiennymi, jak również dużą wytrzymałością mechaniczną, zarówno w mokrym jak i w suchym środowisku.
Przewidywane są nowe techniczne rozwiązania do zastosowania w odsalaniu, elektrodejonizacji, elektrodializie, nawilżaniu i osuszaniu, „oddychającej” odzieży ochronnej, separatorach akumulatora, membranach ogniwa paliwowego, czujnikach i siłownikach, odwróconej osmozie, urządzeniach medycznych, filtracji, separacji gazu, odzieży i odzieży sportowej, odzyskiwaniu energii i zabezpieczeniach przed zanieczyszczeniami.
Latem tego roku, na Krajowej Wystawie Tworzyw Sztucznych w Chicago, podczas Międzynarodowego Konkursu Projektowania Tworzyw Sztucznych, którego jednym ze sponsorów było Design News, firma Kraton zaprezentowała materiały MD9150 i MD9200. Materiały te były użyte w formie powiązanych pęczków rurek, które oczyszczają lub odsalają wodę.
Opracowaliśmy ten polimer, aby konkurował z najwyższej klasy membranami – powiedział dr Lothar Freund, wiceprezes do spraw technologicznych w firmie Kraton, w wywiadzie dla Design News. Wiele obecnie stosowanych membran nie jest odporna na chlor. Tak więc, w jednym procesie, możemy odsalać wodę bez usuwania chloru.
Firma Kraton stworzyła nową architekturę kopolimeru pentablokowego, gdzie polistyrenowy midblock jest modyfikowany grupą kwasu sulfonowego. Polimerem prekursorowym jest poly (t-butyl styrene-b-(ethylene-r-propylene)-b- styreneb-(ethylene-rpropylene)-b-(t-butyl styrene) copolymer) lub (tBS-EP-S-EPtBS). Blok styrenowy jest selektywnie sulfonowany poprzez siarczan RCO (acyl sulfate chemistry).
Poprzez zmianę poziomu sulfonowania można uzyskać zdolność do wymiany jonowej w zakresie 0,4 do 2,0 meq/g (miliekwiwalent na gram). Jonoselektywność oraz unikalna architektura polimerowa daje w wyniku możliwość wydajnego odsalania.
Sulfonowane polimery, nałożone na membrany wykonane z włókien rurkowych, tworzą warstwę zdolną do nanofiltracji wody zasilającej. Membrany te łączą w sobie zarówno dużą wytrzymałość jak i hydrofilność, co daje w efekcie bardzo małe zużycie energii. Mogą być one wykorzystane w większych zakładach oczyszczania lub odsalania wody.
Membrana czy roztwór
Inżynierowie powinni zwrócić uwagę na to, że kopolimery te występują w formie membrany lub roztworu, stwarzając możliwość projektowania zarówno unikalnych kształtów, jak również powłok i laminatów. Te nowe sulfonowane kopolimery dają klientowi bardziej ekologiczne rozwiązania, poprzez obniżanie temperatur procesu technologicznego w porównaniu do stosowanej obecnie technologii.
Jednym z konkurujących systemów jest polimer kwasu perfluorosulfonowego (perfluorosulfonic acid polimer), losowo sulfonowany kopolimer, którego początki stosowania sięgają lat 1960-tych i który jest szeroko używany do ogniw chloro-alkalicznych, ogniw paliwowych i akumulatorów. Sulfonowanie uwodornionej gumy, jako końcowa blokada, jest również szeroko stosowane, lecz charakteryzuje się ono brakiem wytrzymałości w stanie mokrym, przy wystarczających poziomach sulfonacji.
Freund podkreślił, że próbki nowych kopolimerów firmy Kraton są testowane przez firmy, które specjalizują się w filtracji wody.
Paul i jego współpracownicy, w badaniu przeprowadzonym w Texas Materials Institute, potwierdzili efektywność tych nowych kopolimerów. Piszą oni – Ciekawe jest to, że przenikalność czystej wody zmniejsza się i przenikalność soli wzrasta po przestawieniu się z prowadzenia procesu partiami na proces ciągły podawania roztworu. Potrzebne są dalsze badania dotyczące mikrostruktury tych materiałów, w celu zidentyfikowania dokładnej przyczyny tego zjawiska.
Innymi głównymi powodami zastosowania syntetycznych polimerów wytwarzanych według wysoko specjalistycznej technologii, wynikającymi z potrzeby ochrony środowiska, jest zastąpienie PVC i bromu. W niektórych przypadkach, elastomery termoplastyczne (TPE) są wytwarzane z komponentów z biomasy.
Oddział firmy PolyOne, GLS Thermoplastic Elastomers opracował elastomery termoplastyczne Versaflex Bio, w których wytwarzaniu do 70 procent stanowią zasoby odnawialne. Te półprzezroczyste materiały są dostępne w gatunkach o różnej twardości mierzonej w skali A według Shore’a.
Walter Ripple, dyrektor naczelny GLS stwierdza – Te elastomery termoplastyczne stwarzają nową bazę o wyjątkowo wysokim poziomie zawartości materiałów odnawialnych, dając projektantom i wytwórcom nowe możliwości tworzenia produktów, które zmniejszają oddziaływanie na środowisko i są atrakcyjne dla konsumentów dbających o sprawy środowiska naturalnego.
Elastomery termoplastyczne
Na tegorocznej Krajowej Wystawie Tworzyw Sztucznych w Chicago firma DuPont również wystawiła swój nowy elastomer termoplastyczny wytwarzany z surowców odnawialnych, nazwany Hytrel RS. Jak powiedziano, Hytrel RS ma wszystkie właściwości tradycyjnych materiałów Hytrel. Dokładna wielkość użytej biomasy jest tajemnicą firmy DuPont. Cena tego elastomeru jest ustalona z 10 procentową zwyżką. Pebax® firmy Arkema również może zawierać materiał z surowców odnawialnych, takich jak olej roślinny.
Nowa seria elastomerów termoplastycznych z firmy Teknor Apex spełnia kryteria UL dotyczące niepalności, jednocześnie wykazując elastyczność i wytrzymałość w szerokim zakresie temperatur.
Cztery związki Telcar TL-1934 są formułami styrenowymi wytwarzanymi o twardościach od 56 do 88 stopni w skali A według Shore’a. Firma Teknor Apex zaleca je do stosowania na izolacje, osłonki, kształtowane w formie elementy elastycznych przewodów, przewody zwijane i przewody do elektronarzędzi, sprzętu, robotów przemysłowych, sprzętu spawalniczego, oraz systemów audio i oświetleniowych.
Andy Claytor, dyrektor sprzedaży twierdzi – Związki Telcar TL-1934 charakteryzują się doskonałą odpornością ogniową i jednocześnie spełniają wymagania dyrektywy RoHS, gdyż nie zawierają niepalnych polibromowanych eterów difenylowych (PBDE). Ponadto, produkty te charakteryzują się doskonałymi właściwościami w skrajnych temperaturach i w zastosowaniu na zewnątrz, poza pomieszczeniami, wykazują elastyczność podobną do gumy, są olejoodporne i dostępne w szerokim zakresie twardości.
