Температурные зависимости газотранспортных параметров лестничного полифенилсилсесквиоксана

Исследованы температурные зависимости коэффициентов диффузии, растворимости и проницаемости образцов лестничного полифенилсилсесквиоксана (л-ПФСС) с тремя молекулярными массами: 400, 600 и 1000 кДа. Полученные газотранспортные параметры и температурные коэффициенты образцов л-ПФСС сопоставлены с аналогичными характеристиками других кремнийсодержащих полимеров. Установлено, что по этим свойствам наиболее близким к исследуемому полимеру является не структурно родственный полидиметилсилоксан (ПДМС), а стеклообразный поливинилтриметилсилан (ПВТМС). Значения полученных по температурным зависимостям теплот сорбции для исследуемых образцов ближе к представленным в литературе данным для политриметилсилилпропина (ПТМСП), тогда как значения энергий активации диффузии ближе к таковым для ПДМС и ПВТМС, что может свидетельствовать о наличии в л-ПФСС замкнутых элементов свободного объема, сравнимых по размеру с таковыми для ПТМСП. Тенденция роста коэффициента проницаемости л-ПФСС с температурой показывает преимущественное влияние диффузионной составляющей. Показано отсутствие влияния молекулярной массы л-ПФСС на его газотранспортные свойства в диапазоне 400–1000 кДа. Таким образом, получение асимметричных и композиционных мембран ограничено исключительно механическими свойствами и растворимостью л-ПФСС с различной молекулярной массой. 

1. Robb W.L. Thin silicone membranes-their permeation properties and some applications // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1968. V. 146, No 1. P. 119–137. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1968.tb20277.x.

2. Грингольц М.Л., Бермешев М.В., Старанникова Л.Э., Роган Ю.В., Ямпольский Ю.П., Финкельштейн Е.Ш. Синтез и газоразделительные свойства метатезисных полинорборненов с различным положением одной и двух групп SiMe3 в мономерном звене // Высокомолек. соед. Сер. А. 2009. Т. 51, № 11. С. 1970–1977.

3. Bermeshev M.V., Syromolotov A.V., Gringolts M.L., Starannikova L.E., Yampolskii Y.P., Finkelshtein E.Sh. Synthesis of high molecular weight poly[3-{tris(trimethylsiloxy)silyl} tricyclononenes-7] and their gas permeation properties // Macromolecules. 2011. V. 44, No 17. P. 6637–6640. https://doi.org/10.1021/ma201486d.

4. Chapala P., Bermeshev M., Starannikova L., Borisov I., Shantarovich V., Lakhtin V., Volkov V., Finkelshtein E. Synthesis and gas-transport properties of metathesis polytricyclononenes bearing three Me 3Si groups per monomer unit // Macromol. Chem. Phys. 2016. V. 217, No 17. P. 1966–1976. https://doi.org/10.1002/macp.201600232.

5. Masuda T., Iguchi Y., Tang B.-Z., Higashimura T. Diffusion and solution of gases in substituted polyacetylene membranes // Polymer. 1988. V. 29, No 11. P. 2041–2049. https://doi.org/10.1016/0032-3861(88)90178-4.

6. Sakaguchi T., Takeda A., Hashimoto T. Highly gas-permeable silanol-functionalized poly(diphenylacetylene)s: Synthesis, characterization, and gas permeation property // Macromolecules. 2011. V. 44, No 17. P. 6810–6817. https://doi.org/10.1021/ma201280s.

7. Platé N.A., Bokarev A.K., Kaliuzhnyi N.E., Litvinova E.G., Khotimskii V.S., Volkov V.V., Yampol’skii Yu.P. Gas and vapor permeation and sorption in poly (trimetylsilylpropyne) // J. Membr. Sci. 1991. V. 60, No 1. P. 13–24. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)80321-X.

8. Старанникова Л.Э., Тепляков В.В. Газопроницаемость поли[1-(триметилсилил)-1-пропина]: оценка экспериментальных данных и расчетных методов // Высокомолек. соед. Сер. А. 1997. Т. 39, № 10. С. 1690–1696.

9. Тепляков В.В., Дургарьян С.Г. Температурные параметры газопроницаемости полимеров // Высокомол. соед. Сер. A. 1984. Т. 26, № 10. С. 2159–2164.

10. Stern S.A., Vaidyanathan R., Pratt J.R. Structure/permeability relationships of siliconcontaining polyimides // J. Membr. Sci. 1990. V. 49, No 1. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/s0376-7388(00)80774-7.

11. Nakagawa T., Nishimura T., Higuchi A. Morphology and gas permeability in copolyimides containing polydimethylsiloxane block // J. Membr. Sci. 2002. V. 206, Nos 1–2. P. 149–163. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(01)00775-X.

12. Brown J.F., Jr., Vogt L.H., Jr., Katchman A., Eustance J.W., Kiser K.M., Krantz K.W. Double chain polymers of phenylsilsesquioxane // J. Am. Chem. Soc. 1960. V. 82, No 23. P. 6194–6195. https://doi.org/10.1021/ja01508a054.

13. Andrianov K.A., Zhdanov A.A., Levin V.Y. Some physical properties of organosilicon ladder polymers // Annu. Rev. Mater. Res. 1978. V. 8. P. 313–326. https://doi.org/10.1146/annurev.ms.08.080178.001525.

14. Yang X-f., Cao C., Chen Z.-h., Liu J., Luo M.-x., Lai G.-q. Synthesis of ladder-like polyphenylsilsesquioxanes with fairly high regularity using 1,2-ethylenediamine as endo-template // Chin. J. Polym. Sci. 2015. V. 33, No 9. P. 1305–1312. https://doi.org/10.1007/s10118-015-1678-z.

15. Yang X., Cao C., Chen Z., Liu J., Bassindale A.R., Lai G. Preparation and characterization of a type of ladder-like poly(phenyl silsesquioxane) based hybrid star-shaped copolymer of ε-caprolactone // J. Appl. Polym. Sci. 2015. V. 132, No 31. Art. 42335. https://doi.org/10.1002/app.42335.

16. Choi S.-S., Lee A.S., Hwang S.S., Baek K.-Y. Structural control of fully condensed polysilsesquioxanes: Ladderlike vs cage structured polyphenylsilsesquioxanes // Macromolecules. 2015. V. 48, No 17. P. 6063–6070. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5b01539.

17. Mi Y., Stern S.A. Gas permeability of a new silicone ring polymer: Isotactic poly(phenyl silsesquioxane) // J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 1991. V. 29, No 4. P. 389–393. https://doi.org/10.1002/polb.1991.090290401.

18. Anokhina T.S., Ershova T.O., Anisimov A.A., Temnikov M.N., Grushevenko E.A., Borisov I.L., Volkov A.V., Muzafarov A.M. Pervaporation and gas separation properties of highmolecular ladder-like polyphenylsilsesquioxanes // Polymers. 2023. V. 15, No 15. Art. 3277. https://doi.org/10.3390/polym15153277.

19. Gordon A.J., Ford R.A. The Chemist’s Companion: A Handbook of Practical data, Techniques, and References. New York, NY: Wiley VCH, 1972. 537 p.

20. Shchegolikhina O.I., Pozdnyakova Y.A., Molodtsova Y.A., Korkin S.D., Bukalov S.S., Leites L.A., Lyssenko K.A., Peregudov A.S., Auner N., Katsoulis D.E. Synthesis and properties of stereoregular cyclic polysilanols: cis-[PhSi(O)OH]4, cis-[PhSi(O)OH]6, and tris-cis-tris-trans-[PhSi(O)OH]12 // Inorg. Chem. 2002. V. 41, No 25. P. 6892–6904. https://doi.org/10.3390/10.1021/ic020546h.

21. Raharjo R.D., Freeman B.D., Paul D.R., Sarti G.C., Sanders E.S. Pure and mixed gas CH4 and n-C4H10 permeability and diffusivity in poly(dimethylsiloxane) // J. Membr. Sci. 2007. V. 306, Nos 1–2. P. 75–92. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2007.08.014.