Не только для ракет: полифениленсульфон и его патентный анализ

Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о полимере полифениленсульфон (PPSU по стандарту DIN). Это аморфный термопласт со структурой гетероцепного полимера. Он относится к семейству полиарилсульфонов. Первоначально применялся в военной авиации из-за высокой стабильности размеров и термоустойчивости.

Где используется?

Помимо высокой механической прочности и стабильности характеристик в широком диапазоне температур, полифениленсульфон обладает увеличенной вязкостью, поэтому имеет повышенную устойчивость к ударным нагрузкам. Коэффициент рассеивания низкий, и материал слабо поглощает влагу. При малой толщине и полировке термопласт становится прозрачным и легко обрабатывается механическим способом. Он стоек к ГСМ, жирам, спиртам и слабым кислотным и щелочным растворам. Стойкость к бензолу и ароматическим углеводородам ограничена. При воздействии веществ с сильным растворяющим эффектом возможно образование трещин. Особую ценность полимеру PPSU придает устойчивость к гидролизу и горячему пару.

Материал имеет хорошие электроизоляционные свойства, стоек к высокочастотному электромагнитному облучению (в том числе к рентгеновскому), но при этом обладает хорошей проницаемостью для излучения в микроволновом диапазоне.

Что также немаловажно, огнестойкость — высокая, при возгорании происходит самозатухание пламени.

Основные характеристики полифениленсульфона:

• молекулярная структура – аморфная;

• плотность, г/куб.см – 1,29…1,44 (зависит от цвета);

• рабочая температура, град С — от -50 до +170 градусов по Цельсию (кратковременно до +190 );

• температура стеклования -220 градусов по Цельсию;

• модуль эластичности, МПа – 2300;

• предел текучести при растяжении, МПа – 82.

Как любой полиарсульфон, этот материал прозрачен и имеет янтарный цвет. Растворяется в хлористом метилене. При нагреве до температуры стеклования он темнеет и с трудом загорается. Пламя – желтоватого цвета, с образованием сажи. Если удалить источник огня, то оно медленно затухает.

Полимер PPSU имеет характерный едкий запах.

Применение PPSU

Полифениленсульфон применяется в качестве конструкционного материала для работы в жестких условиях эксплуатации, для изготовления деталей в аэрокосмической промышленности и в автостроении.

Диэлектрические свойства и термостойкость материала удовлетворяют требованиям электронной и электротехнической промышленности. Радиопрозрачность позволяет использовать его в приемо-передающих устройствах, и характеристики этого эластомера оказались подходящими для изготовления деталей на профессиональных 3D-принтерах.

Полимер PPSU применяется для изготовления компонентов химического и нефтеперегонного оборудования, но особую ценность этому материалу придает устойчивость к стерилизации и дезинфекции. Его применяют в фармацевтике и на предприятиях пищепрома (в том числе для изготовления посуды). Физиологическая инертность материала позволяет использовать его и в медицине при протезировании суставов, для производства медицинского оборудования.

Помимо механической обработки, допускает склеивание и сварку.

Лидерами по производству ПФСУ в мире являются корпораци Solvay, BASF, японская Sumitomo Chemical, китайские Youju New Materials, Shandong Special Plastics и Shandong Jinlan Special Plastics. 

Полифениленсульфон в России

Компетенциями в экспертизе, синтезе, испытаниях, применении полифениленсульфона обладает несколько предприятий:

• Специализированные на полимерах научно-производственные структуры, такие как АО «Институт пластмасс им. Г. С. Петрова» (Москва), АО «Межотраслевой институт переработки пластмасс — НПО «Пластик» (Москва), ООО «Изолитпоставка» (Санкт-Петербург);

• АО «Обнинское научно-производственное предприятие “Технология” им. А. Г. Ромашина» — центр компетенций России в области создания наукоемкой, высокотехнологичной продукции из неметаллических материалов для авиационной, ракетно-космической техники, транспорта;

• Курчатовский институт-ВИАМ (авиационные материалы);

• АО «НИИ Графит» (разработка модификаторов и технологии модификации границы раздела стеклянное волокно – полимерная матрица для композиционных материалов);

• ООО «Российская экструзионная компания» (Москва) продвигает филаменты на основе ПФСУ для 3D-печати;

• Структуры Российской академии наук, в частности Институт химической физики им. Н.Н. Семенова;

• Ряд технических вузов, в частности Московский авиационный институт, Казанский технологический университет, Саратовский госуниверситет им. Н. Г. Чернышевского, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева.

В базе домена «Наука и инновации» на «полифениленсульфон» 15 документов, в основном отчёты по НИР, результаты интеллектуальной деятельности, диссертации. Содержательный анализ показывает, что большинство НИОКТР касаются применению нашего полимера и филаментов для 3D-печати в композиционных материалах, в том числе для авиакосмической отрасли, в технологиях электроник. Так, разработку новых отечественных высокопрочных и высокотемпературных композиционных материалов на основе суперконструкционных полимеров для 3D-печати высоконагруженных изделий осуществил в 2017-2019 гг. Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова за грант в 150 млн руб. от Минобрнауки РФ. 

Наше внимание привлекли сведения о начинаемых научно-исследовательских работах. Например, НИР «Создание новых гидролитически стойких высокопроницаемых мембран на основе модифицированного полифениленсульфона с оптимизированной химической структурой для фильтрации бактерий и вирусов из воды» осуществляет в 2022-2024 гг. Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова за грант в 21 млн руб. от РНФ. 

Патентный аспект

На портале Google.Patents указано более 100 тыс. документов на октябрь 2024 по polyphenylene sulfone. Среди патентообладателей ТОП-5 лидеров составили:

• Toray Industries, Inc. ^[1](東レ株式会社 ^[2]) — 6,7%;

• Taylor Made Golf Company, Inc. ^[3] — 1,7%;

• LG Chem (株式会社Lg化学 ^[3]) — 1,3%;

• Sabic Innovative Plastics Ip B.V. ^[4] — 1,2%;

• General Electric Company ^[5] — 1,2%.

Как видите, безусловное лидерство за японской Toray Industries, входящей в состав группы Mitsui. Примечательно, что на четвертом месте расположилась компания из Саудовской Аравии. 

Рейтинг кодов МПК следующий:

• композиции высокомолекулярных соединений C08L ^[3] — 36,1%;

• переработка; общие способы приготовления композиций C08J ^[3] — 23,5%;

• разное оборудование Y10T ^[3] — 21,9%;

• использование неорганических или низкомолекулярных органических веществ в качестве компонентов для композиций на основе высокомолекулярных соединений C08K ^[3] — 21,4%;

• высокомолекулярные соединения, получаемые иначе, чем реакциями с участием только ненасыщенных углерод-углеродных связей C08G ^[3] — 20,9%;

• сокращение выбросов парниковых газов Y02E ^[3] — 17,5%;

• формование или соединение пластиков; формование веществ в пластическом состоянии вообще; последующая обработка формованных изделий, например ремонт B29C ^[3] — 14,5%;

• способы и устройства, например батареи, для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую H01M ^[3] — 14,5%.

А что же в России?

В базе ФИПС поиск по запросу «полифениленсульфон» выявлено всего 7 патентов РФ на изобретения, из которых только 4 действующие, все посвящены композиционным материалам. Патентообладатели следующие:

1. Российская Федерация, от имени которой выступает Фонд перспективных исследований (Москва) № 2688140 ^[6] и №2686329 ^[7];

2. Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (Нальчик) № 2704482 ^[8] и №2686916 ^[9].

Однако авторы во всех четырех случаях одни и те же сотрудники Кабардино-Балкарского госуниверситета.

Свежих заявок на изобретения нет.

Патента РФ на полезные модели с использованием полифениленсульфона два:

• №125729 ^[10] Кабель оптический миниатюрный пожаробезопасный, АО «Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности» (Москва);

• №187550 ^[11] Самодействующий обратный клапан низкого давления двух изобретателей: Зотова Андрея Александровича и Лихолапа Павла Игоревича.

Баз данных, программ для ЭВМ и топологий интегральных схем нет.

Заключение

В начале 2020-х годов отечественная ^[12] пластмассовая отрасль этот материала серийно не выпускала. Спрос удовлетворялся импортными поставками из Евросоюза и Китая. После начала СВО на Украине поставки из Европы сошли на нет.

Патентная ситуация неудовлетворительная, изобретениями в области синтеза и применения полифениленсульфона занимается только Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (Нальчик). 

Бесплатный поиск, мониторинг и регистрация товарных знаков  и других объектов интеллектуальной собственности. ^[13]

Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале ^[14]