Полиэфирсульфоны для электроники и не только: краткий патентный анализ

Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о полимерах известных под названием полиэфирсульфоны (ПЭС).

Что это такое?

Полиэфирсульфоны (PES или ПЭС) — это семейство термопластичных ароматических гетероцепных полимеров, содержащих простые эфирные связи (-О-) и сульфонильные, или сульфоновые, группы -SO2- (название пошло от наименования серы — sulfur, поэтому сульфоны) в полимерной цепочке. 

Некоторые важные характеристики PES:

• высокая прочность и жесткость в диапазоне температур от –50oC до +230oC; 

• значительная ударная стойкость, сохраняемая даже при минусовых температурах (до –50oC); 

• низкое влияние влагопоглощения на стабильность размеров;

• высокая чувствительность к действию надреза;

• высокая, лучшая, чем в случае полисульфона (PSU), термическая стабильность и стойкость к пластическим деформациям при высоких температурах; 

• хорошая химическая стойкость к действию кислот, бензина, масел и окисляющих веществ таких, как фтор и перекись водорода, которая лучше по сравнению с PSU; 

• слабая химическая стойкость к концентрированной серной и азотной кислотам, спиртам, хлорированным углеводородам и некоторым амидным растворителям; 

• очень высокая устойчивость к гидролизу; 

• высокая стойкость к излучению и низкое поглощение микроволн; 

• чувствительность к УФ-излучению; 

• хорошие диэлектрические свойства; 

• обладают самозатухающими свойствами, выделяют мало дыма во время горения; 

• физиологическая индифферентность (биологическая инертность). 

Применение PES

Полиэфирсульфоны используют для изготовления сильно нагруженных деталей и конструкций. В электротехнике и применяют для производства деталей телевизоров, конденсаторных пленок, опорных пластин для печатных выключателей, корпусов катушек, пробок для автомобильных свечей. 

В медицине полиэфирсульфоны используют при изготовлении аппаратов для диализа, искусственной вентиляции легких и медицинских устройств, корпусов насосов, смотровых стекол. 

В быту детали из полиэфирсульфонов широко распространены: это элементы фенов, корпуса утюгов и электросветильников, ручки кухонной посуды и т.д.

Полиэфирсульфоны в России

В России компетенциями в синтезе, испытаниях, применении и экспертизе полиэфирсульфонов обладают несколько предприятий и организаций:

• Специализированные структуры, такие как АО «Институт пластмасс имени Г.С. Петрова» (Москва), ООО «Пластик Групп Калининград».

• Структуры ГК «Росатом», в частности, АО «Препрег-Современные Композиционные Материалы».

• 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 и транспорта.

• Курчатовский институт-ВИАМ (авиационные материалы).

• Ряд технических вузов, например, МГТУ им. Н.Э. Баумана; МИСИС, Саратовский госуниверситет им. Н. Г. Чернышевского, Воронежский университет, Белгородский университет, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова.

В частности, в Центре компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан ряд высокотеплостойких ПЭС сополимерного и блок-сополимерного, имеющих температуру стеклования более 200 °С и способных перерабатываться с помощью растворной и расплавной технологий. В состав марочного ассортимента этих ПЭС входят ПЭС-185, ПЭС-210, ПЭС-220, ПЭС-230, ПЭС-235, ПЭС-240, ПЭС-250 и ПЭС-255, где цифры означают температуру стеклования полимера. 

В базе домена «Наука и инновации» на ключевое слово «полиэфирсульфон» зарегистрировано 60 документов, в основном отчёты по НИР, результаты интеллектуальной деятельности, диссертации. Содержательный анализ показывает, что большинство НИОКТР касаются применения рассматриваемых полимеров в композиционных материалах, в том числе в технологиях электроники, а также в мембранных технологиях.

Например, в лаборатории синтеза термопластов МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан Лабораторный технологический регламент получения полиэфирсульфона ПЭС-СФ-50/50 №ЛР201640-002-02066434-2021. Процесс получения сополимера ПЭС-СФ основан на проведении реакции сополиконденсации 4,4′-диоксидифенилсульфона (ДОДФС), фенолфталеина (ФФ) и 4,4′-дихлордифенилсульфона (ДХДФС) в присутствии поташа.

Патентный аспект

На портале Google.Patents на период до октября 2024 года указано более 100 000 документов на polyethersulfone. Среди патентообладателей ТОП-5 лидеров составили:

• Toray Industries, Inc. ^[1] — 2,6%;

• Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. ^[2] — 1,8%;

• Taylor Made Golf Company, Inc. ^[3] — 1,4%;

• Ibiden Co., Ltd. ^[4] — 1,2%;

• Nitto Denko Corporation ^[5] — 1,2%.

Как видите, безусловное лидерство за японскими компаниями. Toray Industries — японская химическая корпорация, входящая в состав группы Mitsui. А вот примеры изобретений также японской Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. ^[2]:

• Display Device and Electronic Device US20220030154A1;

• Light-emitting element, display device, electronic device, and lighting device US9954177B2;

• Light-emitting element, display device, electronic device, and lighting device US10461271B2.

Рейтинг кодов МПК следующий:

• разное оборудование Y10T ^[6] — 24,1%;

• разделение веществ B01D ^[7] — 17,2%;

• сокращение выбросов парниковых газов Y02E ^[7] — 17,1%;

• композиции высокомолекулярных соединений C08L ^[7] — 17%;

• переработка; общие способы приготовления композиций C08J ^[7] — 16,8%.

А что же в России?

В базе ФИПС поиск по запросу «полиэфирсульфон» выявил 53 патента РФ на изобретения, из которых 23 действующие:

В разделе «В» технологические процессы зафиксировано 10 патентов на изобретения. Большинство посвящены процессам и устройствам мембранных технологий, например обратного осмоса (№2498845), нанофильтрации (№2492916), диализа (№2731396), очистки водорода (№2696131), а также полимерным связующим для композиционных материалов, в частности №2777895 ^[8] Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него, АО «Препрег-Современные Композиционные Материалы».

В разделе «С» химия и металлургия значится 27 патентов РФ на изобретения, касающиеся способов получения полиэфирсульфонов и клеевых веществ на их основе, например №2597912 ^[9] Высокопрочный эпоксидный пленочный клей, Курчатовский институт-ВИАМ.

В Разделе «Н» электричество указан всего один патент №2790480 ^[10] Стеклопластик электроизоляционного назначения, патентообладатели Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева и Институт элементоорганических соединение им. А. Н. Несмеянова РАН. Изобретение относится к области создания высокопрочных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и эпоксидных связующих, которые могут быть использованы для герметизации электро-радиотехнических изделий, в том числе, катушек индуктивности, высоковольтных катушек разрядников, низковольтных тороидальных трансформаторов, дросселей, переключателей и др. 

Действующих заявок на изобретения РФ нет.

Патентов РФ на полезные модели нет.

Заключение

В РФ, судя по открытым источникам, только в МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва), начиная с 2019 года, осуществляется разработка лабораторной и опытно-наработочной технологий изготовления полиэфирсульфонов различных марок. Опытные образцы продукции проходят испытания у потенциальных заказчиков с целью заключения договоров на поставку. 

Патентная ситуация слабая, изобретательская активность низкая. Но, будем надеяться на лучшее, то есть на то, что компетенции наших учёных в ближайшие годы воплотятся в реальные производства из разряда «малой химии».

Бесплатный поиск, мониторинг и регистрация товарных знаков  и других объектов интеллектуальной собственности. ^[11]

Регистрация программы для ЭВМ ^[12]

Внесите софт в Реестр отечественного ПО и сэкономьте на налогах ^[13]