Poliéter sulfonas (PES)

Las poliéter sulfonas o PES, para abreviar, son polímeros de alta performance. Conforma una familia polímeros termoplásticos. El más popular es uno elaborado por la Union Carbide llamado Udel, introducido en el mercado en 1965. Las poliéter sulfonas se comportan de forma muy parecida a los policarbonatos. Estos polímeros son conocidos por su resistencia y estabilidad a altas temperaturas. Contienen la subunidad aril -SO2-arilo, el rasgo definitorio de lo que es el grupo sulfona. Debido al alto costo de las materias primas y el procesamiento, las se utilizan en aplicaciones especiales y con frecuencia son un reemplazo superior para policarbonatos. La poliéter sulfona también está comercialmente disponible por las empresas Solvay Advanced Polymers, BASF (Ultrason E) y Corporación PolyOne.

Estructura química y síntesis

Las poliéter sulfonas deben su nombre a la presencia de grupos éter y grupos sulfona en su cadena principal.

Los polímeros de PES tienen altas temperaturas de transición vítrea (Tg), porque los grupos sulfona son muy rígidos. De hecho, la polifenil sulfona es tan rígida que no presenta temperatura de transición vítrea. Permanece dura como una roca hasta que se descompone aproximadamente a 500°C.

Esto significa que no puede ser procesada. Para hacerla procesable, tenemos que hacer la cadena un poco más flexible, así el polímero se vuelve más dúctil a una temperatura razonable. Logramos ésto introduciendo grupos flexibles en la cadena principal, es decir, enlaces éter.

El Udel utiliza los enlaces derivados del bisfenol A para hacer la cadena más flexible. Este polímero tiene dos uniones éter en la unidad monomérica. Por esta razón al Udel se lo denomina más correctamente, una poliéter éter sulfona.

Esto hace que la Tg descienda a 190°C. Probando y usando diversas clases de grupos flexibles podemos alterar la Tg aún más. Si utilizamos una unión menos flexible, la Tg salta a 230°C.

Esta PES es sintetizada por las Imperial Chemical Industries y es conocida con el nombre de Poliéter Sulfona 200 P. A diferencia del Udel, este polímero tiene solamente una unión éter entre los grupos sulfona. Esto hace la cadena más rígida y la Tg más elevada. Otro nombre comercial de esta poliéter sulfona es Victrex.
La poliéter sulfona (o poliéter éter sulfona) se sintetiza al hacer reaccionar la sal sódica del bisfenol A con di-para-fluorofenilsulfona en un solvente como el dimetilsulfóxido (DMSO) entre 130 y 160°C.

La polimeración requiere de monómeros con un alto grado de pureza para asegurar la obtención de polímeros con un alto peso molecular.
La polimerización también puede realizarse a partir de 4,4-diclorodifenil sulfona, abreviado como DCDPS. El DCDPS puede ser sintetizado por el tratamiento de clorobenceno con ácido sulfúrico a una temperatura de 200-250°C. La reacción se puede hacer en presencia de ácido bórico o ácido trifluorometanosulfónico, que aumentan el rendimiento de DCDPS al reducir la formación de los isómeros 2,4 y 3,4. La reacción se completa en aproximadamente 10 horas y produce un alto rendimiento de 4,4-dicloro-difenil-sulfona.
La polimerización con DCDPS se produce a través de una reacción de sustitución nucleófila de DCDPS con nucleófilos bifuncionales. Con el bisfenol A (sal sódica) en dimetilsulfóxido, el DCDPS forma el Udel. El DCDPS también reacciona con bisfenol S (sal sódica) para formar Victrex. Otro nombre comercial de una poliéter sulfona es el Radel R de Amoco Polymers, (polibifenil éter sulfona) con la particularidad de presentar un grupo difenilo en la cadena principal; se puede obtener a partir de DCDPS y 4,4-dihidroxidifenil.
Formulas químicas de diferentes tipos de poliéter sulfonas existentes en el mercado:

Propiedades físicas y químicas

Estos polímeros son rígidos, de alta resistencia y transparente, conservando estas propiedades entre -100°C y 150°C. Tiene una estabilidad dimensional muy alta, el cambio de tamaño cuando se expone al agua hirviendo o vapor o aire a 150°C por lo general es del 0,1%. Su temperatura de transición vítrea es de 185°C.
La polisulfona es altamente resistente a los ácidos minerales, álcalis y electrolitos, en el pH entre 2 y 13. Es resistente a agentes oxidantes, por lo que se puede limpiar con blanqueadores. También es resistente a los agentes tensoactivos y a los aceites de hidrocarburos. No es resistente a los disolventes orgánicos de baja polaridad (por ejemplo, las cetonas y los hidrocarburos clorados), y los hidrocarburos aromáticos. Mecánicamente, la polisulfona tiene una resistencia a la compactación, recomendando su uso en altas presiones. También es estable en ácidos y bases acuosas y muchos solventes no polares, pero es soluble en diclorometano y metilpirrolidona.
La poliéter sulfona puede ser reforzada con fibras de vidrio. El material compuesto resultante tiene el doble de resistencia a la tracción y aumentar tres su módulo de Young.

Tabla de propiedades típicas:

Ensayo ASTM o UL	Propiedad	Valor
Propiedades físicas
D792	Densidad lb/in3 (g/cm3)	0.050 (1.37)
D570	Absorción de agua, las 24 horas (%)	0.54
Propiedades mecánicas
D638	Resistencia a la tracción (psi)	12.200
D638	Módulo de elasticidad (psi)	385000
D638	Alargamiento de rotura (%)	6.5
D790	Resistencia a la flexión (psi)	16.100
D790	El módulo de flexión (psi)	420000
D785	Dureza, Rockwell	127
D256	Impacto Izod con muesca (ft-lb/in)	1.6
Propiedades térmicas
D3418	Temperatura de fusión (F° / C°)	-
D696	Coeficiente de dilatación térmica expansión lineal (x 10 –5 in./in./°F)	2.7
D648	Temperatura de deflexión al calor (°F) a 264 psi	400/204
-	Max temperatura de funcionamiento (°F - °C)	320 - 160
C177	Conductividad térmica (BTU-in/ft²-hr-°F)	1.13
UL94	Grado de inflamabilidad	VO
Propiedades eléctricas
D150	Constante dieléctrica a 1 KHz	3.5
D150	El factor de disipación a 1 KHz	0,0022
D149	Rigidez dieléctrica (V / mil)	380
D257	Resistividad de volumen (ohm / cm) a 50% HR	1,7 x 10 15

Estos son sólo valores típicos para referencia y comparación. Todos los valores fueron tomados a 73°F (23°C). Fuente: www.crownplasticsinc.com

Aplicaciones
Su resistencia a las altas temperaturas que da un papel de un retardador de llama, sin comprometer su fuerza que por lo general se compromete con la adición de retardantes de llama. Su estabilidad a la hidrólisis permite su uso en aplicaciones médicas que requieren autoclave y la esterilización por vapor.

Cartucho de filtro

Dializador con membrana de PES

La poliéter sulfona permite la fabricación de membranas, con propiedades reproducibles y controlables en cuanto al tamaño de los poros de hasta 40 nanómetros. Estas membranas pueden usarse en aplicaciones como la hemodiálisis, recuperación de las aguas residuales, procesamiento de alimentos y bebidas, y la separación de gases. Estos polímeros se utilizan también en las industrias automotriz y electrónica. Los cartuchos de filtro hechos de membranas de poliéter sulfona ofrecen velocidades de flujo muy alto a presiones diferenciales muy bajas en comparación con los hechos de nylon o polipropileno. Los cartuchos de filtro, además, a partir de poliéter sulfona se pueden esterilizar con vapor en autoclave sin pérdida de la integridad hasta 50 veces.

Filtro de agua con membrana de PES

La poliéter sulfona también se utiliza como dieléctrico en los condensadores.
La poliéter sulfona se utiliza como medio de filtración. El tamaño de los poros puede ser muy pequeño, de hasta 0,2 micras o menor, útil esto, para su uso en esterilización microbiológica en la industria farmacéutica.

Filtro para jeringa

 

Fuentes:
es.wikipedia.org
pslc.ws
www.crownplasticsinc.com
www.gesfilter.com
www.fanoia.com