Physical Aging, Plasticization and Their Effects on Gas Permeation in “Rigid” Polymers of Intrinsic Microporosity

巴勒 渗透 增塑剂 三联烯 聚合物 选择性 磁导率 高分子化学 化学工程 材料科学 化学 背景(考古学) 有机化学 催化作用 古生物学 工程类 生物 生物化学
作者
Raja Swaidan,Bader S. Ghanem,Eric Litwiller,Ingo Pinnau
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:48 (18): 6553-6561 被引量:257
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.5b01581
摘要

Long-term physical aging and plasticization, two mobility-based phenomena that are counterintuitive in the context of “rigid” polymers of intrinsic microporosity (PIMs), were evaluated using pure- and mixed-gas permeation data for representative ladder and semiladder PIMs. PIMs between 1 and 4 years old retained from 10- to 1000-fold higher H2 and O2 permeabilities than commercial membrane materials with similar or higher selectivities. A triptycene-based ladder polymer (TPIM-1) exhibited very large selectivity gains outweighing permeability losses after 780 days, resulting in unprecedented performance for O2/N2 (P(O2) = 61 Barrer, α(O2/N2) = 8.6) and H2/N2 (P(H2) = 1105 Barrer, α(H2/N2) = 156) separations. Interestingly, TPIM-1 aged more and faster than its more flexible counterpart, PIM-1, which exhibited P(O2) = 317 Barrer and α(O2/N2) = 5.0 at 1380 days. Additionally, the more “rigid” TPIM-1 plasticized more significantly than PIM-1 (i.e., TPIM-1 endured ∼93% increases in mixed-gas CH4 permeability over pure-gas values compared to ∼60% for PIM-1). A flexible 9,10-bridgehead (i.e., TPIM-2) mitigated the enhancements induced by physical aging but reduced plasticization. Importantly, intra-chain rigidity alone, without consideration of chain architecture and ultra-microporosity, is insufficient for designing aging- and plasticization-resistant gas separation membranes with high permeability and high selectivity
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