Polystyrol (PS) ist ein synthetisches Polymer, das aus dem Monomer Styrol, einem Erdölderivat, hergestellt wird. Es handelt sich um ein lineares Kohlenwasserstoffpolymer, dessen Molekülstruktur aus langkettigen Styroleinheiten besteht. Jede Styroleinheit hat die folgende chemische Struktur:
Polystyrol wird durch die Bildung einer kovalenten Bindung zwischen den Vinylkohlenstoffatomen eines Styrolmoleküls und eines anderen Styrolmoleküls polymerisiert, wodurch lange Ketten miteinander verbundener Styroleinheiten entstehen, wobei n die Zahl in der Polymerkette darstellt. Wiederholen der Anzahl der Styroleinheiten, Die molekulare Struktur von Polystyrolmembranen verleiht ihnen einen hohen Grad an Porosität für eine effektive Filtration von Partikeln und Mikroorganismen.
Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner Hydrophobie hervorragend zum Filtern nichtwässriger Lösungen. Die Hydrophobie von Polystyrolmembranen kann auf das Vorhandensein unpolarer Kohlenwasserstoffketten im Polymerrückgrat zurückgeführt werden. Diese Kohlenwasserstoffketten bestehen aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, die eine ähnliche Elektronegativität aufweisen und daher Elektronen gleichmäßig teilen. Dadurch entstehen unpolare Strukturen, die nicht von polaren Molekülen wie Wasser angezogen werden. Neben den Kohlenwasserstoffketten tragen auch die Benzolringe im Polystyrolpolymer zu seiner Hydrophobie bei. Der Benzolring besteht aus sechs Kohlenstoffatomen und sechs Wasserstoffatomen, die in einer planaren Ringstruktur angeordnet sind. Die Elektronen im Ring sind delokalisiert und bilden eine stabile unpolare Struktur, die nicht von Wasser angezogen wird.
Eigenschaften der Polystyrolmembran
1. Hydrophob: Polystyrol ist hydrophob, das heißt, es weist Wasser ab. Diese Eigenschaft wird der großen unpolaren Phenylgruppe (C6H5) zugeschrieben, die in jeder Styroleinheit vorhanden ist. Aufgrund dieser Eigenschaft eignen sich Polystyrolmembranen zum Filtern nichtwässriger Lösungen oder zum Trennen nicht mischbarer Flüssigkeiten.
2. Chemikalienbeständigkeit: Polystyrol ist beständig gegen eine Vielzahl von Chemikalien, darunter viele Säuren, Basen und Lösungsmittel. Dies macht seine Filtermembranen für eine Vielzahl chemischer Verarbeitungs- und Analyseanwendungen nützlich.
3. Thermische Stabilität: Polystyrol hat eine relativ hohe Glasübergangstemperatur (Tg) von etwa 100 °C (212 °F). Dies bedeutet, dass es moderaten Temperaturen ohne nennenswerte Verformung oder Verlust der mechanischen Eigenschaften standhalten kann. Für Anwendungen bei sehr hohen Temperaturen ist es jedoch nicht geeignet.
4. Mechanische Festigkeit: Polystyrolmembran weist eine gute mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Dimensionsstabilität auf. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, bei denen es auf mechanische Stabilität ankommt.
5. Einfache Herstellung: Polystyrol lässt sich leicht verarbeiten und in verschiedenen Formen und Größen herstellen, einschließlich dünner Filtermembranen. Dies ermöglicht die Herstellung maßgeschneiderter Filtermembranen für spezifische Anforderungen.
Industrie und Anwendung
Polystyrolmembranen werden in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt, darunter:
1. In der pharmazeutischen Produktion und Qualitätskontrolle können Polystyrol-Filtermembranen zur Abtrennung und Reinigung von Wirkstoffen oder zum Herausfiltern von Schadstoffen in nichtwässrigen Lösungen eingesetzt werden.
2. Polystyrolmembranen eignen sich zur Filtration organischer Lösungsmittel, Säuren und Basen in der chemischen Verarbeitung und in Forschungsanwendungen.
3. In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie können Polystyrol-Filtermembranen zur Trennung und Reinigung von Ölen, Aromastoffen und anderen nichtwässrigen Bestandteilen eingesetzt werden.
4. Polystyrol-Filtermembranen können zur Analyse und Überwachung nichtwässriger Umweltproben wie Luft- und Bodenproben verwendet werden.
5. In der Elektronikindustrie können Polystyrolmembranen zum Filtern und Reinigen von Chemikalien verwendet werden, die bei der Herstellung von Halbleitern und anderen elektronischen Bauteilen verwendet werden.
Wir müssen uns darüber im Klaren sein, dass Polystyrolmembranen nicht für Anwendungen mit hohen Temperaturen oder starken Oxidationsmitteln geeignet sind, da sie sich unter diesen Bedingungen verschlechtern oder ihre mechanischen Eigenschaften verlieren.
Zitat
1."Polystyrenemicrofiltration membranes for water treatment" by S. Chen, Y. Wang, and Y.Huang. Journal of Membrane Science, vol. 285, no. 1-2, 2006, pp. 287-294.
2."Preparationand characterization of polystyrene-based ultrafiltration membranes" by W.Zhang, X. Wang, and H. Liu. Journal of Applied Polymer Science, vol. 130, no.2, 2013, pp. 1093-1101.
3."Polystyrene-basedmicrofiltration membranes for the removal of bacteria and viruses fromwater" by C. Li, Y. Jiang, and J. Li. Journal of Membrane Science, vol.475, 2015, pp. 307-315.
4."Polystyrene-basedultrafiltration membranes for protein separation" by S. Li, G. Zhang, andJ. Zhao. Journal of Membrane Science, vol. 369, no. 1-2, 2011, pp. 352-359.
5."Preparationand characterization of polystyrene-block-poly(ethylene oxide) copolymermembranes for gas separation" by S. Wu, H. Yang, and Y. Qian. Journal ofMembrane Science, vol.312, no. 1-2, 2008, pp. 107-115.
