Polisülfon Esaslı Amfifilik Polimerler

Abstract

Termoplastik polimerler sınıfından olan polisülfon (PSf) ısı ve kimyasal dayanımının yüksek olması, mekanik mukavemeti ve oksitlenmeye karşı gösterdiği direnç sayesinde membran uygulamarında ilgi çekmektedir. Fakat polisülfonun hidrofobik doğası membran uygulamalrında bazı kısıtlamalara neden olmaktadır. Bunun üstesinden gelmek için çeşitli yöntemler kullanılarak hidrofilik PSf membran yüzeyi oluşturulmaktadır. Bu çalışmada ana zincir olarak PSf kullanılıp, bu polimere hidrofilik karakter kazandırmak için çeşitli monomerler (AMPS, SPMAK ve tBA) aşı kopolimerizasyonu ile bağlanmıştır. Bu polimerlerin sentezlenmesi için iki farklı polimerizasyon çeşidi kullanılmıştır. Bunlar ATRP ve iniferter polimerizasyon metotlarıdır.ATRP basamağında, PSf ilk önce klorometilleme reaksiyonu ile fonsiyonlandırılmış ve elde edilen polimer makro başlatıcı olarak kullanılarak SPMAK ve tBA monomerleri ATRP koşulları altında PSf ana zincirine aşı yöntemiyle bağlanmıştır. Diğer yöntem olan iniferter polimerizasyonu ise bir iniferter grubun ışık veya ısı ile radikal üretmesi ve monomerin başlatıcı radikali ile kontrollü mekanizmayı sağlayan sonlandırıcı radikal grubunun arasına dolması ile gerçekleşir. Bu çalışmada iniferter grup olarak, sodyum dietilditiyokarbomat kullanılmıştır. Makrobaşlatıcı olarak önce klorometillenmiş PSf ile sodyum dietil ditiyokarbomat reaksiyona sokulmuş ve PSf-DDC makrobaşlatıcısı sentezlenmiştir. Ardından ışık ile PSf üzerinde bulunan DDC gruplarından AMPS monomerinin katılması iniferter polimerizasyonu gerçekleştirilmiş. İki farklı metotla sentezlenen aşı kopolimeri FT-IR, 1H NMR ile karakterize adilmiş termal özellikleri DSC ölçümleri ile belirlenmiştir. Çalışmanın amacına uygun olarak sentezlenen maddelerin iyon iletkenlikleri Elektrokimyasal Empedans Spektrometresi (EIS) ile incelenmiştir.

The fluoropolymer (PFSA) Nafion, a DuPont product which shows good thermal stability and high proton conductivity, is the one of the most common and commercially available PEM materials. On the other hand, high methanol permeability, high cost and proton conductivity loss above 100 °C give negative effect to Nafion. Therefore, several studies have been carried out to identify different types of non-fluorinated polymers as alternative to the Nafion® and in some case, comparable performances to the Nafion® in terms of proton conductivity and thermo-chemical properties. Despite polysulfone (PSf) is a popular membrane because of good thermal and chemical stability, mechanical strength and excellent oxidative resistance, the hydrophobic nature of PSf gives some limitation in membrane application. Thus, hydrophilic PSf membrane surfaces have created using a variety of methods. Here are reported, PSf backbone was functionalized by 2-Acrylamido-2-methylpropan sulfonic acid (AMPS), 3-sulfopropyl methacrylate potassium salt (SPMAK) and tert-butyl acrylate (tBA) by using iniferter method and atom transfer radical polymerization (ATRP). First, PSf was functionalized by chloromethylation reaction, also PSf-DDC was synthesized from the reaction of chloromethylated PSf with sodium diethyl dithiocarbomate trihydrate for iniferter method. AMPS as sulfonic acid groups containing monomer were grafted to PSf backbone. Second, SPMAK and tBA were grafted to PSf backbone using chloromethylated PSf as a macroinitiator by ATRP. Then the proton conductivity and thermal stability in grafted polymer have been investigated for PSf based membranes.