Synthesis and characterization of boron-containing polymers and copolymers

Abstract

Nemsiz ortamda yeni proton iletken membranlar, anorganik host polimer, poli(4-vinilbenzenboronik asit), PVBBA, proton solvent fosforik asitle, H3PO4 çalısılmıstır.PVBBA(H3PO4)x elektrolitleri farklı stokiometrik oranlarda proton solvent ilaveedilerek hazırlanmıstır. Homopolimer ve elektrolitler FT-IR spektroskopi ve 11B MASNMRyardımıyla karakterize edilmistir. Termal ağırlık analiz (TGA) sonuçlarıkompozitlerin termal kararlılığının 140 oC`ye ulastığını göstermektedir.Bu sıcaklığınüzerinde görülen üssel kütle kaybı borik asit ünitelerindeki yoğunlasmadankaynaklanmaktadır. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) sonuçları proton solventinyumusatıcı etkisini ispatlamaktadır. Arrhenius esitliğiyle sıcaklığa bağlı protoniletkenliği modellenmistir. PVBBA(H3PO4)2 oda sıcaklığında 0.0013 S/cm ve 80 oC'deise 0.005 S/cm gibi maksimum iletkenlikler göstermistir. Poly(4-VBBA-co-4-VIm)kopolimerleri, 4-vinilbenzenboronik asit, VBBA ve 4-vinilimidazol, 4-VImmonomerleri farklı oranlarda kullanılarak free radikal polimerizasyon yöntemiylesentezlenmistir. Kopolimerler 13C NMR`le karakterize edilmistir. Bilesenleri elementalanaliz sonuçlarıyla tespit edilmistir. Heterohalka ve asit arasındaki etkilesim FT-IRspektroskopi yardımıyla arastırılmıstır. Numunelerin termal özellikleri TGA ve DSCyöntemleri kullanılarak aydınlatılmıstır. Kopolimerlerin morfolojisi X-Isınıdifraksiyonu yöntemiyle karakterize edilmistir. Kopolimerlerin proton iletkenliği, asitiçeriğiyle artmaktadır ve nemsiz poli(4-VBBA-co-4-VIm)(H3PO4)2 için 0.0027 S/cmolarak ölçülmüstür.Poli(glisidilmetakrilat) (PGMA) radikalik polimerizasyon yöntemiyle GMAmonomerinden 2,2-azobisizobütironitril (AIBN) baslatıcısı kullanılarak sentezlenipetanolaminle modifiye edilmistir. Etanolaminle modifiye edilmis PGMAN polimeri,1:1 mol oranında hazırlanmıs borik asit çözeltisiyle karıstırılarak PGMANB kompleksielde edilmistir. Elemental analiz, FT-IR ve 11B MAS-NMR ile PGMANB kompleksininyapısı incelenip TGA kullanılarak termal özellikleri çalısılmıstır.

Proton conduction in novel anhydrous membranes based on inorganic hostpolymer, poly(4-vinylbenzeneboronic acid), PVBBA and phosphoric acid, H3PO4 asproton solvent was studied. The composite materials were prepared by the insertion ofthe proton solvent into PVBBA at different stoichiometric ratios to getPVBBA(H3PO4)x composite electrolytes. Homopolymer and the composite materialswere characterized by FT-IR and 11B MAS-NMR. Thermogravimetric analysis (TGA)illustrated that the composite materials are thermally stable up to approximately 140 oC.An exponential weight loss above this temperature was attributed to self-condensationof boric acid units. Differential scanning calorimetry (DSC) results proved the softeningeffect of the proton solvent. The temperature dependence of the proton conductivity wasmodeled with Arrhenius relation. PVBBA(H3PO4)2 has a maximum proton conductivityof 0.0013 S/cm at RT and 0.005 S/cm at 80 oC. Poly(4-VBBA-co-4-VIm) copolymerswere synthesized by copolymerization of the monomers 4-vinylbenzeneboronic acid,VBBA and 4-vinylimidazole, 4-VIm at various monomer feed ratios by free-radicalpolymerization. The copolymers were characterized by 13C NMR, and poly(4-VBBAco-4-VIm) composition was determined by elemental analysis. The proton exchangereaction between acid and heterocycle is confirmed by FT-IR. Thermal properties of thesamples were investigated via TGA and DSC. The morphology of the copolymers wascharacterized by X-ray powder diffraction (XRD). Proton conductivity of thecopolymers increased with the doping ratio and reached to 0.0027 S/cm for poly(4-VBBA-co-4-VIm)(H3PO4)2.Poly(glycidyl methacrylate) (PGA) was synthesized via radical polymerizationof glycidyl methacrylate (GMA) initiated by 2,2-azobisisobutyronitrile (AIBN) andfollowed by modification with ethanolamine. Borate-loaded PGMAN (PGMANB)complexes were prepared by mixing PGMAN and boric acid solution in a molar ratio of1:1. PGMANB was investigated by FT-IR spectroscopy, elemental analysis and 11BMAS-NMR to confirm the structure and its thermal properties were studied by TGA.