Cardo polimer - Cardo polymer

Cardo polimerin genel yapısı

Cardo polimerler polimer zincirinin omurgasındaki karbonların da halka yapılarına dahil edildiği bir polimer alt grubudur. Bu omurga karbonları dördüncül merkezlerdir. Bu nedenle, döngüsel yan grup polimer zincirinin düzlemine dik olarak uzanır ve bir döngü yapısı oluşturur. Bu halkalar, polimerleri sterik olarak engelleyen ve sıkıca paketlenmelerini önleyen hacimli yapılardır. Ayrıca sert bir omurga oluşturarak polimer zincirinin dönme hareket aralığını sınırlarlar. Benzersiz yapılarının bir sonucu olarak, bu polimerler önemli ölçüde yüksek termal stabiliteye ve çözünürlüğe sahiptir.[1] Kardo polimerlerin gaz ayırma ve taşıma için kullanılan membranlara uygulanmasında son gelişmeler kaydedilmiştir.[2][3][4]

Özellikleri

Cardo polimerleri, yüksek termal stabiliteye (yani, yüksek cam geçiş sıcaklığına) ve yüksek çözünürlüğe sahiptir. Büyük segmentlere sahip sert polimerler, artan cam geçiş sıcaklıklarına sahiptir.[1] Kardo polimerlerin kuaterner karbon ve hacimli halka yapısı, polimer bağlarının dönme hareketi üzerinde önemli kısıtlamalar olduğu için oldukça sert bir yapı ile sonuçlanır.[3] Çözünürlük genellikle sertliğin azalmasıyla artar. Bu genellikle sorunludur çünkü artan çözünürlük ve artan termal stabilite genellikle birbiriyle çelişir.[1] Bununla birlikte, bir kardo grubunun eklenmesi çözünürlüğü arttırır çünkü hacimli yapı, polimer zincirinin sıkı bir şekilde sıkışmasını önleyerek sterik engel oluşturur.[3] Bu gevşek ambalaj, polimerin çözücü ile etkileşime girmesi için daha fazla yüzey alanı sunarak çözünürlüğü artırır. Daha fazla polar cardo grubuna sahip polimerler, daha az polar gruplara sahip olanlara göre daha çözünürdür.[1] Yalnızca polimer omurgası üzerindeki polar bileşenler ile çözücü arasındaki etkileşimler değil, aynı zamanda kardo grubunun polar bileşenleri ile çözücü arasındaki etkileşimler de meydana gelir. Net etkileşimler, cardo polimerlere yüksek çözünürlüklerini veren şeydir.[5]

Sentez

Omurgaya bir bisfenol yapısına sahip bir kardo aromatik polyesterin tekrar ünitesinin kimyasal yapısı

Cardo polimerlerinin sentezi, çoğu polimer senteziyle aynı teknikleri kullanır. Bununla birlikte, hacimli ve genellikle polar olmayan kardo monomerler, benzersiz sentetik taktikler gerektiren bazı zorluklar sunar.[1]

Aromatik Polyesterler

Cardo aromatik polyesterler, polimer zincirinin omurgasına bir ester grubunun dahil edildiği ve ester gruplarının bir aromatik halka ile ayrıldığı bir tür kardo polimer oluşturur. Kardo aromatik polyesterlerin yaygın bir biçimi, bisfenolün monomerlere dahil edildiği türlerdir.[1] Bu polimerler, polikondensasyon yoluyla sentezlenebilir. Monomerlerin bisfenol bileşeninden çıkan hidroksil grupları, yan ürün olarak hidroklorik asit üreterek asit klorürlerle reaksiyona girebilir. Bu sentez genellikle arayüzey polikondensasyon yoluyla gerçekleştirilir.[6] Bununla birlikte, düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık çözelti polikondensasyon koşulları da kullanılır. Yüksek moleküler ağırlıklı kardo aromatik polyesterler, düşük sıcaklıkta, alıcı katalitik polikondensasyon yöntemleriyle de elde edilebilir.[1]

Cardo aromatik poliamidleri oluşturmak için kullanılan bazı monomerlerin yapısı

Aromatik Poliamidler

Cardo aromatik poliamidler, aromatik halkalarla ayrılmış omurgaya dahil edilmiş amidlere sahiptir. Aromatik diaminlerin bazikliği düşüktür ve bu da sentez için ek zorluklar sağlar. Özellikle, eriyik polikondensasyon yoluyla sentezlenemezler. Diaminler suda çözünecek kadar polar değildir, bu da arayüzey polikondensasyon yöntemlerini zorlaştırır; Arayüzlerinde polikondensasyonun meydana gelebildiği çözeltilerin iki fazı olarak 4 ', 4 ”-difenil ftalid dikarboksilik klorür ve alifatik diaminlerden başarı elde edilmiştir.[1] Daha yaygın olarak, bu polimerler, bir yan ürün olarak hidroklorik asit üreten, asit klorürlerle bir reaksiyon yoluyla düşük sıcaklıkta çözelti polikondensasyonundan sentezlenir. Bu reaksiyonlar, çözünürlüğü artırmak için aprotik çözücüler içinde, çoğunlukla kalsiyum klorür gibi inorganik bir tuzun varlığında bazik koşullar altında yapılır.[7]

Poliimidler

Cardo poliimid için iki aşamalı sentez şeması

Poliimidler, imid grubundan oluşan polimerler olup, imid zincirin omurgasında bulunan monomerlere dahil edilmiştir. Bunlar, tek adımlı bir yol veya iki adımlı bir yolla sentezlenebilir. İki aşamalı yol, ilk önce diamin monomerinin bir poligamik asit oluşturmak için bir asit klorür veya karboksilik asit ile reaksiyona sokulmasını içerir. Poligamik asidin ısıtılması daha sonra siklodehidrasyona neden olarak imidi oluşturur. Alternatif olarak, sentez, zincirin büyütüldüğü ve halka kapanmasının aynı anda gerçekleştiği tek aşamada gerçekleştirilebilir. Bu reaksiyon, kresol, nitrobenzen, benzonitril ve sülfolan gibi organik çözücülerde yüksek sıcaklıklarda meydana gelir.[1] Diamid çözülür ve ardından dianhidrürler, sıcaklık yükseltilmeden önce çözeltiye eklenir.[8] Reaksiyon, 100-200 derece Celsius aralığındaki sıcaklıklara yükseltilir ve metanol ile söndürülür.[7][8] Bu tek adımlı sentez, iki adımlı sentezden daha yüksek moleküler ağırlıklı polimer zincirleri üretir ve şimdi tercih edilen yöntemdir.[1][7][8]

Gaz taşımacılığına uygulama

Şu anda çok detaylı bir şekilde araştırılmakta olan tek kardo polimer uygulaması, gaz taşıma ve ayırma için ince zarların geliştirilmesinde kardo polimerlerin kullanımını içermektedir.[2][3][4] Genel olarak, bir malzemedeki serbest hacim miktarı arttıkça, gaz geçirgenliği de artar. Ayrıca, polimerin artan sertliği ile gaz seçiciliğinde bir artış ortaya çıkar.[2] Cardo polimerleri, hacimli yapıları sıkı paketlemeyi engellediğinden büyük bir serbest hacme ve halkalar dönme hareketini kısıtladığından sert bir omurgaya sahiptir.[3] Bu nedenle, cardo polimerler, oldukça geçirgen, ancak seçici bir membran malzemesi olarak işlev görür.[2] Geçirgenliği daha da artırmak için, gaz nakli için üretilen kardo polimerlerinin çoğu, malzemenin serbest hacmini artıran, tert-butil grupları gibi ek büyük yan gruplara sahiptir.[8] Moleküller arası kuvvetler, yüksek geçirgenlik ve yüksek geçirgenlik arasında bir denge bulmada anahtar rol oynar. Spesifik olarak, hidrojen bağından kaynaklanan güçlü moleküller arası çekicilikler, polimer zincirlerinin segmentlerinin hareketliliğini büyük ölçüde inhibe ederek, sadece küçük moleküller arası etkileşimlere sahip bir kardo polimere göre sert, yoğun şekilde paketlenmiş bir yapı ile sonuçlanır. Bu sıkıca paketlenmiş sert yapılar, gazın membrandan yayılma hızını sınırlayarak polimerlerin gaz geçirgenliğini azaltır. Ancak bu etki oksijen ve nitrojen gibi büyük gaz molekülleri üzerinde küçük gaz moleküllerine göre çok daha güçlüdür. Bu etki, membranın büyük gaz molekülünün taşınmasını kısıtlayarak küçük gaz moleküllerinin taşınmasını desteklediği, artan bir geçirgenlik ile sonuçlanır.[2]

Bu gaz nakil membranları ultra ince olmalıdır ve en yaygın olarak bir faz ters çevirme işlemi yoluyla elde edilir. Bu işlem, polimerin organik çözücüler içinde çözünür olmasını gerektirir.[4] İşlem, önce polimerleri çözelti içinde çözerek çalışır.[3] Çözelti daha sonra bir cam plaka üzerine yerleştirilir ve plaka bir sıvı pıhtılaşma ortamına batırılır.[3][4] Transfer işlemi sırasında, bir miktar çözücü buharlaşması meydana gelir, ancak çoğunlukla membran yüzeyinde. Bu, havaya maruz kalan bölgenin daha konsantre olmasına ve bir deri tabakası oluşturmasına neden olur. Bu asimetrik membranların yapısı, gözenekli bir alt yapı ve daha yoğun bir dış yüzey yapısı içerir.[4] Cardo polimerlerin yüksek çözünürlüğü, bu membranların kolaylıkla üretilebileceği anlamına gelir.[3]

Referanslar

  1. ^ a b c d e f g h ben j Vasilii V. Korshak, Svetlana V. Vinogradova, Yacob S. Vygodskii: Cardo Polymers. İçinde: Makromoleküler Bilim Dergisi, Bölüm C: Polimer İncelemeleri. 11, 1974, S. 45–142, doi:10.1080/15583727408546022
  2. ^ a b c d e Wang, Zhonggang; Chen, Tianlu; Xu, Jiping (2001-11-29). "Bir dizi cardo poliarileterin gaz taşıma özellikleri". Uygulamalı Polimer Bilimi Dergisi. 83 (4): 791–801. doi:10.1002 / app.10006. ISSN  0021-8995.
  3. ^ a b c d e f g h Kazama, S .; Teramoto, T .; Haraya, K. (2002). "Bis (fenil) floren esaslı kardo polimer membranların karbondioksit ve nitrojen taşıma özellikleri". Membran Bilimi Dergisi. 207: 91–104. doi:10.1016 / S0376-7388 (02) 00112-6.
  4. ^ a b c d e Kazama, Shingo; Sakashita, Masao (2004). "Cardo poliamidden yapılmış asimetrik içi boş fiber membranların gaz ayırma özellikleri ve morfolojisi". Membran Bilimi Dergisi. 243 (1–2): 59–68. doi:10.1016 / j.memsci.2004.06.012.
  5. ^ Lirova, B.I .; Tager, A.A .; Lazareva, L.I .; Salazkin, S.N .; Vygodskii, Ya.S. (1975). "Cardo polimer çözeltilerinin kızılötesi araştırması". Polimer. 16 (11): 805–810. doi:10.1016/0032-3861(75)90111-1.
  6. ^ Vibhute, S. S .; Joshi, M. D .; Wadgaonkar, P. P .; Patil, A. S .; Maldar, N.N. (1997). "Yeni kardo polyesterlerin sentezi ve karakterizasyonu". Journal of Polymer Science Bölüm A: Polimer Kimyası. 35 (15): 3227–3234. Bibcode:1997JPoSA..35.3227V. doi:10.1002 / (SICI) 1099-0518 (19971115) 35:15 <3227 :: AID-POLA15> 3.0.CO; 2-D. ISSN  1099-0518.
  7. ^ a b c Liaw, Der-Jang; Liaw, Been-Yang; Chung, Chao-Yi (2000). "Tert-butilsikloheksiliden birimleri içeren yeni kardo poliamidlerin ve poliimidlerin sentezi ve karakterizasyonu". Makromoleküler Kimya ve Fizik. 201 (14): 1887–1893. doi:10.1002 / 1521-3935 (20000901) 201: 14 <1887 :: AID-MACP1887> 3.0.CO; 2-A. ISSN  1521-3935.
  8. ^ a b c d Alvarez, Bermejo L.A .; Garcia, Maya E.M. (2018). "Cardo ve tert-butil-m-terfenil kısımları içeren yeni poliimidlerin sentezi, karakterizasyonu ve gaz ayırma özellikleri". EXPRESS Polimer Harfler. 12 (5): 479–489. doi:10.3144 / expresspolymlett.2018.40.