UV-ışınlarla sertleştirilebilen silika modifiye polielektrolit membranların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of UV-curable silica modified polyelectrolyte membranes
Yazar: MERVE GÜRTEKİN
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Bölümü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Hibrit malzemeler = Hybride materials ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Proton yerdeğiştirme membran yakıt pilleri hidrojen ve oksijenin elektrokimyasal reaksiyonu sırasında açığa çıkan kimyasal enerjiyi,elektrik enerjisine çevirir. En yaygın kullanılan membran DuPont ? tarafından üretilen Nafion ? `dur.Nafion mükemmel kimyasal ve mekanik kararlılığı yüksek proton iletkenliğin sahip olmasına rağmen ,yüksek maaliyeti ve yüksek metanol geçirgenliği endüstride uygulamasını kısıtlayarak dezavantaj oluşturmaktadır. Bu nedenle yüksek performanslı düşük maaliyetli polimerlerin alternatif malzeme olarak gerçekleştirilmesi fazlasıyla önemlidir.Bu çalışmada 2- akrilamido- 2- metil propan sülfonik asit (AMPS) ve 4-maleimidofenil sülfonik asit içeren UV- ışınlarıyla sertleşebilen hibrit membranlar sol-jel metoduyla sentezlendi. İnorganik bileşen ve birleştirme ajanı olarak sırasıyla; tetraetilenortosilikat (TEOS) ve 3-(metakriloksi) propil trimetoksi silan (MAPTES) kullanıldı. Oluşan hibrit membranların mekanik ve fiziksel özellikleri ayarlamak için çapraz bağlayıcı olarak poli(etilenglikol)diakrilat), etilen glikol dimetakrilat ve N,N- metilen bis akrilamid kullanıldı. Hibrit formülasyonlar UV- ışınları altında polimerleştirildi ve membranların jel yüzdesi , şişme oranı hesaplandı. Organik kısımların polimerizasyon dönüşümü foto-DSC ile yapı karakterizasyonu katı hal 29Si-NMR spektorskopisiyle aydınlatıldı ve sonuçlar kısmi kondenzasyonun başladığını gösterdi. UV ile sertleştirilmiş nanokompositlerin termal kararlılıkları termogravimetrik anliz (TGA) ile incelendi. Ayrıca ,proton iletkenliği ve metanol seçiciliği ölçümleri gerçekleştirildi.

Abstract:
A proton exchange membrane fuel cell tarnsforms the chemical energy liberated during the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen to electrical energy. The most commonly used membrane is Nafion ? by DoPont ? . Although Nafion has ecellent chemical and mechanical stability,high proton conductivity,it has some disadvantages that restrict its industiral appications such as high cost and high methanoıl permeability. Therefore, lower cost polymers with high performance are strongly desired as alternative materials.In this study 2-Acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) and 4-Maleimidophenylsulphonic acid containing UV curable hybrid membranes were prepared by using sol-gel method. As an inorganic precursor and coupling agent tetraethylorthosilicate (TEOS), and 3-(Methacryloyloxy) propyltrimethoxysilane (MAPTES) were used respectively. The crosslinking agents such as Poly (ethylene glycol diacrylate), ethyleneglycol dimethacrylate and N,N-methylenebisacrylamide were used to arrange mechanical and phsiycal properties of the resulting hybrid membrane. The hybrid formulation polymerized under UV irradiation and the gel percentage, swelling ratio of the membranes were calculated. The polymerization conversion of the organic part was investigated by using photo-DSC. The structural characterization of the UV-cured hybrid membrane was performed by employing solid-state 29Si-NMR spectroscopy and the results indicated that partial condensation was achieved. The thermal stabilities of the UV-cured nanocomposites were investigated by thermogravimetric analysis (TGA). The morphology of the hybrid materials was examined by scanning electron microscopy. In addition proton conductivity, methanol selectivity measurements were performed.