Fosfin oksit içeren yeni poliimid silika hibrit malzemelerin gaz ayırma özelliklerinin incelenmesi
Investigation of gas separation properties of phosphine oxide containing new polyimide silica hybrid materials
Yazar: CANAN KIZILKAYA
Danışman: PROF. DR. ATİLLA GÜNGÖR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Gaz ayrıştırma = Gas seperation ; Membranlar = Membranes ; Poliimidler = Polyimides

Özet:
Aromatik poliimidler, mükemmel termal ve kimyasal kararlılıkları, üstün mekanik özellikleri nedeniyle son dönemlerde gaz ayırma işlemlerinde kullanılan en önemli membran materyalleri olarak dikkat çekmektedirler. Özellikler endüstriyel uygulamalarda amaca yönelik farklı yapılarda tasarlanabilen kopoliimdler , hibrit poliimidler bu malzemelere olan ilgiyi artırmıştır.Bu çalışmanın başlangıcında fosfin oksit grubu içeren BAPPO ve m-BAPPO monomerleri sentezlenerek FT-IR, NMR ve kütle spektroskopisi yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Daha sonra BAPPO, m-BAPPO, DDS diaminleri ile BTDA, 6FDA dianhidritlerden çıkılarak NMP içerisinde dört farklı PAA çözeltisi sentezlenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında bu çözeltilerden termal (bulk) imidizasyon yöntemi ile kopoliimid filmler hazırlanmıştır. İkinci aşamada ise GOTMS ve TEOS'dan çıkılarak hazırlanan sol-jel karışımından bu çözeltilere belirli oranlarda ilave edilerek %5 SiO2 içeren hibrit kopoliimid filmler sentezlenmiştir. Çalışmanın üçüncü kısmında ise BAPPO ve BTDA den çıkılarak hazırlanan PAA çözeltisine sol-jel karışımından belirli oranlarda (%5,10,15,20) ilave edilerek hibrit homopoliimidler sentezlenmiştir.Elde edilen bu üç grup malzemenin öncelikle FT-IR spekroskopisi ile yapısal karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Daha sonra termal özellikleri sırasıyla termal gravimetrik analiz (TGA) ,diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), dinamik mekanik analiz (DMA), sınırlayıcı oksijen indeksi (LOI) yöntemleri ile incelenmiştir. Malzemelerin morfolojileri, mekanik özellikleri, film yüzeylerinin hidrofobikliği SEM, tensilon ve temas açısı cihazları ile belirlenmiştir. Hazırlanan membranlardan O2, N2 ve CO2 saf gazlarının geçirgenlikleri ölçülerek ideal seçicilik değerleri hesaplanmıştırHazırlanan fosfin oksit içerikli poliimid malzemelerin gösterdikleri mükemmel termo-oksidadif karalılık, yüksek alev direnci , üstün mekanik özellikleri ile birlikte geçirgenlik-seçicilik değerleri de dikkate alındığında endüstrinin özellikle yüksek performansın gerektiği alanlarında uygulama imkanı bulunacağı düşünülmüştür.

Abstract:
Aromatic polyimides have attracted much attention over the last decades as the basic materials for preparing gas separation membranes due to their excellent thermal and chemical stability, high mechanical properties . Especially goal oriented in industrial applications can be designed in different copolyimids and hybrid polyimides have increased the interest in these materials.At the beginning of this work, phosphine oxide group containing monomers, BAPPO and m-BAPPO , were synthesized and characterized by FT-IR, NMR and mass spectroscopy methods . Afterwards, four different PAAs were synthesized by the reaction of diamines such as BAPPO, m-BAPPO, DDS with dianhydride such as BTDA, 6FDA in NMP. The first stage of this study, copolyimide films were prepared from this solutions by the thermal(bulk) imidization technique. Secondly, 5%SiO2 containing hybrid copolyimide films were synthesized by added to this solution from particular proportions of sol gel mixture, was prepared from TEOS and GOTMS. The third stage of this study, hybrid homopolyimide films were synthesized by incorporation of particular proportions ((%5,10,15,20) sol gel mixture into the PAA solution, was prepared from BAPPO and BTDA.Primarily, the structural characterization of obtained three group materials was carried out with FT-IR spectroscopy. Then, their thermal properties were examined by Thermo-gravimetric analyses (TGA), Differential scanning calorimetry (DSC), Limiting oxygen index (LOI) methods , respectively . Morphologies, mechanical properties of materials, hydrophobicity of film surfaces were determined by scanning electron microscopy (SEM), tensilon, contact angle devices. O2, N2 and CO2 pure gases permeability of prepared membranes were measured and calculated ideal selectivity values.Prepared phosphine oxide containing polyimide materials for their excellent thermo-oxydative equilibrium, high flame resistance, superior mechanical characteristics and permeability- selectivity values take into consideration, when the industry, especially the high performance needed in the areas of practice opportunities will be found were considered.