Benzimidazol halkası içeren polimerlerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada bir seri polibenzimidazol türevleri sentez edilmiştir. Sentezlerde iki farklı yöntem kullanılmış olup, bunlardan ilki farklı aromatik dikarboksilik asit türevlerinin 3,3ʹ diaminobenzidin (DAB) ile polifosforik asit (PPA) yardımıyla azot (N2) ortamında ısıtılmasına dayanan çözelti polikondenzasyonudur (I. metot). Bu yöntemle izoftalik asit, teraftalik asit, 4,4ʹ-sülfonildibenzoik asit, 5-hidroksiizoftalik asit, 4,4ʹ-oksibis(benzoik asit), fumarik asit, 2,6-piridindikarboksilik asit, 5-ter-bütilizoftalik asit olmak üzere sekiz farklı aromatik dikarboksilik asit kullanılarak bir seri polibenzimidazol türevi elde edilmiştir. Diğer yöntem ise, dialdehit-bisülfit katılma ürünlerinin 3,3ʹ-diaminobenzidin (DAB) ile N,N dimetilformamid (DMF) ve N2 gazı ortamında etkileştirilmesine dayanmaktadır (II. metot). Sentezler farklı süre ve sıcaklık koşullarında tekrarlanmıştır. İkinci metot fosfat esterleri gibi yan ürün oluşumlarını önlemesi ve son derece basit bir saflaştırma işlemi gerektirmesi sebebi ile oldukça avantajlıdır. Sentezlenen polibenzimidazol türevlerinin yapıları IR ve 1H-NMR spektroskopik teknikleri kullanılarak aydınlatıldı. Polimerlerin termal özellikleri TGA, DTA ve DSC ile incelendi. Sentezlenen polibenzimidazollerin termal kararlılıkları çok yüksektir. Çünkü azot atmosferinde 1000 ºC’ ye kadar ısıtıldıklarında kütlelerinin sadece % 19-58’ ini kaybetmektedirler. ABPBI ve PBI-T gibi sübstitüent içermeyen yapılar diğerlerine göre daha yüksek termal kararlılıklara sahiptirler. Ayrıca 0-500 ºC’ de alınan DSC eğrileri polimerlerin kristal halde değil büyük oranda amorf yapıda olduklarını göstermiştir.

In this study, a series of polybenzimidazole derivatives were synthesized. Two different methods have been used in the synthesis, that the first one is solution polycondensation, based on the heating of different aromatic dicarboxylic acid derivatives and 3,3ʹ-diaminobenzidine (DAB) with polyphosphoric acid (PPA) under nitrogene (N2) environment (I. method). By this method a series of polybenzimidazole derivatives were obtained by using eight different aromatic dicarboxylic acids as; isophthalic acid, terephthalic acid, 4,4ʹ-sulfonyldibenzoic acid, 5-hiydroxisophthalic acid, 4,4ʹ-oxybis(benzoic acid), fumaric acid, 2,6-pyridinedicarboxylic acid and 5-tert-butylisophthalic acid. The other method is based on the interaction of dialdehyde-bisulfite adducts and 3,3ʹ diaminobenzidine (DAB) under N,N-dimethylformamide (DMF) and N2 environment (II. method). All the synthesis were repeated at different temperature and reaction time conditions. The second method is very favored due to preventing the formation of by-products like phosphate esters and requiring extremely simple purification procedure. The structures of synthesized polybenzimidazole derivates were idendified by using IR and 1H NMR spectroscopic techniques. Thermal properties of polymers were investigated by TGA, DTA and DSC. Synthesized polybenzimidazoles have exceptional thermal stabilities. When heated up to 1000 °C in nitrogen atmosphere they lose only 19-58 % of their mass. Unsubstituted structures like ABPBI and PBI-T have higher thermal stabilities than others. DSC curves of polymers optained at 0-500 ºC region shows that they are mostly amorphous in nature not in crystalline form.