Soluble sulfonated naphthalenic polyimides as materials for proton exchange membranes

Genies, C.; Merçier, Régis; Sillion, Bernard; Cornet, N.; Gebel, Gérard; Pinéri, M.

doi:10.1016/s0032-3861(00)00384-0

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“…Polímeros sulfonados têm sido pesquisados para os mais diversos fins, geralmente relacionada à separação seletiva de espécies iônicas ou polares, sendo mais recente o estudo em aplicações como membranas condutoras de íons em baterias e células a combustível [9] .…”

Section: -Membranas Híbridas Com Potencial Uso Em Células a Combustívunclassified

“…A modificação de PEI por sulfonação é relatada na literatura principalmente a partir de três agentes: ácido sulfúrico concentrado, ácido clorosulfônico e sulfato de acetila [9][10][11] . Dentre elas, o sulfato de acetila é o mais promissor devido à simplicidade da obtenção do reagente e menor possibilidade de degradação da cadeia principal do polímero [10] .…”

Section: -Membranas Híbridas Com Potencial Uso Em Células a Combustívunclassified

“…O agente sulfonante foi preparado a partir de N-metilpirrolidona (NMP), anidrido acético e ácido sulfúrico, na razão de 20:2:1 (em volume), para a formação do reagente "sulfato de acetila" [9] . O procedimento consistiu em dissolver aproximadamente 6g de polímero em 35 mL de NMP, a 80°C em banho de óleo de silicone, sob agitação constante.…”

Section: Sulfonação Da Matriz Poliméricaunclassified

“…As diferenças entre os espectros indicam o sucesso da sulfonação. De acordo com a literatura, existem três absorbâncias típicas para os grupos sulfônicos (S=O) em aproximadamente 1680, 1170 e 780 cm -1 [9] . No espectro apresentado, apenas a banda em 1687 cm -1 pode ser identificada, devido ao baixo teor de sulfonação.…”

Section: Sulfonação Da Poli(éter Imida)unclassified

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Membranas híbridas com potencial uso em células a combustível - parte 1: nanocompósitos de poli(eterimida) sulfonada

et al. 2014

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Resumo: Células a combustível usando membranas poliméricas condutoras de íons representam uma alternativa interessante para substituição de matrizes energéticas convencionais baseadas em combustíveis fósseis e para a geração de energia com mínimo impacto ambiental. Entretanto, as membranas poliméricas atualmente disponíveis apresentam certas propriedades intrínsecas que diminuem a eficiência e a durabilidade sob uso das células construídas, sendo as principais desvantagens o limite de temperatura de uso (devido a necessidade de presença de água para a condução iônica) e suscetibilidade a degradação mecânica, térmica e química. O presente trabalho tem como objetivo a obtenção, caracterização e avaliação do desempenho de membranas poliméricas híbridas baseadas em poli(éter imida) (PEI), um polímero com excelente resistência mecânica e química, e cuja condutividade protônica independe da presença de água, possibilitando o uso a temperaturas mais elevadas. As membranas poliméricas baseadas em poli(éter imida) foram modificadas quimicamente visando o aumento em seu caráter de condutor iônico. A incorporação de um argilomineral com escala nanométrica visou um aumento na resistência mecânica e térmica das membranas obtidas, condições fundamentais para a durabilidade sob uso de células a combustível, além de aumento de propriedades de barreira em relação aos gases de processo. As membranas foram avaliadas por FTIR, DSC, TGA, DMA, densidade, inchamento em água, transmissão de vapor de água e resistência à migração iônica. Os resultados obtidos são promissores, visto que foi possível alterar a propriedade condutora da membrana, sem perdas excessivas na resistência térmica e mecânica. Palavras-chave: Membrana polimérica, nanocompósito polimérico, célula a combustível, eletrólito polimérico. Hybrids Membranes with Potential Use in Fuel Cells -Part 1: Sulphonated Poly (etherimide) NanocompositesAbstract: Fuel Cells based in polymeric membranes are an alternative for the conventional energetic matrices based on fossil fuel and generation of energy with minimum environmental impact. However, polymeric membranes available nowadays for this specific use have some disadvantages, like low efficiency and cell durability. The aim of this work was to prepare and to characterize hybrid polymeric membranes for application as hydrogen fuel cell electrolytes. Membranes based in poly(ether imide) were chemically modified with sulfur groups to increase their ionic conductivity. The incorporation of mineral clay in nanometric scale aims to increase their mechanical and thermal properties. The membranes were evaluated by FTIR, DSC, TGA, DMA, density, hot water uptake, water vapor transmission and ionic migration resistance. The results leaded to a better structure versus properties balance, aiming the high performance of the obtained membranes. Keywords: Polymeric membrane, nanocomposite, fuel cell, polymeric electrolyte. IntroduçãoNos últimos anos, o desenvolvimento de células a combustível tem atraído enorme atenção por parte não somente d...

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Section: -Membranas Híbridas Com Potencial Uso Em Células a Combustívunclassified

Section: Sulfonação Da Matriz Poliméricaunclassified

Section: Sulfonação Da Poli(éter Imida)unclassified

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Membranas híbridas com potencial uso em células a combustível - parte 1: nanocompósitos de poli(eterimida) sulfonada

et al. 2014

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“…[3][4][5][6] Aromatic polymers with sulfonic acid groups are promising materials for PEMs and polymer-inorganic hybrid membranes because of their outstanding thermal and chemical stability. Sulfonated derivatives of poly(ether sulfone) (SPES), [7][8][9] polyimide (SPI), [10][11][12] polyimidazole, 13 poly(aryl ether), 14,15 polyphenylene, 16,17 and polybenzimidazole 18 are among those being investigated as potential PEMs. However, to further simplify the preparation process and enhance performance of these materials, there are still some challenges, such as stereocontrollable chemical structures including easily controllable degree of sulfonation (DS) and sulfonation sites and well-refined microstructure by grafting, alternating, and blocking polymerization.…”

Section: Introductionmentioning

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Aromatic Poly(ether ketone)s with Pendant Sulfonic Acid Phenyl Groups Prepared by a Mild Sulfonation Method for Proton Exchange Membranes

et al. 2007

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The sulfonation selectivity of seven poly(ether ether ketone)s (PEEKs) was investigated, and several possessed targeted single-or double-substituted sites per repeated unit on pendant phenyl groups via the postsulfonation approach. The presence of the various pendant groups enabled postsulfonation to occur under mild reaction conditions, in much shorter times than required for the sulfonation of commercial PEEK. A series of poly(ether ketone)s (PEKs) with ion exchange capacity of 2.23-0.84 mequiv/g could be realized by controlling the length of unsulfonated segments of both homopolymers and copolymers. These side-group sulfonation polymers had excellent mechanical properties, good thermal and oxidative stability, and good dimensional stability in hot water. The methanol permeability values of Me-SPEEKK, Me-SPEEKDK, Ph-SPEEKK, and Ph-SPEEKDK at room temperature were in the range 3.31 × 10 -7 -9.55 × 10 -8 cm 2 /s, which is several times lower than that of Nafion 117. Me-SPEEKK and Ph-SPEEKK also exhibited high proton conductivity of 0.15 S/cm at 100°C, which is higher than that of Nafion 117. Transmission electron microscopy analysis was used to observe their microstructure for evidence of microphase separation of ionic and hydrophobic domains. The results showed these side-group-acid materials are possible inexpensive candidate materials for proton exchange membranes in fuel cell applications.

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Water Soluble Polymers

Vandenbrande

Brown

Arrington

et al. 2023

Encyclopedia of Polymer Science and Technology

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Water‐soluble polymers (WSPs) represent a diverse class of macromolecules, and this diversity arises from the breadth of functionality derived from both natural and synthetic sources. Nature provides abundant WSPs through biosynthetic pathways in plants, animals, and fungi, and biological processes yield precisely controlled and well‐defined structures. Polymer chemists strive to develop synthetic methods that mimic the precision of natural processes. Monomers that are derived from petroleum feedstocks together with naturally sourced monomers provide a rich catalog of WSP precursors. Monomer structure, reactivity, concentration, sequence control, and reaction conditions influence polymeric microstructures, solubility, and aqueous solution structure. This article provides an overview of WSP fundamentals and highlights recent advancements in natural, nonionic, ionic, associative, and high‐performance WSPs. Recent advances in the design and performance of WSPs have critically improved the technological impact of filtration processes, water purification, drilling efficiency, and pharmaceutical applications. From modulating the rheological and filtration properties to establishing novel drug delivery systems through controllable self‐assembly, WSPs represent a critical enabling field for many emerging and diverse applications. WSPs will help to address many of the emerging challenges of our times, from energy generation and storage to water availability and next‐generation life‐saving medical technologies. This article will point to the potential impacts based on fundamental structure‐property‐processing relationships.

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Soluble sulfonated naphthalenic polyimides as materials for proton exchange membranes

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Membranas híbridas com potencial uso em células a combustível - parte 1: nanocompósitos de poli(eterimida) sulfonada

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Aromatic Poly(ether ketone)s with Pendant Sulfonic Acid Phenyl Groups Prepared by a Mild Sulfonation Method for Proton Exchange Membranes

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