Síntesis, caracterización y permeabilidad de gases de copolinorbornén dicarboximidas con substituyentes perfluorados

Abstract

In the present work, the synthesis of a novel norbornene-derived monomer containing perfluorinated bulky groups, specifically N-4-(heptadecafluorooctyl) phenyl-exo-endonorbornene- 5,6-dicarboximide. Is reported, which was copolymerized with three previously reported monomers, N-phenyl-exo-endo-norbornene-5,6-dicarboximide (1:1 and 3:1 molar), N-3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl-exo-endo-norbornene-5,6-dicarboximide (1:1 molar), and N-pentafluorophenyl-exo-endo-norbornene-5,6-dicarboximide (1:1 molar), via ring-opening metathesis polymerization (ROMP) using the second-generation Grubbs catalyst based on ruthenium. The synthesized copolymers were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), nuclear magnetic resonance (1H-NMR, 13C-NMR, 19F-NMR), X-ray diffraction, differential scanning calorimetry (DSC), thermomechanical analysis (TMA), thermogravimetric analysis (TGA), mechanical testing, among others. The copolymers presented decomposition temperatures in a range between 444-451 °C and glass transition temperatures in a range of 168-204 °C. The infrared and nuclear magnetic resonance spectra confirmed the presence of the functional groups of the proposed structure of each of the copolymers, including aromatic, imide, carbonyl and fluorinated groups, among others. Additionally, X-ray analysis revealed the amorphous structure of the copolymers. Moreover, permeability (P), diffusion (D), and apparent solubility (S) coefficients in dense non-porous membranes prepared from each of the four copolymers were experimentally obtained, using the delay time technique (θ) at 30 °C and 1 bar, utilizing the gases H2, N2, O2, CO2, CH4, C2H4 and C3H6, to evaluate the transport properties through the membrane.

En el presente trabajo se reporta la síntesis de un nuevo monómero derivado de norborneno con grupos voluminosos perfluorados específicamente el N-4-(heptadecafluorooctil)fenilexo- endo-norbornén-5,6-dicarboximida, el cual se copolimerizó con tres monómeros previamente reportados, el N-fenil-exo-endo-norbornén-5,6-dicarboximida (relación 1:1 y 3:1 molar), el N-3,5-bis(trifluorometil)fenil-exo-endo-norbornén-5,6-dicarboximida (relación 1:1 molar) y el N-pentafluorofenil-exo-endo-norbornén-5,6-dicarboximida (relación 1:1 molar), mediante polimerización por metátesis con apertura de anillo (ROMP), utilizando el catalizador de segunda generación de Grubbs basado en rutenio. Los copolímeros sintetizados se caracterizaron mediante espectroscopía de infrarrojo de transformada de Fourier (FT-IR), resonancia magnética nuclear (1H-RMN, 13C-RMN, 19FRMN), difracción de Rayos X, calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termomecánico (TMA) análisis termogravimétrico (TGA), pruebas mecánicas, entre otros. Los copolímeros presentaron temperaturas de descomposición en un rango de 444–451 °C y temperaturas de transición vítrea entre 168–204 °C. Los espectros de infrarrojo y resonancia magnética nuclear confirmaron la presencia de los grupos funcionales propuestos para cada uno de los copolímeros, incluyendo grupos aromáticos, imida, carbonilo y grupos fluorados. Además, el análisis de rayos X reveló la estructura amorfa de los copolímeros. Así mismo, se determinaron experimentalmente los coeficientes de permeabilidad (P), difusión (D) y solubilidad aparente (S) en membranas densas no porosas preparadas a partir de cada uno de los cuatro copolímeros, por medio de la técnica tiempo de retardo (θ) a 30 °C y 1 bar, utilizando los gases H2, N2, O2, CO2, CH4, C2H4 y C3H6, para evaluar las propiedades de transporte a través de la membrana.