Modificação pós-polimerização da poli(éter imida) ULTEM® 1000: obtenção de membranas para separação de gases e relação estrutura/propriedade

Abstract

A estratégia de modificação pós-polimerização para a obtenção de derivados de polímeros comerciais, apesar de ser bem conhecida e versátil, é pouco explorada em polímeros aromáticos de alto desempenho, como, por exemplo a poli(éter imida) (PEI). Entretanto, os anéis aromáticos presentes na estrutura química desses polímeros podem ser facilmente funcionalizados por meio de diferentes rotas sintéticas, o que possibilita a preparação de uma verdadeira ?biblioteca? de derivados, utilizando diferentes rotas de modificações pós-polimerização. Nesta tese, é proposta a modificação pós-polimerização da poli(éter imida) ULTEM® 1000, empregando duas rotas de modificação. O primeiro capítulo traz a via de modificação por meio da reação de acilação de Friedel-Crafts, resultando em derivados com variados grupos laterais e graus de acilação. Os resultados mostram que ao se aumentar o grau de acilação e o tamanho do grupo acila a temperatura de transição vítrea diminui, seguindo uma relação linear, enquanto a estabilidade térmica não é significativamente afetada. Testes de permeabilidade a gás das membranas dos derivados acilados demonstram um aumento na permeabilidade de N2 e CO2 à medida que o grau de acilação aumenta. O segundo capítulo traz a segunda via de modificação que consistiu na nitração e posterior redução para obtenção de uma amina lateral que possibilitou o design de uma biblioteca de derivados contendo os seguintes grupos: bases de Schiff, azocomposto e imida lateral. Os resultados obtidos nessa segunda linha mostram o potencial da estratégia adotada para obter uma verdadeira biblioteca de polímeros a partir de métodos clássicos de química orgânica. Ademais, os resultados permitiram a determinação de interessantes relações entre a estrutura do polímero e propriedades óticas, térmicas e a solubilidade. Destaca-se a obtenção de derivados que apresentam fluorescência e a influência do grupo lateral na estabilidade térmica. Os resultados das duas rotas demonstraram o potencial da estratégia adotada para a construção de uma biblioteca de derivados que possibilita estabelecer uma relação estrutura-propriedade, membranas novas e mais eficientes (que a PEI pura) para separação de gases no caso da acilação, materiais fluorescentes entre várias outras possibilidades de aplicação que agregam a comunidade científica e a sociedade na produção de novos materiais partindo de um polímero conhecido.

Abstract: The post-polymerization modification strategy to obtain derivatives of commercial polymers, although well known and versatile, is little explored in high performance aromatic polymers, such as poly(ether imide) (PEI). However, the aromatic rings present in its chemical structure of these polymers can be easily functionalized through different synthetic routes, which allows the preparation of a true ?library? of derivatives, using different routes of post-polymerization modifications. In this thesis, the post-polymerization modification of poly(ether imide) ULTEM® 1000 is proposed, employing two modification routes. The first chapter brings the modification route through the Friedel-Crafts acylation reaction, resulting in derivatives with different side groups and degrees of acylation. The results show that when increasing the degree of acylation and the size of the acyl group, the glass transition temperature decreases following a linear relationship while the thermal stability is not significantly affected. Gas permeability tests of membranes of acylated derivatives demonstrate an increase in permeability to N2 and CO2 as the degree of acylation increases. The second chapter presents the another modification route, which consisted of nitration and subsequent reduction to obtain a lateral amine that allowed the design of a library of derivatives containing the following groups: Schiff bases, azocompound and lateral imide. The results obtained in this second line show the potential of the strategy adopted to obtain a true library of polymers from classical methods of organic chemistry. Furthermore, the results allowed the determination of interesting relationships between polymer structure and optical, thermal and solubility properties. It is worth mentioning the obtaining of derivatives that present fluorescence and the influence of the side group on thermal stability. The results of the two routes demonstrated the potential of the strategy adopted for the construction of a library of derivatives that makes it possible to establish a structure-property relationship, new and more efficient membranes (than pure PEI) for gas separation in the case of acylation, fluorescent materials among several other application possibilities that bring together the scientific community and society in the production of new materials from a known polymer.