Effect of sulfonated block copolymer on the equilibrium and thermal properties of sulfonated fluoroblock copolymer blend membrane / Efecto del copolímero en bloque sulfonado sobre las propiedades térmicas y de equilibrio de una membrana sulfonada mezclada con un fluoropolímero en bloque

ABSTRACT

Polymeric membrane technologies demand the synthesis of new polymers to enhance their equilibrium, thermal, and transport properties. Therefore, the focus of this investigation was the evaluation of the equilibrium and thermal properties of a sulfonated fluoroblock copolymer blend membrane composed of sulfonated poly(styre-ne-isobutylene-styrene) (SIBS SO3H) and a novel sulfonated fluoroblock copolymer composed of poly(4-fluo-rostyrene) (P4FS), poly(styrene) (PS) and poly(isobutylene) (PIB). The fluoroblock copolymer was synthesized using Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) and cationic polymerization. First, the molecular weight and the thermal stability of the block copolymer were determined using Gel Permeation Chromatography (GPC) and Thermogravimetric Analysis (TGA). Second, the chemical composition was monitored utilizing Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy. The molecular weight of P4FS-b-PS was Mn ~ 36,100; this value increased 8% after the cationic polymerization. The equilibrium properties of the membrane were evaluated using the water uptake and Ion-Exchange Capacity. The degradation behavior and the thermal transitions were determined using TGA and Differential Scanning Calorimetry (DSC), respectively. This newly membrane exhibited water uptake higher than 608% related to the improvement of 36% in the ion-exchange capacity and the increment of 25.31% and 25.24% in the energy required to produce the thermal transitions induced by the addition of the sulfonated fluoroblock copolymer.

RESUMEN

La tecnología de membranas poliméricas requiere de la síntesis de nuevos polímeros que mejoren sus propiedades de equilibrio, térmicas y de transporte. Esta investigación tuvo como objetivo determinar las pro-piedades de equilibrio y térmicas de una membrana compuesta de poli(estireno-isobutileno-estireno) sulfonado (SIBS SO3H) y un fluoropolímero en bloque sulfonado compuesto de poli(4-fluorostireno) (P4FS), poli(estireno) (PS) y poli(isobutileno) (PIB). El fluoropolímero en bloque se sintetizó utilizando la técnica de polimerización radical por transferencia atómica (ATRP por sus siglas en inglés) y polimerización catiónica. El peso molecular y la estabilidad térmica del fluoropolímero en bloque fueron determinadas por medio de Cromatografía de Permeación en Gel (GPC) y un análisis termogravimétrico (TGA). La composición química se monitorizó utilizando espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). El peso molecular de P4FS-b-PS fue Mn ~ 36,100; este valor aumentó un 8% después de la polimerización catiónica. Las propiedades de equilibrio de la membrana fueron evaluadas por medio de la absorción de agua y la capacidad de intercambio iónico. El comportamiento de degradación y las transiciones térmicas se determinaron utilizando TGA y Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). Esta nueva membrana exhibió una absorción de agua mayor del 608% relacionada con la mejora del 36% en la capacidad de intercambio iónico y el incremento en 25.31% y 25.24% en la energía requerida para producir las transiciones termales inducidas por la adición del fluoropolímero sulfonado en bloque.