An efficient Cu(II)-bis(oxazoline)-based polymer immobilised ionic liquid phase catalyst for asymmetric carbon–carbon bond formation

The asymmetric Diels-Alder reaction between N-acryloyloxazolidinone and cyclopentadiene and the Mukaiyama-aldol reaction between methylpyruvate and 1-phenyl-1-trimethylsilyloxyethene have been catalysed by heterogeneous copper(II)-bis(oxazoline)-based polymer immobilised ionic liquid phase (PIILP) systems generated from a range of linear and cross linked ionic polymers. In both reactions selectivity and ee were strongly influenced by the choice of polymer. A comparison of the performance of a range of Cu(II)-bis(oxazoline)-PIILP catalyst systems against analogous supported ionic liquid phase (SILP) heterogeneous catalysts as well as their homogeneous counterparts has been undertaken and their relative merits evaluated.

Development of a Polymer-carbon Nanotubes based Economic Solar Collector

A low cost solar collector was developed by using polymeric components as opposed to metal and glass components of traditional solar collectors. In order to utilize polymers for the absorber of the solar collector, Carbon Nanotubes (CNT) has been added as a filler to improve the thermal conductivity and the solar absorptivity of polymers. The solar collector was designed as a multi-layer construction with considering the economic manufacturing. Through the mathematical heat transfer analysis, the performance and characteristics of the designed solar collector have been estimated. Furthermore, the prototypes of the proposed system were built and tested at a state-of-the-art solar simulator facility to evaluate the actual performance of the developed solar collector. The cost-effective polymer-CNT solar collector, which achieved efficiency as much as that of a conventional glazed flat plate solar panel, has been successfully developed.

Efficient and selective hydrogen peroxide-mediated oxidation of sulfides in batch and segmented and continuous flow using a peroxometalate-based polymer immobilised ionic liquid phase catalyst

The peroxometalate-based polymer immobilized ionic liquid phase catalyst [PO4{WO(O-2)(2)}(4)]@PIILP has been prepared by anion exchange of ring opening metathesis-derived pyrrolidinium-decorated norbornene/ cyclooctene copolymer and shown to be a remarkably efficient system for the selective oxidation of sulfides under mild conditions. A cartridge packed with a mixture of [PO4{WO(O-2)(2)}(4)]@PIILP and silica operated as a segmented or continuous flow process and gave good conversions and high selectivity for either sulfoxide (92% in methanol at 96% conversion for a residence time of 4 min) or sulfone (96% in acetonitrile at 96% conversion for a residence time of 15 min). The immobilized catalyst remained active for 8 h under continuous flow operation with a stable activity/selectivity profile that allowed 6.5 g of reactant to be processed (TON = 46 428) while a single catalyst cartridge could be used for the consecutive oxidation of multiple substrates giving activity-selectivity profiles that matched those obtained with fresh catalyst.

Design, analysis and performance of a polymer-carbon nanotubes based economic solar collector

A low cost flat plate solar collector was developed by using polymeric components as opposed to metal and glass components of traditional flat plate solar collectors. In order to improve the thermal and optical properties of the polymer absorber of the solar collector, Carbon Nanotubes (CNT) were added as a filler. The solar collector was designed as a multi-layer construction with an emphasis on low manufacturing costs. Through the mathematical heat transfer analysis, the thermal performance of the collector and the characteristics of the design parameters were analyzed. Furthermore, the prototypes of the proposed collector were built and tested at a state-of-the-art solar simulator facility to evaluate its actual performance. The inclusion of CNT improved significantly the properties of the polymer absorber. The key design parameters and their effects on the thermal performance were identified via the heat transfer analysis. Based on the experimental and analytical results, the cost-effective polymer-CNT solar collector, which achieved a high thermal efficiency similar to that of a conventional glazed flat plate solar panel, was successfully developed.

Novel furan polymer materials based on the reversible Diels-Alder reaction

A futura e inevitável escassez dos recursos fósseis, juntamente com o aumento imprevisível dos seus preços, levou, nas últimas décadas, a um aumento impressionante de iniciativas dedicadas não só à procura de fontes alternativas de fornecedores de energia, mas também de produtos químicos e polímeros a partir de fontes renováveis, em particular da biomassa vegetal. Entre estes, os polímeros derivados de monómeros furânicos constituem uma classe única de materiais cujas estruturas podem, em princípio, simular virtualmente os seus homólogos actualmente derivados de recursos fósseis. O anel furânico é uma estrutura heterocíclica com um carácter diénico pronunciado, o que torna-o um dieno particularmente apropriado para a reacção de Diels-Alder (DA) com dienófilos como a maleimida. Um dos aspectos mais relevantes da reacção de DA é a sua reversibilidade em função da temperatura, a qual permite que os aductos sejam facilmente revertidos nos seus precursores por aumento da temperatura (reacção de retro-DA). No caso específico da combinação furano-maleimida, a formação do aducto predomina até cerca de 60ºC, enquanto a reacção inversa é dominante acima de 100ºC. A combinação desta característica da reacção de DA com a química de compostos furânicos pode abrir um novo caminho para a preparação de materiais macromoleculares funcionais com base em fontes renováveis e com aplicações promissoras como auto-reparação e reciclabilidade. O principal objectivo desta Tese, é a síntese e caracterização de novos materiais poliméricos termo-reversíveis, aplicando a reacção de DA a monómeros complementares com estruturas dos tipos furânico (o dieno, designado por A) e de maleimida (o dienófilo, designado por B). A primeira etapa neste trabalho envolveu a síntese, purificação e caracterização de novos monómeros furânicos e de maleimida do tipo AA, A3, BB, B3, AB, AB2, cada um com diferentes grupos separadores das funções reactivas. Posteriormente, estes monómeros foram polimerizados e despolimerizados por ciclos de DA/retro-DA utilizando diferentes combinações. A formação e dissociação de todos os aductos de DA foram seguidas por ambas espectroscopias de UV e RMN de 1H. O primeiro sistema de DA estudado foi uma combinação modelo entre reagentes mono-funcionais (-A+-B), nomeadamente o acetato furfurílico (FA) e a N-metilmaleimida (MM), ambos comercialmente disponíveis. O objectivo desta abordagem foi estudar a cinética e o equilíbrio da formação/dissociação dos aductos de DA e obter indicações sobre as condições mais adequadas a serem usadas na preparação dos correspondentes novos materiais macromoleculares. Além disso, pretendia-se verificar a presença ou ausência de reacções secundárias que poderiam intervir em ambas as vias directa e inversa das reacções, mesmo após vários ciclos. A espectroscopia de UV forneceu informação quantitativa sobre a cinética de formação do aducto através da diminuição progressiva da absorvência máxima a 293 nm correspondente ao grupo maleimida, a diferentes temperaturas (35, 50, 65 ºC) Reciprocamente, a correspondente reacção de retro-DA foi seguida a 90 ºC através do aumento do mesmo pico. A reversibilidade destes sistemas foi verificada com sucesso após uma sequência de ciclos de DA/retro-DA. Adicionalmente, verificou-se que os espectros originaram um ponto isosbéstico, provando que estes sistemas não envolvem quaisquer reacções secundárias. Uma vez que foi usado um excesso de FA, as reacções de DA modelo apresentaram um comportamento cinético de pseudo-primeira ordem, com a constante de velocidade k mais alta (2.1x10-5 dm3mol-1s-1) para T=65 ºC. A correspondente energia de activação foi de 39.0 kJ.mol-1. A reacção de retro-DA seguiu um comportamento de primeira ordem, com constante de velocidade de 1.6x10-6 s-1. A evolução deste sistema por RMN de 1H a 65ºC deu-nos informações mais detalhadas sobre a sua evolução estrutural, ou seja, à medida que a intensidade dos picos atribuídos à formação do aducto aumentaram progressivamente ao longo do tempo, os pertencentes aos reagentes iniciais diminuiram proporcionalmente. O “rendimento final”, calculado após 20 dias à temperatura ambiente, foi de aproximadamente 70%. A reacção de retro-DA foi depois seguida a 90ºC, observando-se tal como na espectroscopia de UV, o deslocamento da reacção no sentido da regeneração dos reagentes de partida. A viabilidade de múltiplos ciclos de DA/retro-DA estabelecidos pela espectroscopia de UV foi igualmente confirmada por RMN de 1H. O passo seguinte envolveu o estudo de um sistema de policondensação linear baseado no crescimento gradual por reacção de DA entre um monómero bisfurânico A-A e um do tipo bismaleimida B-B, seguindo a mesma abordagem que no sistema modelo. O poliaducto linear foi obtido a partir de soluções equimolares dos monómeros, por reacção de DA a 65ºC. O progresso desta polimerização foi seguido por espectroscopia de UV e RMN de 1H e, mais qualitativamente, pelo aumento da viscosidade do meio. A reacção seguiu um comportamento de segunda ordem, com uma constante de velocidade de 9.4x10-6 dm3mol-1s-1, e observou-se novamente um ponto isosbéstico nos dados de UV. Os espectros de RMN apresentaram o padrão esperado, nomeadamente o aumento progressivo dos sinais associados ao aducto e a correspondente diminuição dos grupos furano e maleimida livres. A despolimerização do poliaducto através da reacção de retro-DA foi seguida a 110ºC usando as mesmas técnicas. Os dados de UV mostraram o retorno progressivo da absorção dos grupos de maleimida, seguindo um comportamento cinético de primeira ordem, com constante de velocidade de 2.5x10-6 s-1, até à completa regeneração de ambos os monómeros. Os espectros de RMN providenciaram mais uma vez informação estrutural sobre o progresso da despolimerização, a qual foi acompanhada por uma diminuição progressiva da viscosidade. Adicionalmente, para seguir a retro- DA, adicionou-se um excesso de composto furânico monofuncional, nomeadamente o 2,5-dimetilfurano (DMFu), ao sistema de modo a bloquear as funções maleimida complementares, evitando assim a repolimerização após arrefecimento. Os productos isolados foram então o monómero bisfurânico AA, DMFu que não reagiu e o bisaducto não-polimerizável de BB com DMFu. Este resultado indicou claramente que o polímero foi de facto revertido nos seus monómeros durante a reacção de retro-DA. O terceiro sistema estudado foi outra polimerização linear, seguindo as mesmas condições experimentais que os anteriores, mas com uma estratégia diferente de modo a contornar o problema clássico de assegurar a estequiometria exacta dos monómeros. As estruturas dos monómeros utilizados incorporam ambos os grupos reactivos, i.e, moléculas do tipo A-B. A polimerização prematura destes monómeros intrinsecamente reactivos foi evitada com a protecção do grupo maleimida na forma de um aducto de DA com furano, até a incorporação do substituinte furânico na outra extremidade. Portanto, a policondensação destes monómeros foi iniciada após a desprotecção in situ deste composto mediante aquecimento, seguido de arrefecimento até à temperatura adequada para polimerizar. Os resultados obtidos por UV e RMN sugerem que de facto o uso de monómeros do tipo A-B oferece um melhor sistema linear. Em seguida, foram estudados sistemas de policondensação não-linear por reacção de DA, entre monómeros (um ou ambos) com funcionalidade superior a dois, nomeadamente sistemas do tipo A3+B-B ou A-A+B3, seguindo mais uma vez as mesmas condições experimentais. Uma vez que utilizam monómeros complementares contendo, em média, mais de duas funcionalidades, estes sistemas conduzem a materiais reticulados. Nestes estudos, foram usadas três razões molares de [maleimida]/[furano], nomeadamente 1.0, 0.75 e 0.5, de modo a estudar ambas as situações de não-gelificação e reticulação. Ambos sistemas apresentaram um comportamento regular e boa reciclabilidade quer para gerar situações que possam conduzir à formação de redes a diferentes graus de conversão, ou que possam parar antes da sua obtenção, conforme previsto pela equação de Flory-Stockmayer. Como esperado, a utilização de grupos complementares em quantidades estequiométricas produziu o espessamento mais rápido e a reticulação quase completa; à medida que a quantidade relativa de monómero trifuncional decresceu, as reacções pararam antes da reticulação, ou seja, originaram meios altamente viscosos contendo polímeros solúveis altamente ramificados. As reacções de retro-DA a 110 ºC conduziram à gradual dissolução das partículas de gel (quando presentes), tendo sido comprovado pelos espectros de UV e de RMN de 1H, evidenciado a regeneração dos monómeros. Tal como no sistema do tipo A-A+B-B, a reacção de retro-DA foi seguida adicionando um excesso de DMFu ao sistema reaccional. Como esperado, os produtos finais foram os monómeros furânicos, o DMFu em excesso e o trisaducto ou o bisaducto maleimida-DMFu, o que confirma a eficiência da despolimerização com regeneração dos monómeros iniciais. O último sistema de policondensação por reacção de DA envolveu um monómero assimetricamente substituído do tipo AB2, capaz de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas que não reticulam. Este estudo preliminar deste sistema foi seguido nas mesmas condições experimentais que os anteriores, apresentando um comportamento com as características esperadas.

Detection of cardiac biomarker proteins using a disposable based on a molecularly imprinted polymer grafted onto graphite

A low-cost disposable was developed for rapid detection of the protein biomarker myoglobin (Myo) as a model analyte. A screen printed electrode was modified with a molecularly imprinted material grafted on a graphite support and incorporated in a matrix composed of poly(vinyl chloride) and the plasticizer o-nitrophenyloctyl ether. The protein-imprinted material (PIM) was produced by growing a reticulated polymer around a protein template. This is followed by radical polymerization of 4-styrenesulfonic acid, 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride, and ethylene glycol dimethacrylate. The polymeric layer was then covalently bound to the graphitic support, and Myo was added during the imprinting stage to act as a template. Non-imprinted control materials (CM) were also prepared by omitting the Myo template. Morphological and structural analysis of PIM and CM by FTIR, Raman, and SEM/EDC microscopies confirmed the modification of the graphite support. The analytical performance of the SPE was assessed by square wave voltammetry. The average limit of detection is 0.79 μg of Myo per mL, and the slope is −0.193 ± 0.006 μA per decade. The SPE-CM cannot detect such low levels of Myo but gives a linear response at above 7.2 μg · mL−1, with a slope of −0.719 ± 0.02 μA per decade. Interference studies with hemoglobin, bovine serum albumin, creatinine, and sodium chloride demonstrated good selectivity for Myo. The method was successfully applied to the determination of Myo urine and is conceived to be a promising tool for screening Myo in point-of-care patients with ischemia.

Dynamic mechanical analysis of binary and ternary polymer blends based on nylon copolymer/EPDM rubber and EPM grafted maleic anhydride compatibilizer

The dynamic mechanical properties such as storage modulus, loss modulus and damping properties of blends of nylon copolymer (PA6,66) with ethylene propylene diene (EPDM) rubber was investigated with special reference to the effect of blend ratio and compatibilisation over a temperature range –100°C to 150°C at different frequencies. The effect of change in the composition of the polymer blends on tanδ was studied to understand the extent of polymer miscibility and damping characteristics. The loss tangent curve of the blends exhibited two transition peaks, corresponding to the glass transition temperature (Tg) of individual components indicating incompatibility of the blend systems. The morphology of the blends has been examined by using scanning electron microscopy. The Arrhenius relationship was used to calculate the activation energy for the glass transition of the blends. Finally, attempts have been made to compare the experimental data with theoretical models.

Development of thermoplastic conducting polymer composites based on polyaniline and polythiophenes for microwave and electrical applications

The microwave and electrical applications of some important conducting polymers are analyzed in this investigation.One of the major drawbacks of conducting polymers is their poor processability,and a solution to overcome this is sought in this investigation.Conducting polymer thermoplastic composites were prepared by the insitu polymerization method to improve the extent of miscibility probably to a semi IPN level.The attractive features of the conducting composite developed are excellent processability,good microwave and electrical conductivity,good microwave absorption,load sensitivity and satisfactory mechanical properties.The composite shows typical frequency selective microwave absorption and refelection behaviors.

Investigations on polyaniline based systems for technologically important applications and some novel polymers as prospective candidates for fabricating polymer light emitting diodes

Light emitting polymers (LEP) have drawn considerable attention because of their numerous potential applications in the field of optoelectronic devices. Till date, a large number of organic molecules and polymers have been designed and devices fabricated based on these materials. Optoelectronic devices like polymer light emitting diodes (PLED) have attracted wide-spread research attention owing to their superior properties like flexibility, lower operational power, colour tunability and possibility of obtaining large area coatings. PLEDs can be utilized for the fabrication of flat panel displays and as replacements for incandescent lamps. The internal efficiency of the LEDs mainly depends on the electroluminescent efficiency of the emissive polymer such as quantum efficiency, luminance-voltage profile of LED and the balanced injection of electrons and holes. Poly (p-phenylenevinylene) (PPV) and regio-regular polythiophenes are interesting electro-active polymers which exhibit good electrical conductivity, electroluminescent activity and high film-forming properties. A combination of Red, Green and Blue emitting polymers is necessary for the generation of white light which can replace the high energy consuming incandescent lamps. Most of these polymers show very low solubility, stability and poor mechanical properties. Many of these light emitting polymers are based on conjugated extended chains of alternating phenyl and vinyl units. The intra-chain or inter-chain interactions within these polymer chains can change the emitted colour. Therefore an effective way of synthesizing polymers with reduced π-stacking, high solubility, high thermal stability and high light-emitting efficiency is still a challenge for chemists. New copolymers have to be effectively designed so as to solve these issues. Hence, in the present work, the suitability of a few novel copolymers with very high thermal stability, excellent solubility, intense light emission (blue, cyan and green) and high glass transition temperatures have been investigated to be used as emissive layers for polymer light emitting diodes.

Microwave Absorption of Nylon 6,6 Based Polymer Ferrite Composites

Ferrite composites are magnetic composites consisting of fine particles of metal ferrites dispersed in the polymer matrix. These composites have a variety of applications as flexible magnets, pressure/photo sensors and microwave absorbers. Polymers and magnetic materials play a very important role in our day to day life. Both natural and synthetic polymers are today indispensable to mankind. The polymers, which include rubber, plastics and fibers, make life easier and more comfortable.

A healable supramolecular polymer blend based on aromatic π-π stacking and hydrogen bonding interactions

An elastomeric, supramolecular healable polymer blend, comprising a chain-folding polyimide and a telechelic polyurethane with pyrenyl endgroups, is compatibilised by aromatic π−π stacking between the π-electron-deficient diimide groups and the π-electron-rich pyrenyl units. This inter-polymer interaction is key to forming a tough, healable, elastomeric material. Variable temperature FTIR analysis of the bulk material also conclusively demonstrates the presence of hydrogen bonding, which complements the π–π stacking interactions. Variable temperature SAXS analysis shows that the healable polymeric blend has a nanophase-separated morphology, and that the X-ray contrast between the two types of domain increases with increasing temperature, a feature that is repeatable over several heating and cooling cycles. A fractured sample of this material reproducibly regains more than 95% of the tensile modulus, 91% of the elongation to break, and 77% of the modulus of toughness of the pristine material.

Magnetic resonance and conductivity study of gelatin-based proton conductor polymer electrolytes

This work report results from proton nuclear magnetic resonance (NMR), continuous-wave (CW-EPR) and pulsed electron paramagnetic resonance (P-EPR) and complex impedance spectroscopy of gelatin-based polymer gel electrolytes containing acetic acid. cross-linked with formaldehyde and plasticized with glycerol. Ionic conductivity of 2 x 10(-5) S/cm was obtained at room temperature for samples prepared with 33 wt% of acetic acid. Proton ((1)H) line shapes and spin-lattice relaxation times were measured as a function of temperature. The NMR results show that the proton mobility is dependent on acetic acid content in the plasticized polymer gel electrolytes. The CW-EPR spectra, which were carried out in samples doped with copper perchlorate, indicate the presence of the paramagnetic Cu(2+) ions in axially distorted sites. The P-EPR technique, known as electron spin echo envelope modulation (ESEEM), was employed to show the involvement of both, hydrogen and nitrogen atoms, in the copper complexation of the gel electrolyte. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.