İmidazolyum Esaslı Poli(İyonik Sıvı)’ların Sentez Stratejileri ve Karakterizasyonları

Düşük molekül ağırlıklı iyonik sıvıların (IL) yüksek iyonik iletkenlik ve kimyasal kararlılık gibi avantajlara sahip olmasına karşın yapıdan

ayrılma (leaching) nedeniyle uzun süreli performans kararlılığının sağlanamaması ve malzemenin mekanik dayanımının olumsuz etkilenmesi gibi sınırlamalar sergilediği literatürde bildirilmektedir [1]. Bu problemlerin çözümü için iyonik merkezlerin polimer omurgasına kovalent olarak bağlandığı poli(iyonik sıvılar) (PIL), IL’lerin işlevsel özelliklerini korurken polimerik sistemlerin sağladığı mekanik dayanım, işlenebilirlik ve uzun süreli yapısal kararlılığı bir araya getiren yenilikçi bir malzeme sınıfı olarak artan bir ilgi görmektedir [2-5]. PIL’lerin özellikle elektrokimyasal sistemler, fonksiyonel kaplamalar ve uyarana duyarlı akıllı malzeme tasarımları için önemli bir alternatif ürün platformu sunduğu ve bu çok fonksiyonlu davranışlarının yük yoğunluğu, iyonik etkileşimler gibi tasarlanabilir kimyasal yapılarından kaynaklandığı bilinmektedir. Bu çalışmada, imidazolyum esaslı IL’lerin üstün fiziksel ve kimyasal özelliklerini polimerik yapı altında birleştiren PIL’lerin sentez stratejilerinin ve malzemenin yapı-özellik ilişkilerine ışık tutacak karakterizasyon yöntemlerinin kapsamlı bir incelemesi sunulmaktadır.

İmidazolyum esaslı PIL’lerin sentezinde yapılarına vinil, (met)akrilat veya stiren gibi gruplar entegre edilmiş imidazolyum iyonik sıvı (IL) monomerlerinin doğrudan polimerizasyonu ve önceden sentezlenmiş polimerlerin modifikasyonu olarak iki temel strateji öne çıkmaktadır. Polimerizasyon süreçleri radikalik polimerizasyon mekanizmasına dayanmakla birlikte çalışmalarımız ilk olarak 1-vinil-imidazolün çeşitli alkil zincir uzunluklarına sahip alkil halojenürlerle reaksiyona sokularak (alkilasyon) IL eldesi ve ardından bu monomer yapılarının radikalik başlatıcı yardımıyla polimerize edilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Elde edilen IL ve PIL’lerin ilk karakterizasyonu ATR-FTIR analiziyle gerçekleştirilmiş olup, IL’de gözlenen vinil piklerinin PIL yapısında gözlenmediği/sönümlendiği belirlenmiştir. Ayrıca elde edilen 1-bütil-3-vinilimidazolyum bromür IL yapısı için gerçekleştirilen DSC analizlerinde malzemenin camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değeri literatürle uyumlu olarak -34,5°C bulunmuştur [6]. Bununla birlikte, bu sentez yöntemlerinin ardından uygulanan ve polimerize edilmiş IL yapılarında bulunan Br-, Cl- gibi suda çözünen küçük halojenürlerin yerini hacimli iyonlara bıraktığı anyon değişim reaksiyonları ise malzemenin Tg‘sini, ısıl kararlılığını, iyonik iletkenliğini ve hidrofilitesini etkileyen en kritik adımlardan biridir. Sentezlenen PIL'lerin kimyasal yapısı ile anyon/katyon-polimer arasındaki iyon-dipol etkileşimleri H-NMR ve FTIR spektroskopisi analizleriyle doğrulanmış olup ısıl dayanım ve ısıl geçiş sıcaklıkları TGA ve DSC ile tespit edilmiştir.

Özetle; polimer yapısındaki imidazolyum grupları korunarak yalnızca anyon değişim reaksiyonlarıyla tasarlanan PIL yapılarının sentez ve karakterizasyon süreçlerini gerçekleştirdiğimiz deneysel gözlemler ve elde ettiğimiz sonuçlarla birlikte detaylandırarak literatür verileriyle karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

Bu çalışma İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa BAP Koordinatörlüğü FDK-2026-39039 No’lu proje kapsamında desteklenmiştir.