POLYMER-ELECTROLYTE MEMBRANE FOR FUEL CELLS BASED ON CROSS-LINKED POLYIMIDE AND PROTIC IONIC LIQUID

The aim of this research was to develop polymer-electrolyte membrane on the base of commercial polyimide Matrimid which has high proton conductivity at elevated temperatures above 100 °C. Hydrophobic ionic liquid 1-butylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BIM-TFSI) has been synthesized and used as proton conducting electrolyte. The electrical conductivity of the ionic liquid determined by electrochemical impedance method was found to have a value of 10–3 S/cm in the temperature range from 100 to 180 °С. The composite film based on Matrimid polyimide containing 70 wt % of protic ionic liquid has been prepared by casting from methylene chloride solution. Polyetheramine Jeffamine® D-2000 was used as a cross-linking agent for polyimide. According to mechanical and thermal analysis data, Matrimid/BIM-TFSI composite has tensile strength of 18 MPa and thermal degradation point of 306 °С. Electrophysical properties of polyimide film impregnated with ionic liquid was studied by two-probe technique at the frequencies of 0.1, 1.0 and 10 kHz by using immitance meter in the temperature range from 25 to 180 °С. The electrical conductivity was found to be 2.7∙10–4 S/cm at room temperature and reached the value of 1.5∙10–3 S/cm at 180 °С. Thus, in this work proton conducting membrane based on commercial polyimide has been obtained for the first time by simple method without additional sulfonation stage. Matrimid/BIM-TFSI composite membrane is promising for applications in fuel cells operating at elevated temperature without external humidification

Antibiofilm activity of polyamide 11 modified with thermally stable polymeric biocide polyhexamethylene guanidine 2-naphtalenesulfonate

The choice of efficient antimicrobial additives for polyamide resins is very difficult because of their high processing temperatures of up to 300 °C. In this study, a new, thermally stable polymeric biocide, polyhexamethylene guanidine 2-naphtalenesulfonate (PHMG-NS), was synthesised. According to thermogravimetric analysis, PHMG-NS has a thermal degradation point of 357 °C, confirming its potential use in joint melt processing with polyamide resins. Polyamide 11 (PA-11) films containing 5, 7 and 10 wt% of PHMG-NS were prepared by compression molding and subsequently characterised by FTIR spectroscopy. The surface properties were evaluated both by contact angle, and contactless induction. The incorporation of 10 wt% of PHMG-NS into PA-11 films was found to increase the positive surface charge density by almost two orders of magnitude. PA-11/PHMG-NS composites were found to have a thermal decomposition point at about 400 °C. Mechanical testing showed no change of the tensile strength of polyamide films containing PHMG-NS up to 7 wt%. Antibiofilm activity against the opportunistic bacteria Staphylococcus aureus and Escherichia coli was demonstrated for films containing 7 or 10 wt% of PHMG-NS, through a local biocide effect possibly based on an influence on the bacterial eDNA. The biocide hardly leached from the PA-11 matrix into water, at a rate of less than 1% from its total content for 21 days

Полімер-електролітна мембрана для паливних елементів на основі зшитого полііміду і протонної іонної рідини

The aim of this research was to develop polymer-electrolyte membrane on the base of commercial polyimide Matrimid which has high proton conductivity at elevated temperatures above 100 °C. Hydrophobic ionic liquid 1-butylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BIM-TFSI) has been synthesized and used as proton conducting electrolyte. The electrical conductivity of the ionic liquid determined by electrochemical impedance method was found to have a value of 10–3 S/cm in the temperature range from 100 to 180 °С. The composite film based on Matrimid polyimide containing 70 wt % of protic ionic liquid has been prepared by casting from methylene chloride solution. Polyetheramine Jeffamine® D-2000 was used as a cross-linking agent for polyimide. According to mechanical and thermal analysis data, Matrimid/BIM-TFSI composite has tensile strength of 18 MPa and thermal degradation point of 306 °С. Electrophysical properties of polyimide film impregnated with ionic liquid was studied by two-probe technique at the frequencies of 0.1, 1.0 and 10 kHz by using immitance meter in the temperature range from 25 to 180 °С. The electrical conductivity was found to be 2.7∙10–4 S/cm at room temperature and reached the value of 1.5∙10–3 S/cm at 180 °С. Thus, in this work proton conducting membrane based on commercial polyimide has been obtained for the first time by simple method without additional sulfonation stage. Matrimid/BIM-TFSI composite membrane is promising for applications in fuel cells operating at elevated temperature without external humidification.Целью работы было получение полимер-электролитной мембраны на основе промышленного полиимида Matrimid с высоким уровнем протонной проводимости при температурах выше 100 °С. Синтезирована гидрофобная протонная ионная жидкость бис(трифторметилсульфонил)имид 1-бутилимидазолия (БИМ-ТФСИ), которая была использована в качестве протонпроводящего электролита. Удельная электропроводность ионной жидкости, измеренная методом электрохимического импеданса, имеет значение порядка 10–3 См/см в интервале температур 100–180 °С. Получена композитная пленка на основе полиимида Matrimid, содержащая 70 % ионной жидкости, поливом из раствора в метиленхлориде. Полиэфир Jeffamine® D-2000 использован в качестве сшивающего агента для полиимида. Согласно результатам механических и термических исследований, прочность на разрыв композита Matrimid/БИМ-ТФСИ составляет 18 мПа, а температура начала деструкции – 306 °С. Электрофизические свойства полиимидной пленки, насыщенной протонной ионной жидкостью, исследовали двухконтактным методом с помощью измерителя иммитанса на частотах 0.1, 1.0 и 10 кГц в температурном интервале 25–180 °С. Установлено, что удельная электропроводность материала составляет 2.7∙10–4 См/см при комнатной температуре, возрастая до величины 1.5∙10–3 См/см при 180 °С.  Таким образом, в данной работе впервые получена протонобменная мембрана на основе коммерческого полиимида технологически простым методом, без дополнительной стадии сульфирования полимера. Композитная мембрана Matrimid/БІМ-ТФСІ перспективна для использования в топливных элементах, которые эксплуатируются при температурах выше 100 °С при отсутствии увлажнения.Метою роботи було отримання полімер-електролітної мембрани на основі промислового полііміду Matrimid з високим рівнем протонної провідності при температурі вище 100 °С. Синтезовано гідрофобну іонну рідину біс(трифторметилсульфоніл)імід 1-бутилімідазолію (БІМ-ТФСІ), яку використано в якості протонпровідного електроліту. Питома електропровідність іонної рідини, визначена методом електрохімічного імпедансу, має значення порядку 10-3 См/см в інтервалі температур  100-180 °С. Отримано композитну плівку на основі полііміду Matrimid із вмістом протонної іонної рідини 70 % поливом з розчину в метиленхлориді. Поліетерамін Jeffamine® D-2000 використано в якості зшиваючого агенту для полііміду. Згідно з результатами механічних і термічних досліджень, міцність на розрив композиту Matrimid/БІМ-ЕФСІ становить 18 мПа, а температура початку деструкції – 306 °С. Електрофізичні властивості поліімідної плівки, насиченої протонною іонною рідиною, досліджували двоконтактним методом за допомогою вимірювача іммітансу на частотах 0.1, 1.0 і 10 кГц в температурному інтервалі 25-180 °С. Встановлено, що питома електропровідність матеріалу становить 2.7 ∙ 10-4 См/см при кімнатній температурі, досягаючи величини 1.5 ∙ 10-3 См/см при 180 °С. Таким чином, в даній роботі вперше отримано протонобмінну мембрану на основі комерційного полііміду технологічно простим методом, без додаткової стадії сульфування полімеру. Композитна мембрана Matrimid/БІМ-ТФСІ перспективна для використання в паливних елементах, які експлуатуються при підвищених температурах за відсутності зволоження.

Polymer Nanocomposites Based on Nanosized Substituted Ferrites (NiZn)_1−xMn_xFe₂O₄ on the Surface of Carbon Nanotubes for Effective Interaction with High-Frequency EM Radiation

To create materials that interact effectively with electromagnetic (EM) radiation, new nanosized substituted ferrites (NiZn)1−xMnxFe2O4 (x = 0, 0.5, and 1) anchored on the surface of multi-walled carbon nanotubes (CNTs) have been synthesized. The concentration of CNTs in the (NiZn)1−xMnxFe2O4/CNT system was from 0.05 to 0.07 vol. fractions. The dielectric and magnetic characteristics of both pristine (NiZn)1−xMnxFe2O4 ferrites and (NiZn)1−xMnxFe2O4/CNT composite systems were studied. The introduction of (NiZn)1−xMnxFe2O4/CNT composites into the amorphous epoxy matrix allows to tailor absorbing properties at the high-frequency by effectively shifting the maximum peak values of the absorption and reflection coefficient to a region of lower frequencies (20–30 GHz). The microwave adsorption properties of (NiZn)1−xMnxFe2O4/0.07CNT–ER (x = 0.5) systems showed that the maximum absorption bandwidth with reflection loss below −10 dB is about 11 GHz