Exploring bio-based and biodegradable polymers: free-radical polymerization, hydrolysis and applications

QC 20240222

Abstract

Förbrukning av ändliga fossilbaserade resurser och ackumulering avplastavfall i miljön har resulterat i en omfattande forskning som syftar till atthitta mer hållbara alternativ till dagens plaster.I detta arbete har biobaserade och biologiskt nedbrytbara polymerersyntetiserats med hjälp av fri-radikalpolymerisation i homogena ochheterogena system. Polymererna har karakteriserats med avseende påkemisk struktur, termiska egenskaper och nedbrytning. Detta är ett steg motutveckling av material som är biobaserade och biologiskt nedbrytbara ochsom i slutändan kan minska plastmaterialens negativa påverkan på miljön.De biobaserad monomererna α-metylen-γ-butyrolakton (MBL) och α-metylen-γ-valerolakton (MeMBL) som uppvisar liknande kemiska strukturersom fossilbaserade met(akrylat) monomerer, kan ge polymerer medliknande eller till och med överlägsna egenskaper jämfört med dessfossilbaserade råvarumotsvarigheter. Skillnaderna i monomerreaktivitetpåverkar strukturen hos sampolymeren, vilket i sin tur påverkarpolymeregenskaperna, till exempel termiskt beteende(mjukningstemperatur). Dessa egenskaper utvärderades senare efterinkorporering av MeMBL i polymerskalet av termiskt expanderbaramikrosfärer (TEMs) genom friradikal suspensionspolymerisation. Att ersättafossilbaserad metylmetakrylat med biobaserad MeMBL resulterade i delvisbiobaserade TEMs där man såg att expansionsegenskaperna påverkades närexpansionstemperaturerna ökade. Det var även möjligt att syntetisera TEMsmed ett helt biobaserat polymerskal med ett mycket högreexpansionstemperaturfönster än TEMs med ett helt fossilbaseratpolymerskal.Friradikal ringöppningspolymerisation (rROP) har använts för attsyntetisera nedbrytbara polymerer med cykliska ketenacetaler (CKA) somsyntetiserades med en ny mer effektiv syntesväg. Till skillnad fråntraditionell ringöppningspolymerisation, som resulterar i linjära polyestrar,resulterar rROP av CKA i grenade polyestrar. Graden av förgrening ochinförande av en sidogrupp till polymerkedjan påverkade polymerensnedbrytbarhet där närvaron av sidogrupper bromsade nedbrytningenavsevärt.Möjligheten att använda dessa monomerer i heterogena system harutvärderats genom att introducera CKA i fri-radikalsuspensionspolymerisation av mikrokapslar med ett polymerskal frånakrylnitril och vinylacetat. Inkorporering av CKA i polymerkedjan kundeemellertid inte verifieras. Detta eftersom användningen av CKA i heterogenasystem är utmanande på grund av deras känslighet för hydrolys och deraslåga reaktivitet under sampolymerisation, särskilt mot akrylnitril.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-343578