Syntéza a vlastnosti nových vitrimérnych materiálov z obnoviteľných surovín

Abstract

In this work, new materials based on dynamic polymer networks, also called vitrimers, were developed. These polymer networks have been developed from previously unused materials based on renewable raw materials, to maximize the renewable carbon content. The main starting monomer was based on D-isosorbide, which is prepared from starch. The latter was modified to bis-acetoacetate and used as the main building block of the networks. Di- and tri-functional amines of various origins were used as crosslinking agents - renewable sources based and for comparison, petroleum-based products. In order to get the best possible insight into the influence of the individual monomers on the final properties of the vitrimers, materials with 1:1 and 3:1 molar ratios of di- and tri-amines were developed. The prepared networks contained vinylogous urethane-type bonds - with a very low activation energy required for transamination reactions, which allows the vitrimers to retain their mechanical properties even after multiple recycling. In the case of this work, a 10% excess of free amine groups was maintained. The prepared materials in this thesis exhibit behaviour of vitrimers - network structure of thermosets and processability of thermoplastics. This was proven by thermal stability tests, tensile tests and tests...

V práci boli vyvinuté nové materiály na báze dynamických polymérnych sietí, spracovateľné pri vyššej teplote, nazývané tiež vitriméry. Tieto polymérne siete boli vyvinuté z doposiaľ nepoužívaných materiálov na báze obnoviteľných surovín, s cieľom čo najvyššieho obsahu organického uhlíku. Hlavný východzí monomér je na báze D-izosorbidu, ktorý je pripravovaný zo škrobu. Ten bol modifikovaný na bis-acetoacetát a použitý ako hlavná stavebná kostra sietí. Ako sieťovacie činidlá boli použité di- a tri- funkčné amíny rôzneho pôvodu - na báze obnoviteľných zdrojov a pre porovnanie aj na báze ropných produktov. Aby bol získaný čo najlepší prehľad o vplyve jednotlivých monomérov na finálne vlastnosti vitrimérov, boli vytvorené materiály s molárnymi pomermi di- a tri- amínov 1:1 a 3:1. Takto vznikli siete, ktorých uzlové body pozostávali z väzieb typu vinylogných uretánov. Tento typ väzieb má veľmi nízku aktivačnú energiu potrebnú pre transaminačné reakcie, vďaka ktorým si, pri izbovej teplote, vitriméry zachovávajú svoje mechanické vlastnosti aj po niekoľkonásobnej recyklácií. V prípade tejto práce bol udržiavaný 10% nadbytok voľných amínových skupín. Materiály pripravené v tejto diplomovej práci vykazujú všetky vlastnosti vitrimérov - húževnatosť reaktoplastov a spracovateľnosť termoplastov. To bolo...