Modificació química de reïnes epoxi amb lactones

Les reïnes epoxi són monòmers àmpliament utilitzats degut a les bones propietats que s'obtenen una vegada que el material està curat. El procés d'entrecreuament d'aquests monòmers presenta alguns problemes. Durant el procés de curat té lloc una disminució del volum o contracció que dóna lloc a l'aparició de porus i esquerdes i per tant un empitjorament de les propietats mecàniques i de la capacitat de recobriment. Altres problemes associats a aquests materials és la fragilitat i la no degradabilitat, sent aquest últim un greu inconvenient des del punt de vista medioambiental.L'objectiu d'aquest treball ha estat disminuir la fragilitat i la contracció de materials termoestables i augmentar la seva degradabilitat. Per aconseguir-ho les reïnes epoxi s'han copolimeritzat amb lactones, ja que està descrit que la reacció entre epòxids i lactones dóna com a intermedis els espiroortoesters, que són compostos expandibles al polimeritzar, a la vegada que permeten augmentar la proporció de grups esters a la xarxa que poden ser degradats térmica o químicament. S'han utilitzat com a catalitzadors catiònics els triflats de lantànid, ja que en un treball anterior van demostrar la seva capacitat de polimeritzar reïnes epoxi a temperatures moderades obtenint materials amb bones propietats mecàniques.Els resultats més destacats de la tesi són:- S'ha pogut, mitjançant FTIR/ATR, seguir l'evolució de les quatre reaccions que tenen lloc durant la polimerització de reïnes epoxi amb lactones de cinc membres: l'homopolimeritzacio de l'epòxid, la copolimerització de l'epòxid amb la lactona obtenit-se els espiroortoesters (SOE), la copolimerització de l'epòxid amb el SOE format i l'homopolimerització del SOE. A més, s'ha pogut confirmar que el procés d'iniciació té lloc a través de la formació de dues espècies actives. - La copolimerització de reïnes epoxi amb lactones ha permès augmentar la degradabilitat d'aquests sistemes degut a un increment de grups esters a la xarxa. - La copolimerització de DGEBA amb lactones ha permès reduir la contracció després de la gelificació i per tant s'ha disminuït la formació de porus i esquerdes.- La utilització de diferents triflats de lantànid ha permès veure que a l'augmentar l'acidesa de Lewis del catió augmenta la constant de velocitat del procés global.The curing of thermosetting materials is generally accompanied by shrinkage because covalent bonds form between chains and increase the density of the materials. This shrinkage leads to internal stress in the material, reduces adhesion to the substrate, and produces microvoids and microcracks, which reduce the durability of the material to worse the properties.Shrinkage during curing could be reduced or eliminated using monomers that polymerize without contraction or even with expansion. Ring-opening polymerization leads to less shrinkage than that produced by polycondensation or polyaddition, because not only small molecules are not eliminated in the polymerization, but for every bond that changes from a van der Waals distance to a covalent distance there is another bond that changes front a covalent to a van der Waals distance. Thus, the ring-opening polymerization of bicyclic monomers [(spiroorthoesters (SOE)] is a good strategy for obtaining non-shrinkable resins that can be applied in adhesives, coatings or composites.The classical synthetic procedure for obtaining SOEs is to react lactones with epoxides in the presence of a Lewis acid as a catalyst. In this way, cationic crosslinking of mixtures of epoxy resins with lactones could take place with little shrinkage because SOE groups are formed during this process.The cationic catalysts were lanthanide triflates because in previous studies, we have demonstrated that lanthanide triflates are Lewis acid that can completely cure diglycidylic and cycloaliphatic epoxy resins.The results of this study have been:- Using FTIR/ATR, we have shown that there were four elemental reactive processes during the copolimerization of epoxy groups and lactones of five members: homopolymerization of epoxy groups, formation of SOE by reaction of epoxy groups and lactones, copolimerization of SOE and epoxy groups and homopolimerization of SOE. The initiation process takes place through two active species.- The copolimerization of epoxy groups and lactones led to increase ester groups in the polymeric networks and this led to increase its degradability.- The addition of lactones to the curing of epoxy groups reduced the contraction after gelation, and this led to lower internal stress. - When Lewis acidity of lanthanide cation is increased, the catalyst becomes more active and the curing process accelerates