- New strategies for the preparation of high-perfomance bio-based polymers
- Banella, Maria Barbara <1989>
Subject
- CHIM/07 Fondamenti chimici delle tecnologie
Description
- Nowadays there is a great interest to substitute petroleum-derived polymers with more sustainable materials. In this thesis the preparation of monomers, polymers and copolymers from renewable resources was carried out, following two strategies. The first one consisted in developing new routes to obtain the traditional polymers from biomass instead that from petroleum. Then, the synthesis of p-toluic acid (the terephthalic acid (TPA) precursor, and monomer for polyethylene terephthalate (PET)) from natural molecules (acrylic and sorbic acids) was set up by exploiting a Diels-Alder (DA) reaction. The developed strategy contributed to a more sustainable production of TPA, and, therefore, of a 100% bio-PET. The second strategy was based on exploiting monomers deriving from biomass to get new polymeric structures. Starting from vanillic acid, a monomer from natural resources, the synthesis of polyethylene vanillate, an homopolymer whose melting and glass transition temperatures are close to those of PET, was set up. To reduce its brittleness, random copolymers with ϵ-polycaprolactone or polyricinoleic acid were prepared; new possible antibacterial functionalities were introduced by ricinoleic acid functionalities. The preparation of copolymers was furthermore studied by considering DA reactions between furans (obtainable from natural resources) and maleimides: a copolymer was prepared by exploiting the tendency by DA adducts located within monomers structures to break over 100°C and to recombine at lower temperatures: the ability to associate and dissociate in a reversible manner can be used to produce innovative self-mending materials. Finally, a compound deriving from vegetal oil biorefinery (dihydroxyacetone) was exploited for obtaining innovative and bio-based polycarbonates and polyesters. In conclusion, strategies to get a 100% bio-PET, new bio-polymers that can substitute PET even with advanced functionalities, innovative bio-copolymers for self-mending materials and new polyesters and polycarbonates making the most of oil biorefinery byproducts were studied.
- Nei tempi recenti si è sviluppato un grande interesse nel sostituire polimeri derivati dal petrolio con materiali più sostenibili. In questa tesi si è studiata la possibilità di ottenere da biomassa monomeri, polimeri e copolimeri, seguendo due strategie di sintesi. La prima è consistita nell’ottenimento da biomassa di polimeri tradizionali attualmente ricavati da petrolio. In particolare, la sintesi dell’acido p-toluico (il precursore dell’acido tereftalico (TPA) e, quindi, del polietilene tereftalato (PET)) è stata messa a punto partendo da molecole naturali (dagli acidi sorbico ed acrilico) tramite reazione di Diels-Alder (DA). Ciò ha contribuito ad una produzione più sostenibile del TPA e, pertanto, di un PET bio al 100%. La seconda strategia ha sfruttato monomeri da biomassa per l’ottenimento di nuove strutture polimeriche. Da acido vanillico (un monomero da fonti naturali) è stata messa a punto la sintesi del polietilene vanillato, un omopolimero le cui temperature di fusione e transizione vetrosa sono vicine a quelle del PET. Al fine di ridurne la fragilità, sono stati preparati polimeri statistici con unità di ϵ-policaprolattone o di acido poliricinoileico, dalle cui funzionalità sono state introdotte nuove possibili proprietà antibatteriche. La preparazione di copolimeri è stata inoltre studiata tramite reazioni DA fra furani (ottenibili da fonti naturali) e malemmidi; un copolimero è stato preparato sfruttando la tendenza degli addotti DA presenti all’interno della struttura monomerica di rompersi sopra 100°C e di ricombinarsi a temperature inferiori; l’abilità di associarsi e dissociarsi reversibilmente può essere usata per produrre materiali autoriparanti innovativi. Infine un composto proveniente dalla bioraffineria degli oli vegetali (diidrossiacetone) è stato utilizzato per ottenere bio-policarbonati e bio-poliesteri. Concludendo, sono state studiate strategie per ottenere un PET 100% bio, nuovi bio-polimeri che possano sostituirlo addirittura con proprietà avanzate, bio-polimeri per materiali autoriparanti e poliesteri e policarbonati sfruttando al meglio sottoprodotti della bioraffineria degli oli vegetali.
Date
- 2018-05-07
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-23456
Banella, Maria Barbara (2018) New strategies for the preparation of high-perfomance bio-based polymers, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Ingegneria civile, chimica, ambientale e dei materiali