Stimuli cleavable ABA block copolymers: Synthesis of degradable thermoplastic elastomers from renewable resources

Abstract

Actualment, un dels majors reptes que afronta la societat es el de adaptar la nostra forma de viure de tal manera que el nostre impacte en el medi ambient sigui el mínim possible. Aquest objectiu s’ha d’abordar des de diferents àmbits, entre ells de la ciència de materials. Per a un futur sostenible, en la fabricació de polímers cal substituir els compostos petroquímics, com a font de matèries primeres, per altres d’origen renovable (p. ex. olis vegetals). Però, al mateix temps, els polímers han de ser capaços de ser fàcilment degradables o reciclables un cop acabada la seva vida útil. En aquesta tesis s’han preparat polímers fent servir monòmers d’origen renovable. La -decalactona, que pot ser obtinguda a partir d’àcids grassos presents a l’oli de gira-sol o mitjançant la fermentació del bagàs de canya de sucre y la -metilen- -butirolactona (o tulipalina A), que està present en certes flors com les tulipes. Aquest monòmers han estat polimeritzats de forma controlada mitjançant les tècniques de polimerització per apertura d’anell (ROP) i polimerització radical per transferència atòmica (ATRP) respectivament. La combinació de ambdues tècniques ha permès obtenir copolímers de bloc ABA amb propietats d’elastòmer termoplàstic. En el disseny d’aquests materials, s’han incorporat grups sensibles al punt mig del copolímer que puguin respondre a estímuls externs. Sota determinades condicions (p. ex. àcid, redox., etc.) és produeix el trencament del grup sensible, obtenint copolímers AB.

Actualmente, uno de los mayores retos a los que se enfrenta nuestra sociedad es el de adaptar nuestra forma de vida de tal manera que nuestro impacto en el medio ambiente sea el mínimo posible. Este objetivo debe afrontarse des de diferentes ámbitos, entre ellos el de la ciencia de materiales. Para un futuro sostenible, en la fabricación de polímeros hay que sustituir los compuestos petroquímicos, como fuente de materias primas, por otros de origen renovable (p. ej. aceites vegetales). Pero, al mismo tiempo, los polímeros han de ser capaces de ser fácilmente degradables o reciclables una vez acabada su vida útil. En esta tesis se han preparado polímeros utilizando monómeros de origen renovable. La -decalactona, que puede ser obtenida a partir de ácidos grasos presentes en el aceite de girasol o mediante fermentación del bagazo de la caña de azúcar y la -metilen- -butirolactona (o tulipalina A), que se encuentra en ciertas flores como los tulipanes. Estos monómeros han sido polimerizados de forma controlada mediante las técnicas de polimerización por apertura de anillo (ROP) y polimerización radical por transferencia atómica (ATRP) respectivamente. La combinación de las dos técnicas ha permitido obtener copolímeros de bloque ABA con propiedades de elastómero termoplástico. En el diseño de estos materiales, se han incorporado grupos sensibles en el punto medio del copolímero que puedan responder a estímulos externos.

Nowadays, one of the most important issues of our society is to adapt our lifestyle in a way that our impact to the environment was as minimum as possible. This purpose must be addressed from different fields, material science among them. For a sustainable future, petrochemicals as raw materials, must be substituted by other from renewable sources (e. g. vegetable oils). However, at the same time, the polymers must be able to be easily degraded or recycled once finished their useful life. In this thesis polymers using monomers obtained from renewable resources have been synthesized. -Decalactone, which can be obtained from fatty acids present on sunflower oil or through the sugarcane bagasse fermentation and - methylene- -butyrolactone (or tulipalin A), which is present in some flowers such as tulips. These monomers have been polymerized in a controlled manner through the Ring-Opening Polymerization (ROP) and Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) mechanisms respectively. The combination of these two techniques allows the obtention of ABA block copolymers with thermoplastic elastomer properties. In the materials design, sensitive groups which can respond to external stimuli, have been incorporated at the mid-point of the copolymer. The cleavage of the sensitive group can be done under certain conditions (e. g. acid, redox., etc.), obtaining AB copolymers