Valorización del aceite de ricino en química de polímeros: síntesis de poliésteres y poliuretanos a partir de heptanal
- Autores: Lorena Ruiz Villán
- Directores de la Tesis: Gerard Lligadas Puig (dir. tes.), Marina Galià Clua (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Miguel García Pérez (presid.), Joan Carles Ronda Bargalló (secret.), Milagros Piñol Lacambra (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Química por la Universidad Rovira i Virgili
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net TDX
- Resumen
- español
En la actualidad, la mayoría de las materias primas de la industria química de polímeros provienen de fuentes no renovables. La limitación que estas fuentes presentan y su creciente encarecimiento son las principales desventajas con respecto al concepto de desarrollo sostenible. Es por ello que los materiales basados en fuentes renovables y en concreto aceites vegetales están cada vez más presentes en la investigación así como en la industria. Una de los aceites vegetales más empleados en esta área es el aceite de ricino, no apto para su consumo en la alimentación humana. A partir de este aceite, mediante su pirólisis, se obtiene heptanal y ácido 10-undecenoico. Pese a que este último ha sido ampliamente estudiado en la síntesis de polímeros, el heptanal presenta un papel casi inexistente en lo que se refiere a la síntesis de polímeros.
A la vista de estos antecedentes se ha planteado como objetivo general de esta tesis el desarrollo de nuevos polímeros sostenibles a partir del aceite de ricino, como fuente renovable, utilizando transformaciones medioambientalmente compatibles. Se pretende preparar dioles, diesteres, hidroxiesteres y carbonatoesteres derivados del heptanal para ser utilizados como monómeros y estudiar su polimerización para la obtención de poliésteres y poliuretanos.
La obtención de los monómeros se llevó a cabo utilizando distintos procedimientos sintéticos como la reacción Horner-Wadswoth-Emmons, adición tio-Michael, transesterificación, oxidaciones, reducciones o carbonatación con dióxido de carbono. En función de la ruta sintética empleada se pueden obtener diferentes monómeros difuncionales. Posteriormente se procedió a optimizar las diferentes polimerizaciones de los monómeros para la obtención de poliésteres y poliuretanos. Las propiedades de los polimeros se evaluaron empleando técnicas espectroscópicas (FT-IR y RMN), cromatográficas (SEC) y de análisis térmico (DSC y TGA). Finalmente se ha estudiado la solubilidad de estos polímeros en agua, obteniendo nanopartículas estables.
Como conclusión general a este trabajo, se ha demostrado que el heptanal puede ser empleado en la síntesis de diferentes monómeros, los cuales tras su polimerización dan lugar a poliésteres y poliuretanos.
- English
Nowadays, polyurethanes and polyesters are two of the most important polymeric materials that can be used in different applications due to their versatility. The recents advances in the research of these kinds of polymers are driven by the growing demand for greener processes and the use of renewable raw materials. Some of these renewable raw materials are vegetable oils, such as non-edible castor oil. From this oil, ricinoleic acid is obtained in a high yield. Ricinoleic acid is converted by chemical thermal cracking process into undecenoic acid and heptanal. Undecenoic acid has been widely used for the synthesis of different monomers and polymers combining high performance and sustainability. Heptanal, appreciated for the olfactory qualities of certain of its derivatives, is widely used as a synthesis intermediate for fragrance and aroma industry. However, the use of C7 cut of castor oil thermal cracking as a chemical intermediate in polymer chemistry is practically non-existent. In this thesis, we have explored a wide variety of chemical transformations to obtain bifunctional biobased monomers and their polyesters and polyurethanes, using heptanal such as raw material. Furthermore, the development a novel nanoparticles with some of these materials was carried out. As a general conclusion, the transformation of heptanal into monomers and polymers using environmentally friendly procedures has been shown to be a sustainable alternative in polymer chemistry.
- català
En la actualitat, els poliuretans i els polièsters són dos dels materials polimèrics més importants ia que se poden utilitzar en multitud de camps donada la seva versatilitat. Els últims avenços en la investigació sobre aquest tipus de polímers venen donats per la creixent demanda de processos més sostenibles i l'ús de matèries primeras d'origen renovable. Algunes d'aquestes són els olis vegetals, com l'oli de ricí el qual no és apte per el consum humà. A partir d'aquest oli, s'obté l'àcid ricinoleic amb un rendiment elevat. Aquest àcid es converteix mitjançant piròlisi en àcid undecenoic i heptanal. L'àcid undecenoic ha estat àmpliament utilitzat per a la síntesi de diferents monòmers i polímers amb elevats rendiments i sostenibilitat química. En canvi el heptanal, apreciat per les qualitats olfactives d'alguns dels seus derivats, és àmpliament utilitzat com un intermediari de síntesi per a la indústria de fragàncies i aromes. Malgrat l'ús d'aquest compost com a producte intermedi químic en la química de polímers és pràcticament inexistent. En la present tesi s'ha investigat una àmplia varietat de transformacions químiques per obtenir monòmers bifuncionals i renovables així com els seus polièsters i poliuretans, utilitzant heptanal com a matèria primera. Tanmateix, s'han desenvolupat diferents nanosistemes basats en aquests polímers com són micel·les o nanocàpsules. Com a conclusió general, s'ha demostrat que la transformació de l'heptanal en monòmers i polimers mitjançant processos mediambientalment compatibles és una alternativa sostenible en química de polimers.
- español
