Syntéza polymerních prekurzorů na bázi isosorbidu
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Diplomová práce se v teoretické části věnuje redukovaným hexitolům, způsobům produkce isosorbidu a jeho využití v polymerních materiálech. Zahrnuje popis procesu dehydratace glukózy, vlivu reakčních podmínek a katalyzátorů na produkci isosorbidu, polymerizace isosorbidových monomerů a jejich vlastnosti. Experimentální část práce je zaměřena na optimalizaci reakčních podmínek laboratorní syntézy isosorbidu, popis jeho chemické modifikace na polymeraci-schopné deriváty isosorbidu a fyzikálně chemickou charakterizaci produkovaných molekul. Syntéza isosorbidu je monitorována pomocí LC-MS, produkt je podroben různým způsobům rafinace a detailní strukturní charakterizaci. Pro popis přípravy isosorbid dimethakrylátu byla zvolena metoda GC a strukturní verifikace diesteru byla potvrzena metodami FT-IR, MS a NMR. Fyzikálně chemická charakterizace připraveného isosorbid dimethakrylátu sestává z popisu jeho reologických vlastností ve směsi s komerčním methakrylovaným olejem a studia reaktivity monomerů metodou DSC. Směs methakrylovaného oleje s přídavkem isosorbid dimethakrylátu byla použita pro přípravu polymerních termosetů, které byly analyzovány termo-mechanickými metodami jako jsou DMA, ohyb a TGA. Nejvyšší dosažená konverze isosorbidu odpovídala 81,9 % po 5 hodinách, pro isosorbid dimethakrylát dosáhla 94,1 % po 8 hodinách. Zároveň byla ověřena schopnost isosorbid dimethakrylátu snižovat smykovou viskozitu polymerace-schopných prekurzorů a zvyšovat teplotu skelného přechodu a hustoty síťování polymerních termosetů.
The theoretical part of the thesis deals with the description of reduced hexitols, methods of isosorbide production and its application purpose in polymer materials. It includes a description of the glucose dehydration process, the influence of reaction conditions and the catalysis of the isosorbide production, the polymerization of isosorbide monomers and their properties. The experimental part of the work is focused on the optimization of isosorbide’s laboratory synthesis‘ reaction conditions, the description of its chemical modification to polymerizable isosorbide derivatives and the physical-chemical characterization of the produced molecules. The synthesis of isosorbide is monitored by LC-MS, the product is subjected to various refining methods and a detailed structural characterization. GC was chosen for the monitoring of the preparation of isosorbide dimethacrylate and structural verification of the diester was confirmed by FT-IR, MS and NMR. The physical-chemical characterization of the prepared isosorbide dimethacrylate consists of the description of its rheological properties in mixture with a commercial methacrylated oil and the study of the reactivity of the monomers by DSC. The mixture of methacrylated oil and isosorbide dimethacrylate was used to prepare polymer thermosets which were analyzed by thermo-mechanical methods such as DMA, bending and TGA. The highest isosorbide conversion achieved value of 81.9 % after 5 hours, and it reached 94,1 % for isosorbide dimethacrylate after 8 hours. According to the results, isosorbide dimethacrylate possesses the abilty to reduce the shear viscosity of polymerizable precursors and to increase the glass transition temperature and crosslinking densities of polymer thermoset.
The theoretical part of the thesis deals with the description of reduced hexitols, methods of isosorbide production and its application purpose in polymer materials. It includes a description of the glucose dehydration process, the influence of reaction conditions and the catalysis of the isosorbide production, the polymerization of isosorbide monomers and their properties. The experimental part of the work is focused on the optimization of isosorbide’s laboratory synthesis‘ reaction conditions, the description of its chemical modification to polymerizable isosorbide derivatives and the physical-chemical characterization of the produced molecules. The synthesis of isosorbide is monitored by LC-MS, the product is subjected to various refining methods and a detailed structural characterization. GC was chosen for the monitoring of the preparation of isosorbide dimethacrylate and structural verification of the diester was confirmed by FT-IR, MS and NMR. The physical-chemical characterization of the prepared isosorbide dimethacrylate consists of the description of its rheological properties in mixture with a commercial methacrylated oil and the study of the reactivity of the monomers by DSC. The mixture of methacrylated oil and isosorbide dimethacrylate was used to prepare polymer thermosets which were analyzed by thermo-mechanical methods such as DMA, bending and TGA. The highest isosorbide conversion achieved value of 81.9 % after 5 hours, and it reached 94,1 % for isosorbide dimethacrylate after 8 hours. According to the results, isosorbide dimethacrylate possesses the abilty to reduce the shear viscosity of polymerizable precursors and to increase the glass transition temperature and crosslinking densities of polymer thermoset.
Description
Citation
ŠICHNÁREK, V. Syntéza polymerních prekurzorů na bázi isosorbidu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)
Date of acceptance
2023-05-30
Defence
Student v rámci prezentace jeho práce na téma Syntéza polymerních prekurzorů na bázi isosorbidu nejdříve představil cíle a motivace své práce. Následně vysvětlil problémy při syntéze isosorbidu a možnosti analýzy tohoto materiálu. Následně ukázal výsledky jednotlivých analýz. Na závěr zhodnotil optimální podmínky pro syntézu a byl komisí vyzván k zodpovězení otázek oponenta:
1) Proč byl použit chemický (manganistan draselný) i vizualizační (UV lampa) indikátor současně pro vyhodnocení TLC analýzy? Obvykle totiž manganistan draselný znehodnotí UV indikátor nanesený na stacionární fázi a následná UV detekce je pak znemožněna. Zároveň by mě zajímal důvod vyvíjení platničky při TLC analýze po dobu 60 minut?
2) Při syntéze isosorbidu (v kapitole 3.2) píšete, že byl katalyzátor přidán po roztavení sorbitolu a následně byla reakční směs zahřáta na teploty 120-140 °C a byly sledovány podmínky reakce. Při jaké teplotě byl tedy do reakční směsi přidáván katalyzátor?
3) Jak byste chemicky popsal syntézu isosorbid dimethakrylátu? Jakou roli v reakci hraje katalyzátor (2-ethylhexanoát draselný) a jakým mechanismem 4-methoxyfenol podle vás zabrání polymeraci produktu?
Z jakého důvodu bylo při termogravimetrické analýze (TGA) vzorků změněno prostředí ze vzduchu na dusík až při 600 °C?
4) U přípravy isosorbidu píšete, že nízká konverze reakce je pravděpodobně způsobena nežádoucími meziprodukty, vznikajícími při delší reakční době. Dovedete odhadnout, o jaké nežádoucí meziprodukty konkrétně se jedná? Pokoušeli jste se tyto vedlejší produkty analyzovat?
Na otázky student výborně odpověděl. Komise dále neměla další otázky.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení