Polycarbodiimide synthesis optimization and its application as polymer stabilizer against degradation processes

Abstract

Les carbodiimides s’utilitzen com a productes estabilitzants de polímers envers els processos de degradació mitjançant la seva reacció amb els nous compostos generats, reconstruint d’aquesta manera la estructura del polímer degradat. Aquesta tesi es basa en el estudi del mecanisme de síntesi de carbodiimides a partir de isocianats, i de l'optimització del procès de producció per a millorar els resultats aplicatius envers els procesos de degradació. A tal efecte, s'ha realitzat un estudi del mecanisme de reacció per RMN que ha permés la identificació del intermig de reacció. A més a més, s'ha dut a terme un estudi del pes molecular dels oligomers de carbodiimida preprats. Finalment, les carbodiimides preparades han estat emprades com agents estabilitzants de polímers, en concret sobre poliuretans base poliester i en polipropilé, que han servit per estudiar a fons el seu comportament quan es donen processos de degradació sobre aquests tipus de matrius. Tenint en compte la poca varietat de catalitzadors capaços de dur a terme aquesta conversió, també s'ha realitzar un estudi d'optimització de l'activitat catalítica dels òxids de fosfolé.

Las carbodiimidas se usan como productos estabilizantes de polímeros frente a procesos de degradación, mediante su reacción con los nuevos compuestos generados, reconstruyendo así la estructura del polímero degradado. Esta Tesis se basa en el estudio del mecanismo de síntesis de las carbodiimidas a partir de isocianatos, y de la optimización del proceso de producción para mejorar los resultados aplicativos frente a dichos procesos de degradación. A tal efecto, se ha realizado un estudio del mecanismo de reacción por RMN que ha permitido la identificación del intermedio de reacción. Además, también se ha llevado a cabo un estudio del peso molecular de los oligomeros de carbodiimida preparados. Finalmente, las carbodiimidas preparadas se han usado como agentes estabilizantes de polímeros, en concreto sobre poliuretanos base poliéster y en polipropileno, que han servido para estudiar a fondo su comportamiento cuando se dan los procesos de degradación sobre estas matrices. Teniendo en cuenta la poca variedad de catalizadores capaces de realizar dicha conversión, también se ha realizado un estudio de optimización de la actividad catalítica de los óxidos de fosfoleno.

Carbodiimides are used as polymer stabilizers against degradation processes by reacting the new generated groups and rebuilding the polymer structure. This thesis is based in the carbodiimide synthesis mechanism study starting from isocyanates, and in the production process optimization to improve the final application results against degradation processes. For this reason the reaction mechanism has been studied by NMR spectroscopy, which has been made possible to identify the reaction intermediate. Moreover, a molecular weight study of the carbodiimide oligomers prepared has also been carried out. Finally, the carbodiimide samples prepared have been used as polymer stabilizing agents in polyester based polyurethanes and polypropylene, which have been used to study the carbodiimide behaviour once degradation processes are donde in these matrix. Knowing the little variety of catalyst able to carry out this conversion, a catalyst activity optimization has also been performed.