Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
From biobased ethylene brassylate to durable polymers
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE).
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Från biobaserad makrolakton till beständiga polymerer (Swedish)
Abstract [en]

Recent years have seen an increased consumption of fossil based resources to the point that alternative fossil resources, such as shale gas and oil, are being used to and increasing extent. One way of alleviating the consumption of fossil resources is to produce polymers from natural resources. Even more recently some countries in Europe have banned the use of plastic bags, which is indicative of a growing consumer awareness concerning fossil based plastics. So in order to alleviate oil consumption and satisfy consumers it is more relevant than ever to delve into the field of biobased polymers, polymers made from natural resources. To make the transition from conventional polymers to biobased polymers simpler for industry it is suitable to make biobased polymers that are similar to conventional polymers. Therefore, in this project we chose to work with the macrolactone ethylene brassylate (EB), which can be obtained naturally and that resemble polyethylene structurally when polymerized.

In order to make a poly(ethylene) PE like polymer we chose EB for this project. EB can be polymerized via ring-opening polymerization (ROP) using a variety of organic catalysts, in this project we made a catalyst comparison between methanesulphonic acid (MSA), 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU), 1,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene (TBD) and diphenyl phosphate (DPP). DPP was chosen as the best catalyst because the other catalysts produced unwanted endgroups.

At first reactions were conducted at 80 °C as per previous articles but during the project it was realized that an increased temperature to that of 120 °C increased the initial reaction speed. The polymerizations were initially conducted with benzyl alcohol (BnOH) as initiator as the project progressed 1,4-butanediol (BuOH

2) was used in order to increase the molecular weight of the polymers. BuOH2 can initiate a ROP from two ends due to it being a diol. The resulting polymer poly(ethylene brassylate) PEB was somewhat rigid and so to decrease the rigidity of the polymer EB was copolymerized with ε-decalactone (eDL).

The copolymerization was studied with a reactivity trial and it was observed that eDL polymerizes before EB but EB will substitute the eDL repeating units in the main chain at higher conversions resulting in a more random copolymer. These results were confirmed with

13C NMR. The copolymers produced poor films via solvent casting. The copolymer films thermal properties and morphology were studied. Both SEM and DSC indicated that the monomers produced an immiscible material. The Tg and Tm of the copolymers was possible to control by varying the copolymer composition.

Abstract [sv]

Under dom senaste åren har konsumtionen av olja ökat vilket har lett till utvinnandet av alternativa fossila resurser, så som skiffergas och olja, också ökat. Ett sätt att minska konsumtionen av fossila råvaror är att producera polymerer från naturliga resurser. Länder i Europa har förbjudit användandet av plastpåsar, något som tyder på en växande konsumentmedvetenhet kring plaster producerade från fossila resurser. För att minska konsumtionen av olja och tillfredsställa konsumenter så är det relevant att fördjupa sig i forskningsområdet för biobaserade polymer, alltså polymerer som kan tillverkas från naturliga resurser. För att kunna göra övergången från konventionella plaster till biobaserade polymerer enklare för industrin så är det nödvändigt att dom biobaserade polymererna liknar dom konventionella polymererna. På grund av detta valde vi att jobba med macrolactonen etylen brassylat (EB) som kan utvinnas från naturliga råvaror och som efter polymerisation har en struktur som liknar polyetens.

EB kan polymeriseras genom ring-öppnings polymerisation (ROP), det går att använda ett flertal organiska katalysatorer för att uppnå detta, i det här projektet gjorde vi en katalysator jämförelse med: metansufon syra (MSA), 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU), 1,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene (TBD) och difenylfostat (DPP). Resultatet av jämförelsen var att DPP valdes som katalysator då de andra katalysatorerna producerade oönskade ändgrupper.

Till en början utfördes reaktionerna vid 80 °C så som i tidigare artiklar men under projektets gång så insåg man att en ökad temperatur till 120 °C ökade initiala reaktionshastigheten. Till polymerisationerna användes till en början också benzyl alkohol (BnOH) som initiator men under projektets gång så övergick man till 1,4-butandiol (BuOH

2) för att öka molekylvikten hos polymererna. BuOH2 kan nämligen initiera en reaktion från två håll då det är en diol. Polymeren som skapades, poly(etylen brassylate) (PEB) var styv så för att minska styvheten så sampolymerisades EB med ε-decalactone (eDL).

Sampolymeren studerades genom ett reaktivitets test och det observerades att eDL polymeriseras före EB men att EB substituerar eDL enheter i polymerkedjan vid höga omsättningar vilket resulterar i en mer slumpvis polymer. Dessa resultat kunde säkerställas med

13C NMR. Sampolymererna producerade undermåliga filmer genom lösningsmedelsgjutning. Sampolymerfilmerna termiska egenskaper och morfologi studerades. Både DSC och SEM tydde på att monomererna producerade ett olblandbartmaterial. Både Tm och Tg gick att justera genom att ändra sampolymerens sammansättning.

Place, publisher, year, edition, pages
2016.
Keyword [en]
Ring-Opening Polymerization, Biobased polymer, Ethylene brassylate, Organic catalyst, Diphenyl phosphate, Oil alternative, Green chemistry
National Category
Polymer Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-208631OAI: oai:DiVA.org:kth-208631DiVA: diva2:1107441
Available from: 2017-06-09 Created: 2017-06-09 Last updated: 2017-06-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

By organisation
School of Chemical Science and Engineering (CHE)
Polymer Chemistry

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 14 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf