Copolimerització de DGEBA amb Àcid de Meldrum i Derivats

Resumen

El polímers termoestables són materials de gran interès i amb una amplia versatilitat en el món industrial degut a les seves excel·lents propietats. El treball que es presenta, s'emmarca en aquest camp i es dirigeix cap a l'obtenció de nous materials epoxídics, que puguin ésser utilitzats com a recobriments de components electrònics. Els objectius que es van plantejar van ser: obtenir materials que 1) durant el procés de curat, experimentessin una baixa contracció, 2) permetessin una degradació tèrmica de forma controlada un cop ha finalitzat la vida útil dels components i 3) milloressin les propietats mecàniques respecte als materials epoxídics convencionals. La contracció de la xarxa polimèrica durant el procés de curat produeix tensions mecàniques internes i conseqüentment pot conduir a l'aparició d'esquerdes. Els espiroortoesters (SOEs) són monòmers considerats expansibles, que experimenten expansió durant el procés de polimerització. La síntesi dels SOEs es pot portar a terme per reacció d'epòxids amb lactones en presència d'un catalitzador àcid de Lewis. L'expansió en volum d'aquests monòmers es deguda a que en la polimerització per obertura d'anell es produeix un canvi de distancies covalents en la forma cíclica a distancies de Van der Waals en la forma oberta. La copolimerització de reïnes epoxi amb lactones en presència d'un àcid de Lewis porta a la formació "in situ" d'espiroortoesters. Un cop formats, polimeritzen i donen lloc a unitats de poli(èter-ester) a la xarxa tridimensional. Al polimeritzar generen expansió en l'última etapa del curat, precisament quan el material no té mobilitat, evitant així l'aparició de tensions internes.D'altra banda, l'estructura típica d'un termoestable implica que aquests materials, una vegada aplicats sobre un component electrònic, no poden ser eliminats ni mitjançant dissolvents ni per escalfament. La introducció de grups ester a la xarxa, especialment si son terciaris, permet disminuir la temperatura de degradació tèrmica en comparació a la dels materials epoxídics convencionals. Sotmesos els materials a un procés tèrmic, la xarxa termoestable sofreix una degradació parcial. Aquesta és suficient perquè es puguin eliminar per dissolució o mitjançant fricció mecànica. Així, el material electrònic pot ésser reparat o reciclat.Finalment, la introducció de restes alifàtiques a la xarxa termoestable redueix la densitat d'entrecreuament i amb ella la fragilitat dels materials, fent-los més flexibles.S'ha utilitzat una reïna comercial, el diglicidil èter del bisfenol A (DGEBA). Com a lactones el 2,2-dimetil-4,6-dioxo-1,3-dioxà o àcid de Meldrum (MA) i tres dels seus derivats amb la posició 5 disubstituïda. L'estructura d'aquests compostos permet introduir grups ester terciaris i cadenes alifàtiques a la xarxa epoxídica.S'ha sintetitzat una nova reïna epoxi: la 5,5-bis(2,3-epoxipropil)-2,2-dimetil-4,6-dioxo-1,3-dioxà (DGMA), on es conjuga en un mateix compost l'anell de bislactona i els grups glicidílics. Aquesta reïna s'ha homopolimeritzat i copolimeritzat amb la reïna epoxi de diglicidil èter de bisfenol A.Com a àcids de Lewis s'han estudiat els triflats de terres rares. Aquests permeten dur a terme el curat en condicions atmosfèriques. Els materials obtinguts amb els triflats de terres rares s'han comparat amb els obtinguts amb trifluorur de bor complexat, que és un iniciador catiònic convencional.A més, s'han obtingut materials a partir dels mateixos monòmers utilitzant un iniciador aniònic. En aquest cas, el mecanisme de curat no implica la generació de grups espiroortoester, però igualment porta a xarxes amb estructura de poli(èter-ester).Les etapes seguides en el present treball són:1. Síntesi i caracterització estructural dels derivats de l'àcid de Meldrum.2. Estudi del mecanisme de les reaccions de copolimerització catiònica i aniònica de la reïna epoxi amb l'àcid de Meldrum i derivats emprant els triflats de lantànid i el BF3·MEA i la DMAP, mitjançant calorimetria i FTIR/ATR.3. S'ha estudiat la cinètica dels processos de curat per calorimetria.4. Caracterització estructural dels diferents materials obtinguts.5. Avaluació de les propietats tèrmiques i mecàniques dels materials i del grau de contracció que experimenten en curar.6. Estudi dels processos de degradació dels materials termoestables obtinguts, així com les condicions que es produeix. De l'estudi realitzat s'ha pogut concloure que s'ha assolit una reducció global de l'encongiment al curar, s'han obtingut materials que inicien la degradació a temperatures inferiors a les de les reïnes epoxi convencionals i que van resultar ser més flexibles.ENGLISH