Aplicación de la técnica GPC al análisis de polímeros de interés industrial

Abstract

Polymers are one of the most used compounds in the chemical industry because they have application in a wide variety of products for daily use. Polymer preparation and its analysis is a very active field of research in universities and research centers in chemistry and chemical engineering around the world. There are many possible fields of research around the chemistry of polymers, including their chemical characterization, molecular weight analysis (PM) and molecular weight dispersion (DPM). These parameters also modify the physicochemical properties of the polymer. Unlike the low molecular weight molecules in which all have the same weight, and so the weight is unique and exact, in the case of polymers the molecular weight of the polymer results from the molecular weight means of the discrete molecules that compose it. Many physicochemical properties such as resistance to degradation, flexibility of a plastic, compatibility between different plastic materials of different chemical nature, behavior against temperature, among others, they are directly related not only to chemical nature of the polymer, but also with its molecular weight and the molecular weight dispersion of discrete molecules that compose the polymer. Therefore, not only the chemical nature but also the determination of molecular weight and the dispersion of weights are necessary to characterize the polymer and to understand its properties. The present study is based on the development of methodologies using GPC for the analysis of the PM and the DPM of different polymers used in the company Concentrol, as well as other polymers that are currently synthesized or that can be synthesized in the future, to contribute an improvement in the quality of analysis of products manufactured in Concentrol thus giving a higher level of quality in their products, allowing for the company be more competitive in the market. On the other hand, a family of these polymers that Concentrol uses and manufactures are silicone stabilizers for polyurethane foam, surfactants. This thesis includes the synthesis and characterization of a wide set of polymers for the production of surfactants including themselves, and the subsequent evaluation of these in different polyurethane systems, in order to find the relationship between molecular weight and surfactant structure with the final properties of the foams with the aim of designing new surfactants that are better or providing new properties to the polyurethane foams. The synthesis chemistry of surfactants in the industry is currently based on platinum catalysts. In this doctoral thesis the synthesis of catalysts based in non-precious metals for the synthesis of surfactants has been investigated, in order to replace the current platinum ones

Els polímers són uns dels compostos més àmpliament utilitzats en la indústria química perquè tenen aplicació en multituds de productes d’ús quotidià. La preparació i l’anàlisi de polímers constitueix un camp de recerca molt actiu en universitats i centres de recerca en química i enginyeria química de tot el mon. Hi ha molts possibles camps d’investigació al voltant de la química dels polímers, entre ells, la seva caracterització química, l’anàlisi del seu pes molecular(PM) i la seva dispersió (DPM). Aquests paràmetres defineixen les propietats físico-químiques del polímer. A diferència de les molècules de baix pes molecular en les que totes tenen el mateix pes, i per tant el pes és únic i exacte, en el cas dels polímers el pes molecular resulta d’una mitjana dels pesos moleculars de les molècules discretes que el componen. Moltes propietats físico-químiques com la resistència a la degradació, la flexibilitat d’un plàstic, la compatibilitat entre diferents materials plàstics de naturalesa química diferent, el comportament enfront la temperatura, entre d’altres, estan directament relacionades no només amb la naturalesa química del polímer, si no també amb el seu pes molecular i la dispersió de pesos moleculars de les molècules discretes que formen el polímer. Per tant, no només la naturalesa química sinó també la determinació del pes molecular i la dispersió de pesos són necessaris per a caracteritzar el polímer i entendre les seves propietats. El present estudi es basa en el desenvolupament de metodologies mitjançant GPC per a l’anàlisi del PM i de la DPM de diferents polímers utilitzats a l’empresa Concentrol així com altres polímers que es sintetitzen actualment o que es puguin sintetitzar en un futur, a fi d’aportar una millora a la qualitat d’anàlisis dels productes fabricats actualment a Concentrol donant així un nivell major de qualitat superior en els seus productes, permetent que l’empresa sigui més competitiva en el mercat. Per altre banda, una família d’aquests polímers que utilitza i fabrica Concentrol son els estabilitzadors de silicona per a espuma de poliuretà, surfactants. Aquesta tesis recull la síntesis i caracterització d’un ampli conjunt de polímers per a la producció de surfactants inclosos ells mateixos, i la posterior avaluació d’aquests en diferents sistemes de poliuretà, a fi de trobar la relació entre el pes molecular i l’estructura dels surfactants amb les propietats finals de les espumes per tal de dissenyar nous surfactants que millorin o proporcionin noves propietats a les espumes de poliuretà. La química de síntesis dels surfactants en l’industria actualment es basa amb catalitzadors de platí. En la present tesis doctoral s’ha investigat en la síntesis de catalitzadors basats amb metalls no preciosos per a la síntesis dels surfactants per poder substituir als actuals de platí