Desarrollo de sistemas termoestables de altas prestaciones y menor impacto ambiental basados en polibenzoxazinas híbridas

Abstract

Durante la tesis se investigaron aspectos novedosos asociados a la química de las benzoxazinas híbridas y su aplicación a la preparación de sistemas poliméricos termoestables de altas prestaciones y bajo impacto ambiental. En primer lugar, se sintetizó un monómero basado en alcoxisilanos (BA-3aptms) a partir de bisfenol A, 3-trimetoxisililpropilamina y paraformaldehído. Posteriormente se obtuvo el precursor híbrido Pr(BA-3aptms) a partir del proceso sol-gel. Se obtuvo un material híbrido polibenzoxazina/polisilsesquioxano con elevada Tg; buena resistencia térmica; y morfología basada en nanodominios de polisilsesquioxanos con alta orientación laminar. Como siguiente etapa, se presentó la incorporación de nanopartículas de sílice al precursor híbrido Pr(BA-3aptms) y se investigó la influencia de las mismas sobre la morfología, propiedades térmicas, de retardancia a la llama y mecánicas del material. Adicionalmente, se propuso la copolimerización del precursor híbrido [Pr(BA-3aptms)] con la resina epoxi (DGEBA) y benzoxazina (BA-a) basadas en bisfenol A como estrategia para preparar copolímeros benzoxazina/epoxi y benzoxazina/benzoxazina con diferentes cantidades de polisilsesquioxanos en su estructura química. Se analizó el efecto de la composición de los copolímeros sobre las propiedades de interés mencionadas. Por otra parte, se exploró el desarrollo de una benzoxazina parcialmente renovable basada en furano (SA-dfda) y su copolimerización con DGEBA, BA-a y Pr(BA-3aptms). Se investigó el efecto de la fracción renovable en los materiales y el contenido de siloxano en las mezclas correspondientes. Finalmente, se sintetizaron benzoxazinas multi-oxazina basadas en grupos fenólicos y aminas renovables a través de una nueva estrategia de síntesis, mediante la esterificación con haluros orgánicos asistida por 1,1,3,3-tetrametil-guanidina.

In this work, the synthesis and development of novel hybrid thermoset polymers based on benzoxazines was investigated. First, an alcoxysilane-based monomer (BA-3aptms) was synthesized from bisphenol A, 3-aminopropyl trimethoxysilane and paraformaldehyde. Next, a hybrid precursor [Pr(BA-3aptms)] based on polysilsesquioxanes was obtained from the sol-gel process of the respective monomer. A hybrid polybenzoxazine/polysilsesquioxane-based material was obtained, which showed high Tg, good thermal resistance and a nano-laminar morphology. As a next step, the incorporation of silica nanoparticles to the hybrid precursor was studied as a strategy for enhancing the mentioned properties. The influence of the nanoparticles on the morphlogy, thermal properties, flame resistance and mechanical behavior was studied. Additionally, the copolymerization of this precursor with conventional benzoxazine (BA-a) and epoxy (DGEBA) resins was presented, in order to obtain benzoxazine/benzoxazine and epoxy/benzoxazine copolymers with different concentration of polysilsesquioxanes. In this case, the effect of the composition on the mentioned properties was studied. On the other hand, the development of novel partially- or fully-biobased benzoxazines was explored. In order to achieve this, a novel furan-based benzoxazine was synthesized and copolymerized with the previously mentioned resins. The effect of the presence of polysilsesquioxanes on the crosslinked copolymers was studied. Finally, a novel route for the synthesis of multifunctional benzoxazines was presented, mainly based on the esterification of carboxylic acid-based benzoxazines and organic halides, assisted by 1,1,3,3-tetramethyl guanidine.