Síntesis de nuevas especialidades poliméricas. Polímeros termoestables basados en polibenzoxazinas

Abstract

En esta tesis se investigó el diseño y desarrollo de nuevos sistemas de Polibenzoxazinas, a fin de obtener materiales avanzados para ser aplicados en recubrimientos o matrices destinados a la industria electrónica, aeronáutica o aeroespacial. A tales efectos, se propuso la síntesis y caracterización de benzoxazinas (Bzs) incorporando grupos funcionales ácido carboxílicos, con la finalidad de que estos grupos actúen como aceleradores del curado y como puntos de entrecruzamiento adicionales; y así obtener materiales más entrecruzados respecto a los derivados de las resinas tradicionales. En primer lugar, se realizó un estudio detallado del curado de la Bz convencional (BzBA) por FTIR, SEC y RMN con cinco condiciones de curado diferentes. Se estimó el punto de gel y se presentó un modelo matemático que se ajustó y validó con los datos experimentales. Por otra parte, se sintetizaron y caracterizaron dos nuevas Bzs a partir de bisfenol A o fenol, etanolamina, paraformaldehído y anhídrido maleico, denominadas BzPFA y BzFA, respectivamente. Luego se prepararon sistemas de BzBA:BzPFA y BzBA:BzFA con diferentes relaciones másicas y se siguió el progreso de la reacción de curado por FTIR y SEC, obteniendo conversiones y pesos moleculares hasta el punto de gel. Los resultados mostraron que estos nuevos polímeros presentan más de un mecanismo de curado y curan a temperaturas más bajas con respecto a la BzBA. Finalmente, se prepararon los materiales y se evaluaron las propiedades viscoelásticas, térmicas, de inflamabilidad y morfológicas. Los materiales de las mezclas exhibieron propiedades mejoradas respecto a la BzBA.

The objective of this Thesis is to investigate the design and development of new Polibenzoxazine systems, in order to obtain advanced materials to be applied in coatings or matrices destined to the electronic, aeronautical or aerospace industry. For this purpose, the synthesis and characterization of benzoxazines (Bzs) incorporating carboxylic acid functional groups was proposed, with the aim of acting as curing accelerators and as additional crosslinking points; and thus obtain more crosslinked materials respect to those derived from traditional resins. First, a detailed curing study of the conventional Bz (BzBA) was carried out by FTIR, SEC and NMR under five different curing conditions. The gel point was estimated and a mathematical model adjusted and validated with the experimental data. On the other hand, two new Bzs were synthesized and characterized from bisphenol A or phenol, ethanolamine, paraformaldehyde and maleic anhydride, named BzPFA and BzFA, respectively. Then BzBA:BzPFA and BzBA:BzFA systems were prepared in different mass ratios and the curing reaction was followed by FTIR and SEC, obtaining conversions and molecular weights up to the gel point. Results showed that these new polymers exhibit more than one curing mechanism and cure at lower temperatures respect to the BzBA. Finally, the materials were prepared and the viscoelastic, thermal, flammability and morphological properties were evaluated. The materials of the mixtures exhibited improved properties in comparison to BzBA.