Παρασκευή και μελέτη ιδιοτήτων ομοπολυεστέρων και συμπολυεστέρων του βανιλικού οξέος
Authors: Ξανθοπούλου Ελευθερία 
Published: May 2024

Τα πολυμερικά υλικά αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητας των σύγχρονων κοινωνιών, ιδιαίτερα στους τομείς της συσκευασίας και των κατασκευών, λόγω των εξαιρετικών τους ιδιοτήτων, σε συνδυασμό με το σχετικά χαμηλό τους κόστος. Ωστόσο, περιβαλλοντικά προβλήματα, που σχετίζονται με την απόρριψη των συνθετικών πολυμερών μετά από βραχυπρόθεσμη χρήση σε χερσαία και θαλάσσια περιβάλλοντα και τη συσσώρευση μικροπλαστικών σε υδατικούς αποδέκτες έχουν οδηγήσει στην ανάγκη ανάπτυξης νέων πολυμερών από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Το βανιλικό ή 4-υδρόξυ-3μεθόξυ-βενζοϊκό οξύ, είναι προϊόν οξείδωσης της βανιλίνης και αποτελεί ένα από τα πιο υποσχόμενα μονομερή για τη σύνθεση βιοπροερχόμενων πολυεστέρων. Λόγω των αντιοξειδωτικών, αντιμικροβιακών, αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων του, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αρχική ένωση για πληθώρα πολυμερικών υλικών. Στην περίπτωση αυτή, η δομική ομοιότητα του βανιλικού οξέος με το τερεφθαλικό οξύ (TPA), που είναι το αρχικό μονομερές για τη σύνθεση των πολυ(τερεφθαλικών αλκυλενεστέρων), των πιο ευρέως χρησιμοποιούμενων πολυεστέρων στον τομέα της συσκευασίας, λειτουργεί ενθαρρυντικά για την παραγωγή αντίστοιχων πολυεστέρων με συγκρίσιμες ιδιότητες. Επομένως η παραγωγή πολυεστέρων του βανιλικού οξέος με συγκρίσιμες ιδιότητες προς εκείνες των πολυ(τερεφθαλικών αλκυλενεστέρων) συνιστά μία πρόκληση για τη βιώσιμη χημεία πολυμερών. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση και ο εκτενής χαρακτηρισμός εκτενής χαρακτηρισμός και μελέτη ιδιοτήτων ομοπολυεστέρων και συμπολυεστέρων με βάση το βανιλικό οξύ. Στο πρώτο μέρος της διατριβής, συντέθηκαν ως μονομερή υποκατεστημένα παράγωγα του βανιλικού οξέος. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε αντίδραση αιθεροποίησης του φαινολικού υδροξυλίου του βανιλικού οξέος με μία αλογονόαλκοόλη, προς παραλαβή του αντίστοιχου υδροαλκυλοξυ-βανιλικού οξέος. Η πρόοδος κάθε αντίδρασης παρακολουθήθηκε με χρήση της τεχνικής φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού. Μετά το πέρας της αντίδρασης, πραγματοποιήθηκε δομική και θερμική μελέτη κάθε προϊόντος, με στόχο τον επιτυχή πολυμερισμό του. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής πραγματοποιήθηκε η σύνθεση και ο εκτενής χαρακτηρισμός σειράς ομοπολυεστέρων του βανιλικού οξέος με διαφορετικό αριθμό αλκυλενομάδων, με την τεχνική πολυμερισμού τήγματος δύο σταδίων. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μελέτη της δράσης διαφορετικών καταλυτών στη σύνθεση του πολυ(βανιλικού αιθυλενεστέρα). Η επιτυχής σύνθεση των επιμέρους πολυμερών επιβεβαιώθηκε με μοριακό χαρακτηρισμό με φασματοσκοπικές τεχνικές. Ακολούθησε εκτενής μελέτη των δομικών, φυσικοχημικών και μηχανικών τους ιδιοτήτων με τη χρήση πολλαπλών τεχνικών χαρακτηρισμού. Στο τρίτο μέρος της διατριβής, το βανιλικό οξύ συνδυάστηκε με την 1,3-προπανοδιόλη (1,3-PDO) αλλά και με το 2,5-φουρανοδικαρβοξυλικό και το τερεφθαλικό ομόλογο του, οπότε συντέθηκε ο πολυ(βανιλικός προπυλενεστέρας) (PPV) αλλά και μια σειρά συμπολυμερών με στόχο τη δημιουργία νέων πολυμερών με μοναδικές ιδιότητες. Η σύνθεση των συμπολυεστέρων πραγματοποιήθηκε με εφαρμογή της μεθόδου πολυσυμπύκνωσης τήγματος δύο σταδίων. Ακολούθησε πλήρης δομικός και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των τελικών υλικών. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μελέτη της κινητικής κρυστάλλωσης σε ισόθερμες και δυναμικές συνθήκες. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη της αποικοδόμησης των νεοσυντιθέμενων συμπολυμερών με την εφαρμογή της τεχνικής θερμοσταθμικής ανάλυσης (TGA).