Recubrimientos epoxi termoestables a partir de fuentes biosostenibles
Tutor/a - Director/a
Estudiant
Medina Vicuña, Ioxaydel De Jesus
Tipus de document
Treball Final de Grau
Data
2023
rights
Accés restringit per acord de confidencialitat
Editorial
Universitat Politècnica de Catalunya
Titulacions
UPCommons
Resum
Actualmente, en la industria de los recubrimientos y de los adhesivos, se utiliza
mayoritariamente la resina diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA), la cual proviene de derivados
del petróleo, para fabricar resinas epoxi termoestables. El problema que presenta este tipo de
resinas y sus derivados, es que el bisfenol A, material de partida del que provienen, es
altamente tóxico, cancerígeno y mutagénico. De allí la necesidad de encontrar materiales
alternativos para la preparación de dichas resinas epoxi.
En este trabajo, se plantea el uso de resinas epoxi de fuente biosostenible, concretamente el
policarbonato de limoneno oxidado (PLCO), como componente epoxi, y su combinación con
distintos agentes de curado derivados de anhídridos de ácidos (también llamados
endurecedores) para evaluar su reactividad y posible aplicación como recubrimiento y
adhesivo para metales. Al no contener bisfenol A, ni anillos aromáticos, se espera que la
resina base, es decir, el PLCO, sea menos tóxica para el ser humano que la DGEBA. La otra
ventaja del nuevo material es que es un material sólido, de fácil manipulación, si comparado
con la DGEBA, que es un líquido viscoso. Cabe mencionar que la evaluación de la toxicidad
del nuevo compuesto no es un objetivo del presente estudio ya que implica tiempos de
dedicación superiores a los créditos de un trabajo final de estudios.
En resumen, el objetivo principal es preparar, caracterizar y estudiar la viabilidad del PLCO
como recubrimiento epoxi para aplicaciones como adhesivo. El material curado se
caracterizará mediante técnicas espectroscópicas, térmicas y mecánicas (fuerza de
adhesión). La técnica espectroscópica a ser empleada es la espectroscopia de infrarrojos por
transformada de Fourier (FTIR), la cual se emplea para determinar la composición química
del componente base (PLCO), así como la composición del termoestable, tras el proceso de
curado con los distintos endurecedores. Por otro lado, las propiedades térmicas se evaluarán
mediante pruebas de calorimetría de barrido diferencial (DSC) y análisis termogravimétricos
(TGA). También se estudiarán las propiedades de mojabilidad de los filmes, por medio de la
técnica de ángulo de contacto de una gota de agua (WCA). Finalmente, para las pruebas de
adherencia se emplearán substratos de aleaciones de aluminio y la técnica “pull-off”; y para
las pruebas de tracción-deformación (propiedades mecánicas) se emplearán probetas
rectangulares de los materiales termoestables curados.
Actualment en la indústria dels recobriments i dels adhesius s'utilitza majoritàriament la resina
diglicidil èter de bisfenol A (DGEBA), la qual prové del petroli, per a fabricar resines epòxid
termoestables. El problema que presenten aquest tipus de resines i els seus derivats, és que
el bisfenol A, material de partida del qual provenen, és altament tòxic, cancerigen i mutagènic.
D'allí la necessitat de trobar materials alternatius per a la preparació de resines epoxi.
En aquest treball, es planteja l'ús de resines epòxid de font biosostenible, concretament el
policarbonat de limoneno oxidat (PLCO) com a component epoxi i es combina amb diferents
agents de curat derivats d'anhídrids d'àcids (també anomenats enduridors) per a avaluar la
seva reactivitat i possible aplicació com a recobriment i adhesiu per a metalls. Al no contenir
bisfenol A, s'espera que la resina base, és a dir, el PLCO, sigui menys tòxic per a l'ésser humà
que la DGEBA. L'altre avantatge del nou material és que és un material sòlid, de fàcil
manipulació, si comparat amb la DGEBA, que és un líquid viscós. Cal esmentar que
l'avaluació de la toxicitat del nou compost no és un objectiu del present estudi ja que implica
temps de dedicació superiors als crèdits d'un treball final d'estudis.
En resum, l'objectiu principal és preparar, caracteritzar i estudiar la viabilitat del PLCO com a
recobriment epoxi per a aplicacions com a adhesiu. El material curat es caracteritzarà
mitjançant tècniques espectroscòpiques, tèrmiques i mecàniques (força d'adhesió). La tècnica
espectroscòpica a ser emprada és l'espectroscòpia d'infrarojos per transformada de Fourier
(FTIR), la qual s'empra per a determinar la composició química del component base (PLCO),
així com la composició del termoestable, després del procés de curat amb els diferents
enduridors. D'altra banda, les propietats tèrmiques s'avaluaran mitjançant proves de
calorimetria d'escombratge diferencial (DSC) i anàlisi termogravimètrics (TGA). També
s'estudiaran les propietats de mullabilitat dels films, per mitjà de la tècnica d'angle de contacte
en aigua (WCA). Finalment, per a les proves d'adherència s'empraran substrats d'alliatges
d'alumini i la tècnica “pull-off”; i per les proves de tracció-deformaació (propietats mecàniques)
s'empraran provetes rectangulars dels materials termoestables curats.
Currently, in the coatings and adhesives industry, bisphenol A diglycidyl ether resin (DGEBA),
which comes from petroleum, is mainly used to manufacture thermosetting epoxy resins. The
problem with this type of resin and its derivatives is that bisphenol A, the starting material from
which they are derived, is highly toxic, carcinogenic and mutagenic. Hence, the need to find
alternative materials for the preparation of epoxy resins.
In this work, the use of epoxy resins from a biobased source, namely polycarbonate limonene
oxide (PLCO) as an epoxi component, is proposed and combined with different curing agents
derived from acid anhydrides (also called hardeners) to evaluate their reactivity and possible
application as a coating and adhesive for metals. As it does not contain bisphenol A, the base
resin, i.e. PLCO, is expected to be less toxic to humans than DGEBA. The other advantage of
the new material is that it is a solid material, which is easy to handle, compared to DGEBA,
which is a viscous liquid. It is worth mentioning that the evaluation of the toxicity of the new
compound is not an objective of the present study as it implies a time commitment that exceeds
the credits of a final thesis.
In summary, the main objective is to prepare, characterise and study the feasibility of PLCO
as an epoxy coating for adhesive applications. The cured material will be characterised by
spectroscopic, thermal and mechanical (adhesion strength) techniques. The spectroscopic
technique to be employed is Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), which is used to
determine the chemical composition of the base component (PLCO), as well as the
composition of the thermoset, after the curing process with the different hardeners. On the
other hand, the thermal properties will be evaluated by differential scanning calorimetry (DSC)
and thermogravimetric analysis (TGA). The wettability properties of the films will also be
studied by means of the water contact angle (WCA) technique. Finally, aluminium alloy
substrates and the pull-off technique will be used for adhesion tests; and rectangular
specimens of the cured thermosetting materials shall be used for the tensile stress-strain tests
(mechanical properties).
