The diploma thesis deals with post-polymerization hydroxylation of polypropylene in solid state. Regarding the literature review, polypropylene was hydroxylated by radical grafting in aqueous solution of potassium persulfate at 100 °C, under nitrogen atmosphere for 60 minutes. Hydroxylation of polypropylene was performed at different concentrations of potassium persulfate (1; 5; 10 mol. %) and two different water/potassium persulfate molar ratios. The effects of reaction system composition and reaction conditions on reaction efficiency, extent of side reactions, thermal and rheological properties of hydroxylated polypropylene were evaluated. The presence and concentration of hydroxyl groups on polypropylene surface was determined by structural analysis (FTIR, XPS), while the highest efficiency was achieved in the presence of nonionic wetting agents, using 10 mol. % potassium persulfate and at lower water/potassium persulfate molar ratio. Based on changes in polypropylene structure, the modification took place mainly in the amorphous phase of the polymer. In addition to hydroxylation, concurrent side reactions have been reported, in particular the oxidation of wetting agents and polypropylene, which has resulted in chain cleavage, reducing the average molecular weight of the polypropylene.

The theoretical part describes the principles of the free-radical induced grafting and the influence of various parameters on the reactions course. The literature research summarizes the latest knowledge in the field of the reactive modification of polypropylene (PP), it is mainly focused on the PP modification using an unsaturated acid anhydrides. Theoretical part describes the various procedures and modification of technology in order to increase the grafting yield of maleation. The experimental part is determined by the influence of the stabilizers concentration, the peroxide structure, and the binary mixture of monomers on the grafting yield and the reaction course. In the first part, the critical stabilizers concentration was determined based on the experimentally obtained relationship between the grafting yield and the stabilizers concentration. A kinetic schema of grafting of MAH onto PP in the presence of stabilizers has been proposed and compared with the experimental results. The effect of the stabilizers on the extent of the undesirable b-scission was evaluated based on the melt flow rate (MFR) and the rheological curves of PP-g-MAH. In the second part, the effect of the peroxide structure and the concentration of reactants on the grafting yield of PP modification with MAH and itaconic anhydride (IAH) was observed. The initial grafting yield Rg has been experimentally determined and compared with a defined area of theoretical values of Rg. The extent of b-scission was significantly influenced by the structure and the concentration of peroxide, as shown by the results of MFR and the rheological curves of PP-g-MAH. The last part of the doctoral thesis is focused on the assessment of the combination of MAH and IAH as comonomers on the grafting yield. At first, the reference polymers were prepared using the solution polymerization of MAH, and IAH, and copolymerization of MAH with IAH. The reference polymers were analyzed by FTIR, DSC, WAXS to confirm the probable copolymerization of MAH and IAH. The dependence of the reaction enthalpy on the reaction time was observed using simulations of bulk polymerization of MAH, IAH and mixtures MAH and IAH "in situ" in isothermal calorimeter. PP was subsequently modified with a combination of MAH and IAH as comonomers in order to assess its effect on the grafting yield

Ce travail porte sur le greffage radicalaire de l'anhydride maléique sur un polyéthylène basse densité, en voie fondu, et en présence d'un abstracteur d'atome d'hydrogène. L'utilisation des radicaux nitroxyle, comme agent de terminaison, en présence d'un peroxyde a permis de bloquer la réaction de réticulation du polyéthylène, réaction secondaire fréquemment rencontré lors de l'utilisation de radicaux peroxyle, tout en permettant le greffage d'une faible quantité d'anhydride maléique. L'élimination d'une partie de l'anhydride maléique et des radicaux nitroxyle via des réactions secondaires à haute température semble toutefois inévitable. La substitution du peroxyde par une alcoxyamine dans le rôle d'abstracteur d'atome d'hydrogène a alors permis d'atteindre des taux de greffage en anhydride maléique supérieurs pour une modification des propriétés rhéologiques du polyéthylène équivalente. Néanmoins, des incertitudes demeurent encore sur le mécanisme de décomposition thermique de cette alcoxyamine permettant la réaction de greffage. / This work deals with melt grafting of maleic anhydride onto low density polyethylene using radical initiators which are able to abstract hydrogen from the polyolefin backbone. The use of a nitroxide radical as a termination reagent in presence of peroxide allowed to prevent the polyethylene crosslinking during the maleic anhydride grafting. Indeed, the polyethylene crosslinking is the main side reaction but the elimination of a small proportion of the reagents (monomer and nitroxide radical) through other side reactions seems to be unavoidable. The peroxide substitution by an alcoxyamine leaded to a higher grafted maleic anhydride rate for the same polyethylene rheological modification. Nevertheless, the thermal decomposition mechanism of the alcoxyamine which makes the grafting reaction possible is still uncertain.

Teoretická část předložené dizertační práce popisuje princip radikálového roubování a faktory ovlivňující reakční průběh. Radikálové roubování poly(mléčné kyseliny) (PLA) reaktivní modifikací je vhodnou technikou přípravy biodegradabilních polymerních materiálů s rozličnými vlastnostmi. Současný stav problematiky modifikace poly(mléčné kyseliny) radikálovým roubováním v tavenině je obsahem literární rešerše včetně možných aplikací. Experimentální část se zabývá modifikací PLA anhydridem kyseliny itakonové (IAH) radikálovým roubováním v tavenině. Reakce byla iniciována 2,5-bis(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhexanem (L101). V první části je průběh radikálového roubování pozorován “in situ” pomocí diferenciální kompenzační kalorimetrie (DSC) a termogravimetrické analýzy (TGA). Exotermní pík na DSC záznamu odpovídá průběhu radikálové reakce, na jehož základě lze definovat aktivační energii reakce. Průběh TGA křivky “in situ” radikálové reakce umožňil detekovat vedlejší produkty vznikající v průběhu radikálové modifikace. Ve druhé části byla PLA funkcionalizována reakcí v diskontinuálním laboratorním mixéru za reakčních podmínek navržených dle poločasu rozpadu zvoleného iniciátoru a zpracovatelských podmínek PLA. Reakční teplota 190 °C byla stanovena výpočtem z Arrheniovy rovnice pro reakční čas 6 min. Uvedené reakční parametry byly zvoleny s ohledem na kinetiku rozkladu L101 a potlačení degradace PLA. Infračervená spektroskopie (FTIR) potvrdila navázání IAH na PLA řetězec na základě výskytu –CH2 vibrací s absorpčními pásy při vlnočtu 2860 a 2920 cm-1. Vzrůstající intensita absorpčního pásu 1750 cm-1 potvrdila přítomnost minoritních C=O vibrací anhydridového kruhu překrytých dominantními C=O vibracemi PLA řetězce. Nukleární magnetická rezonance (1H-NMR) nepotvrdila roubování oligomerního IAH na PLA. Koncentrace reaktantů ve zvoleném rozsahu (0.5–10 hm % IAH, 0.1–2 hm % L101) byla použita pro posouzení jejího vlivu na obsah naroubovaného IAH a míru vedlejších reakcí, např. -štěpení, větvení a síťování. Při vysoké koncentraci IAH a L101 byla potvrzena homopolymerace IAH i přes její zanedbávání v tématicky podobných studiích. Tvrzení o IAH homopolymeraci bylo podpořena výsledky kolorimetrické analýzy, charakterizací vzorků připravených polymerací IAH za podmínek radikálového roubování a termickou stabilitou frakcí extrahovaných z PLA-g-IAH. Radikálovou modifikací PLA došlo ke zvýšení flexibility polymerních řetězců díky objemné struktuře IAH navázané na PLA řetězci, což se projevilo poklesem teploty skelného přechodu (Tg). Zvýšený obsah amorfní fáze, hydrofilní chování, rozvětvená struktura a štěpení řetězců má pozitivní vliv na zvýšenou biodegradabilitu PLA-g-IAH v porovnání s nemodifikovanou PLA. Neradikálová degradace, probíhající v průběhu zpracování PLA, byla prokázána změnou tokových vlastností taveniny. Tento nežádoucí jev byl potlačen přídavkem tzv. “prodlužovače řetězců” obsahujícího reaktivní epoxy skupiny. Reakce mezi epoxy skupinami a karboxylovými skupinami byla potvrzena pomocí FTIR a změnou reologických vlastností PLA-g-IAH.

L’objectif de cette thèse est le développement des matériaux polymères injectables innovants issus de ressources renouvelables et répondant aux exigences techniques automobiles. Pour cela, des mélanges à base de polyoléfines (POs) et du poly(3- hydroxybutyrate-co-hydroxyvalérate) (PHBV) ont été étudiés. Ces mélanges polymères étant non-miscibles, l’optimisation de leurs propriétés par compatibilisation a été réalisée selon différentes approches. Dans un premier temps, la synthèse de polypropylène fonctionnel original avec des taux de greffage relativement élevés et sans perte de masses molaires a permis, par réaction in-situ, la compatibilisation des mélanges PP/PHBV. Dans une deuxième partie, le poly(éthylène-co- alcool vinylique) greffé-poly(3- hydroxybutyrate-co- hydroxyvalérate) a été synthétisé par extrusion réactive, ce copolymère a été utilisé ensuite comme compatibilisant pour les mélanges PE/PHBV. L’ajout de ces compatibilisants a permis d’obtenir des matériaux ayant des propriétés optimisées et une morphologie nettement plus fine que les systèmes non compatibilisés démontrant ainsi leur efficacité / The main objective of this work is the development of innovative materials from renewable resources for the automotive industry. Polymer blends of polyolefins (POs) and poly(3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) were prepared through twin screw extruder process and studied. These polymer blends are non-miscible, then in order to optimize their final properties, compatibilizing agents were synthesized by reactive extrusion. On the one hand, functionalized polypropylene with various polar monomers and without significant molecular weight loss was synthesized with the aim to compatibilize PP/PHBV blends, on the other hand, poly(ethylene-co- vinylalcohol)-graft- poly(3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) was obtained by exchange reactions in the presence of an efficient catalyst and those in order to compatibilize PE/PHBV blends. Efficiency of these compatibilizers was investigated in the last part of this study which is dedicated to POs/PHBV polymer blends compatibilization. Materials with improved properties and finer morphologies than the non- compatibilized systems were obtained thanks to the compatibilizers