Se estudia el comportamiento a fractura de materiales, compuestos por una matriz de plástico en la que se ha dispersado una segunda fase en forma de partículas elastoméricas. Como matriz se han utilizado dos materiales diferentes: una resina de poliéster insaturada y poliestireno. Se estudia la morfología de los materiales compuestos preparados, se determinan los parámetros de fractura y otras propiedades mecánicas, se realiza el estudio fractográfico y finalmente se analizan los resultados e identifican los mecanismos de refuerzo que han actuado en cada caso.Se demuestra que la modificación con partículas elastoméricas tanto del poliéster insaturado como del poliestireno produce una mejora de la tenacidad a la fractura.El mecanismo de refuerzo de la tenacidad para el caso de matriz termoestable es el de "crack pinning-bowing" y para el caso de matriz termoplástica es el de múltiple "crazing".

En este trabajo de investigación se ha estudiado la influencia de algunos copolimeros de butadieno y acrilonitrilo sobre el curado de una resina epoxi y sobre las propiedades térmicas y termomecánicas de los materiales compuestos resultantes. Mediante curados isotérmicos se ha investigado utilizando la calorimetria diferencial de barrido (dsc) la influencia que tiene la adición de estos copolímeros sobre el curado de la resina epoxi. A partir de las diferentes experiencias se ha hallado en función del tiempo la temperatura de transición vitrea (tg) y el grado de conversión. Estos resultados han permitido obtener el tiempo de vitrificación, el grado de conversión cuando el material vitrifica y la tgoo (la mayor tg que puede tener el sistema) para los diferentes sistemas estudiados.Se ha analizado la cinetica del proceso de curado mediante diferentes metodos isotérmicos y dinámicos utilizando la tecnica DSC. Se han obtenido valores de energia de activación y de factor de frecuencia de los sistemas empleados. La relación experimental entre la tg y el grado de conversión se ha ajustado mediante la ecuación de dibenedetto.Utilizando el análisis termomecánico (tma) ha podido observarse el fenómeno de la gelificación y se ha determinado mediante la técnica dsc el grado de conversión cuando el material gelifica. Con estos datos y con los cineticos obtenidos anteriormente se han podido construir los diagramas ttt (tiempo-temperatura-transformación).Se ha estudiado el fenómeno del envejecimiento físico en muestras parcialmente curadas de resina epoxi pura y de esta misma resina con diferentes proporciones de ctbn31.Se ha investigado la solubilización del plastificante contenido en el endurecedor por parte de los elastómeros y la solubilidad existente entre la base epoxi y los copolímeros. Mediante el análisis térmico-dinámico-mecánico (dmta) se ha observado la separacion de fases existentes en los diferentes sistemas estudiado.

Actualmente en el campo de los materiales poliméricos se está desarrollando un nuevo tipo de resinas fenólicas a partir de las 3,4-dihidro-2H-1,3-benzoxazinas. La síntesis de estos compuestos heterocíclicos tiene lugar por reacción de un fenol, una amina primaria y formaldehído. Estos monómeros bajo la acción de temperatura o catalizadores dan lugar a las polibenzoxazinas mediante un proceso de apertura de anillo.Los polímeros resultantes poseen buena estabilidad térmica, interesantes propiedades mecánicas, además de una excelente resistencia química y a la radiación UV. El pequeño cambio de volumen que experimentan durante el proceso de polimerización junto con su baja viscosidad que facilita el procesado los hacen muy útiles en la industria. Su baja constante dieléctrica y su bajo nivel de absorción de agua hacen que sean especialmente utilizados como soportes electrónicos. Por último, cabe destacar que la presencia de nitrógeno y anillos aromáticos les confiere cierto carácter retardante a la llama.Normalmente la polimerización de benzoxazinas transcurre a elevadas temperaturas, generalmente superiores a 200ºC. Sin embargo, es habitual el uso de catalizadores de naturaleza ácida para facilitar el proceso. Así, los mecanismos de propagación descritos en la literatura para la polimerización de este tipo de monómeros son de naturaleza catiónica y están basados en el ataque de las posiciones nucleófilas al anillo heterocíclico activado.La mayoría de las benzoxazinas utilizadas a nivel industrial para la obtención de materiales son difuncionales, como las derivadas del Bisfenol-A, ya que dan lugar a estructuras entrecruzadas. Este hecho hace que la mayoría de estudios realizados hasta el momento hagan referencia a este tipo de compuestos y no a las benzoxazinas monofuncionales, por lo que existe poca información acerca del mecanismo y la estructura de este tipo de polímeros. Por esta razón, en este trabajo se ha estudiado la formación de polímeros mediante la polimerización de benzoxazinas monofuncionales preparadas expresamente para dicho fin.Así, el objetivo principal ha consistido en la realización de un minucioso estudio del mecanismo de polimerización. Para ello, se ha llevado a cabo la síntesis de una familia de benzoxazinas que contienen grupos con distinto carácter electrónico, a partir de distintos fenoles y aminas aromáticas, optimizando los métodos de síntesis existentes.En primer lugar se ha estudiado la polimerización térmica de dichos monómeros mediante calorimetría diferencial de barrido, teniendo en cuenta principalmente la influencia de sustituyentes con diferente carácter electrónico sobre la temperatura de polimerización. Además, también se ha estudiado la polimerización térmica en monómeros altamente reactivos que contienen grupos ácido y fenol, observando el efecto activador que originan estos grupos sobre la polimerización.Se ha propuesto un nuevo sistema iniciador consistente en la combinación de trifluoruro de boro con alcoholes basándose en los resultados obtenidos en la polimerización térmica. Este sistema resulta especialmente efectivo en la polimerización en solución de este tipo de monómeros, permitiendo obtener los correspondientes polímeros con elevadas conversiones en unas condiciones de polimerización muy suaves. Se ha demostrado que con este sistema iniciador el mecanismo de propagación es distinto al descrito en la literatura. Se ha propuesto un nuevo mecanismo de polimerización en base a estudios cinéticos, a la caracterización microestructural por RMN, y a la realización de experimentos con monómeros marcados isotópicamente con deuterio.Finalmente, se ha llevado a cabo un estudio de la polimerización térmica de monómeros benzoxazínicos que contienen a la vez grupos glicidilo en su estructura, pudiéndose llegar a separar los dos procesos de polimerización con el uso de catalizadores. Este hecho ha permitido la obtención de poliéteres lineales con grupos benzoxazina laterales, pudiendo ser entrecruzados a temperaturas superiores. / Nowadays, in the field of polymeric materials a new type of phenolic resins are being developed from 3,4-dihydro-2H-1,3-benzoxazines. The synthesis of these compounds takes place by reaction of a phenol, a primary amine and formaldehyde. These monomers give polybenzoxazines by means of temperature or catalysts by a ring-opening process.The resulting polymers exhibit good thermal stability, interesting mechanical properties, and excellent resistance to chemicals and radiation UV. The low change of volume during polymerization together with their low viscosity facilitates its processing in industrial applications. Their low dielectric constant and low water absorption make them useful in electronic applications. Finally, the presence of nitrogen and aromatic rings contributes to confer them a flame retardant character.Usually, the benzoxazine polymerization is carried out at high temperatures, generally exceeding 200ºC. Nevertheless, is typical to use acidic catalyst to accelerate the process. The propagation mechanism of benzoxazine polimerization described in the literature is cationic and proceeds through the attack of the nucleophilic positions to the oxonium activated heterocyclic ring.Most benzoxazines used in the industry are difunctional like the Bisphenol-A derivate, and lead to crosslinked materials. Consequently there is not much information concerning the mechanism of polymerization and the structure of these polymers. For this reason this work is focused on the study of the polymer formation by means the use of monofunctional benzoxazines that have been synthesised for this purpose.The main aim of this work is to establish a feasible polymerization mechanism. For this reason a family of benzoxazines containing functional groups with different electron-withdrawing o electron-donating capacity has been prepared.First, the thermal polymerization of these monomers has been studied by differential scanning calorimetry, analysing the influence of the electronic character of the substituents in the polymerization temperature. Moreover, the thermal polymerization of highly reactive monomers that containing acid and phenol groups has been studied. In this case a relationship between the acidity of these groups and the activating effect has been established.Based in the thermal polymerization results a new initiator system consisting in a combination of BF3 and alcohols has been proposed. This initiator system results especially effective in the polymerization in solution of this type of monomers allowing to obtain the corresponding polymers with high conversions in mild polymerization conditions. It has been demonstrated that with this initiator the propagation mechanism is different to the described in the literature. A new polymerization mechanism has been proposed in basis of kinetic studies, NMR microstructural characterization of the polymers and deuterium isotopic labelling experiments.Finally, the thermal polymerization of benzoxazinic monomers that contain glycidyl groups in their structure has been studied. It has been possible to separate the two polymerization processes with the use of an appropriate catalyst. This result allows to prepare linear polyethers with pendant benzoxazine groups that can be further crosslinked at higher temperatures.

Durant les últimes dècades, els materials polimèrics han anat substituint els materials convencionals degut a que són més versàtils, menys densos i presenten interessants propietats. No obstant, presenten com a greu inconvenient, la seva inherent combustibilitat i en presència d'una font de calor i d'oxigen es cremen fàcil i ràpidament. El problema que es planteja és doble, ja que no només es perden les propietats del material sinó que el fum i els gasos tòxics que es desprenen són els principals responsables del perill que suposa un incendi. En aquests darrers anys s'han desenvolupat diferents estratègies per minimitzar la inflamabilitat dels materials polimèrics, com són la incorporació d'additius o la modificació de l'estructura química dels polímers comercials i la síntesis de polímers específics. La primera opció, àmpliament utilitzada en la indústria per raons econòmiques, presenta alguns inconvenients, ja que els additius es poden extreure amb aigua o dissolvents, poden migrar i poden disminuir les propietats físiques i químiques del material. La incorporació de l'element químic responsable de la resistència al foc, de forma que estigui químicament enllaçat al polímer, permet solucionar part dels problemes abans mencionats per als additius.Tot i que en aquests últims anys hi ha hagut un increment en el nombre d'heteroelements utilitzats com a retardants a la flama, el mercat està encara dominat per compostos halogenats. Aquests compostos que són altament efectius, interferint amb les reaccions responsables de la propagació de la flama, presenten com a greu inconvenient que durant la seva combustió es desprenen gasos molt tòxics i corrosius. Per aquest motiu, s'estan fent molts esforços en el camp de la investigació en la cerca de nous retardants a la flama lliures d'halògens, que siguin més respectuosos amb el medi ambient i menys agressius en cas d'un incendi. Els compostos fosforats i sililats han demostrat ser efectius retardants a la flama més respectuosos ambientalment.Un altre problema dels materials polimèrics és l'encongiment que pateixen durant la polimerització i el curat, que té conseqüències negatives en el producte final. Per exemple, en polímers que s'utilitzen com adhesius, es poden trobar zones amb menor capacitat d'adhesió al substrat. Quan s'utilitzen com a recubriments es poden produir tensions internes que poden generar esquerdes i cavitats en el material, reduint la seva durabilitat. En l'actualitat, aquesta problemàtica s'està minimitzant incorporant càrregues, però aquesta metòdica presenta alguns inconvenients ja que augmenta la viscositat del sistema, dificultant el processat i condueix a materials més rígids i fràgils. Una alternativa és utilitzar el que es coneix com a "monòmers expandibles", és a dir, aquells que durant el procés de curat no sofreixen contracció o que fins i tot s'expandeixen lleugerament. Entre els monòmers expandibles més utilitzats es troben els espiroortoesters.Amb aquests antecedents, el que es va proposar en aquest treball és l'obtenció de nous materials ignifugants, lliures d'halògens, que presentin un baix encongiment durant la polimerització i el curat. Per assolir aquest objectiu, s'han desenvolupat diferents estratègies que a continuació s'exposen breument:1. Síntesi de nous monòmers basats en espiroortoesters que continguin fòsfor o silici en la seva estructura. En concret, s'han sintetitzat dos espiroortoesters fosforats, el propanoat de (1,4,6-trioxaespiro [4.4] nonà-2-il)-metil-3-[10-(9,10-dihidro-9-oxa-9-fosfafenantrè-10-òxid-10-il)] i el maleat de bis[(1,4,6-trioxaespiro [4.4] nonà-2-il)-metil 2-[10-(9,10-dihidro-9-oxa-9-fosfafenantrè-10-òxid)] i un de sililat, el propanoat de 1,4,6-trioxaespiro [4.4]-2-nonilmetil 3-trimetil silil. Aquests nous monòmers s'han obtingut amb bons rendiments mitjançant la modificació d'espiroortoesters prèviament sintetitzats en el laboratori a partir d'una reacció d'esterificació o una addició de Michael. Els espiroortoesters precursors s'han obtingut per al mètode tradicional, a partir de la reacció de la -butirolactona i un epòxid.S'ha estudiat la polimerització i copolimerització d'aquests espiroortoesters amb reïnes epoxi comercials amb triflat d'iterbi com a iniciador. A més, també s'ha estudiat l'efecte de combinar fòsfor i silici en el mateix material, amb l'objectiu d'investigar un possible sinergisme entre els dos elements.2. Síntesi de nous polímers linials que continguin fósfor i grups espiroortoester en la cadena lateral, a través de copolimeritzacions radicalàries entre un espiroortoester que conté un grup acrilat en la seva estructura i diferents monòmers fosforats. Aquests nous polímers s'han entrecreuat posteriorment amb triflat d'iterbi com a iniciador catiònic, a través de la doble obertura de l'espiroortoester. També, s'ha investigat la copolimerització catiònica entre el polímer lineal que conté un espiroortoester en la cadena lateral i diferents mescles de reïnes epoxi. Mitjançant l'ús de reïnes epoxi fosforades, prèviament sintetitzades al laboratori, s'ha introduït fòsfor en el material final, aconseguint així millorar les propietats de retardància a la flama.3. Finalment, s'ha estudiat un nou mètode de copolimerització d'espiroortoesters amb reïnes epoxi utilitzant radiacions de microones, per tal de reduir el temps de curat, i s'han comparat els resultats amb el mètode d'escalfament convencional. / Over the last few decades, the polymeric materials has been replaced the conventional materials due to the versatility, low density, and their interesting properties. However, they present as an important limitation, their high flammability and in presence of heat and oxygen, they burn easily and rapidly. The problem is not only the destruction of the material but the smoke and toxic gases which are the main causes of hazards in a fire.In the last years different strategies have been developed to minimize the flammability of polymeric materials, such as the use of additives, the modification of commercial polymers or through the synthesis of specific polymers. The first strategy is the most widely use in the industry because is the most economic way to achieve flame retardancy. Nevertheless, this method has several disadvantages, because the additives have to be used in relatively high concentrations and this may affect the physical and mechanical properties of the material. Also, additives may be leached, or may volatilize from the polymer during service. The alternative strategy is to use reactive flame retardants, where the flame retardant is covalently bonded to the polymer chains.Although in the last few years there has been an increase of heteroelements used as flame retardants, the commercial market is still dominated by compounds based on halogens. These compounds present exceptional efficiency, interfering with the reactions responsible of flame propagation. However, during the combustion they release toxic and corrosive gases. Because of that, in the last few years has increased the interest in the research of halogen-free based flame retardants, such as phosphorus or silicon based flame retardants, which are more environmentally friendly and less aggressive in a fire. Another problem of polymeric materials is the shrinkage during polymerization and polymer curing, and the consequences can be presented in many different forms. For example, in polymeric coatings poor adhesion of the substrate can be observed. In cast electrical insulators, polymerization shrinkage can produce internal stress in the polymer, which can reduce the durability of the material as a consequence of the appearance of microvoids and microcracks. The most common way to solve this problem is through the use of fillers, however this method present several problems, such as an increase of the viscosity which make difficult to fill molds. Another more advisable strategy is through the use of "expanding monomers", thus means, that during the polymerization and curing they don't shrink or even can produce some expansion. The spiroorthoesters are one kind of expanding monomers. The main purpose of this thesis is the obtention of new environmentally flame retardant materials that present low shrinkage during polymerization and polymer curing. Several approaches have been developed to achieve these desired properties:1. Synthesis of new monomers based on spiroorthoesters that contains phosphorus or silicon in their structure. It has been synthesized two spiroorthoesters with phosphorus, (1,4,6-trioxaspiro-[4.4] nonan-2-yl)-methyl 3-[10-(9,10-dihydro-9-oxa-9-phosphaphenanthrene-10-oxide-10-yl)] propanoate and bis[(1,4,6-trioxaspiro-[4.4] nonan-2-yl)-methyl 2-[10-(9,10-dihydro-9-oxa-9-phosphaphenanthrene-10-oxide-10-yl)] maleate and one with silicon in its structure, the 1,4,6-trioxaspiro [4.4]-2-nonylmethyl 3-trimethylsilyl propanoate. These new spiroorthoesters were synthesized with good yields through the modification of previously synthesized spiroorthoesters by a Michael addition or esterification reaction. The spiroorthoester moiety was obtained from -butirolactone and an epoxide. These spiroorthoesters were polymerized and copolymerized with epoxy resins with ytterbium triflate as a cationic initiator.Also, with the aim to investigate the possible synergistic effect between phosphorus and silicon were both combined into the same material.2. Synthesis of linear polymers which contains phosphorus and spiroorthoester moieties in the side chain. They were obtained by radical polymerization from an acrylate-containing spiroorthoesters and different radically polymerizable phosphorus-containing comonomers. The polymers were crosslinked by a cationic double ring-opening of the spiroorthoester moieties with ytterbium triflate as an initiator.Also, it was studied the cationic copolymerization of a linear polymer which contains a spiroorthoester moiety in the side chain with different epoxy resins. Through the use of phosphorus-containing glycidyl derivatives it was introduced phosphorus into the material. 3. It was studied a new method of copolymerization of spiroorthoesters with epoxy resins using microwave irradiation with the purpose to minimize the curing time. The results were compared with conventional heating conditions.

El polímers termoestables són materials de gran interès i amb una amplia versatilitat en el món industrial degut a les seves excel·lents propietats. El treball que es presenta, s'emmarca en aquest camp i es dirigeix cap a l'obtenció de nous materials epoxídics, que puguin ésser utilitzats com a recobriments de components electrònics. Els objectius que es van plantejar van ser: obtenir materials que 1) durant el procés de curat, experimentessin una baixa contracció, 2) permetessin una degradació tèrmica de forma controlada un cop ha finalitzat la vida útil dels components i 3) milloressin les propietats mecàniques respecte als materials epoxídics convencionals. La contracció de la xarxa polimèrica durant el procés de curat produeix tensions mecàniques internes i conseqüentment pot conduir a l'aparició d'esquerdes. Els espiroortoesters (SOEs) són monòmers considerats expansibles, que experimenten expansió durant el procés de polimerització. La síntesi dels SOEs es pot portar a terme per reacció d'epòxids amb lactones en presència d'un catalitzador àcid de Lewis. L'expansió en volum d'aquests monòmers es deguda a que en la polimerització per obertura d'anell es produeix un canvi de distancies covalents en la forma cíclica a distancies de Van der Waals en la forma oberta. La copolimerització de reïnes epoxi amb lactones en presència d'un àcid de Lewis porta a la formació "in situ" d'espiroortoesters. Un cop formats, polimeritzen i donen lloc a unitats de poli(èter-ester) a la xarxa tridimensional. Al polimeritzar generen expansió en l'última etapa del curat, precisament quan el material no té mobilitat, evitant així l'aparició de tensions internes.D'altra banda, l'estructura típica d'un termoestable implica que aquests materials, una vegada aplicats sobre un component electrònic, no poden ser eliminats ni mitjançant dissolvents ni per escalfament. La introducció de grups ester a la xarxa, especialment si son terciaris, permet disminuir la temperatura de degradació tèrmica en comparació a la dels materials epoxídics convencionals. Sotmesos els materials a un procés tèrmic, la xarxa termoestable sofreix una degradació parcial. Aquesta és suficient perquè es puguin eliminar per dissolució o mitjançant fricció mecànica. Així, el material electrònic pot ésser reparat o reciclat.Finalment, la introducció de restes alifàtiques a la xarxa termoestable redueix la densitat d'entrecreuament i amb ella la fragilitat dels materials, fent-los més flexibles.S'ha utilitzat una reïna comercial, el diglicidil èter del bisfenol A (DGEBA). Com a lactones el 2,2-dimetil-4,6-dioxo-1,3-dioxà o àcid de Meldrum (MA) i tres dels seus derivats amb la posició 5 disubstituïda. L'estructura d'aquests compostos permet introduir grups ester terciaris i cadenes alifàtiques a la xarxa epoxídica.S'ha sintetitzat una nova reïna epoxi: la 5,5-bis(2,3-epoxipropil)-2,2-dimetil-4,6-dioxo-1,3-dioxà (DGMA), on es conjuga en un mateix compost l'anell de bislactona i els grups glicidílics. Aquesta reïna s'ha homopolimeritzat i copolimeritzat amb la reïna epoxi de diglicidil èter de bisfenol A.Com a àcids de Lewis s'han estudiat els triflats de terres rares. Aquests permeten dur a terme el curat en condicions atmosfèriques. Els materials obtinguts amb els triflats de terres rares s'han comparat amb els obtinguts amb trifluorur de bor complexat, que és un iniciador catiònic convencional.A més, s'han obtingut materials a partir dels mateixos monòmers utilitzant un iniciador aniònic. En aquest cas, el mecanisme de curat no implica la generació de grups espiroortoester, però igualment porta a xarxes amb estructura de poli(èter-ester).Les etapes seguides en el present treball són:1. Síntesi i caracterització estructural dels derivats de l'àcid de Meldrum.2. Estudi del mecanisme de les reaccions de copolimerització catiònica i aniònica de la reïna epoxi amb l'àcid de Meldrum i derivats emprant els triflats de lantànid i el BF3·MEA i la DMAP, mitjançant calorimetria i FTIR/ATR.3. S'ha estudiat la cinètica dels processos de curat per calorimetria.4. Caracterització estructural dels diferents materials obtinguts.5. Avaluació de les propietats tèrmiques i mecàniques dels materials i del grau de contracció que experimenten en curar.6. Estudi dels processos de degradació dels materials termoestables obtinguts, així com les condicions que es produeix. De l'estudi realitzat s'ha pogut concloure que s'ha assolit una reducció global de l'encongiment al curar, s'han obtingut materials que inicien la degradació a temperatures inferiors a les de les reïnes epoxi convencionals i que van resultar ser més flexibles.ENGLISH / Thermosetting polymers are interesting materials widely versatilities in the electronics industry because of their good characteristics. The present work is included in this field and it is focused in obtaining new epoxydic thermosets that may be useful as coatings for electronic devices. The objectives posed in this work were to obtain materials that: 1) undergo low shrinkage during curing process, 2) allow to be thermally degraded in a controlled way once their service life is over and 3) improve the mechanical properties with respect to the conventional epoxy materials. The shrinkage of the polymeric network during curing process produces internal mechanical stress and consequently it can lead to the appearance of microvoids and microcracks. Spiroorthoesters (SOEs) are considered to be expandable monomers, which experience expansion during polymerization process. SOEs can be synthesized by reaction of epoxides with lactones in the presence of a Lewis acid as catalyst. The expansion in volume of these monomers is due to the ring-opening polymerization process. It produces a change in atomic distances from the cyclic form (covalent distance) to the open one (Van der Waals distance). The copolymerization of epoxy resins with lactones in the presence of a Lewis acid leads to "in situ" formation of spiroorthoesters. Once it is formed, it polymerizes yielding poly(ether-ester) unities into the three-dimensional network. On polymerizing expansion is produced, just when the material has no mobility and therefore avoiding internal stress. The typical structure of a thermoset implies that once it is applied over an electronic device neither solvents nor heat can remove it. The introduction of ester groups into the network, especially if are tertiary, allows diminishing the temperature of thermal degradation in comparison to that of conventional epoxy materials. When these new materials are subjected to a thermal process, the thermoset network undergoes a partial degradation. This is enough to remove it by dissolution or mechanical friction. Therefore, the electronic device can be repaired or recycled. Finally, the introduction of aliphatic moieties into the thermoset network reduces the cross-linking density and the fragility of materials, giving more flexibility to the material. In the present work, a commercial epoxy resin, diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) was used. As lactones 2,2-dimethyl-4,6-dioxo-1,3-dioxane or Meldrum acid (MA) and three of its derivatives with the five position disubstituted. The structure of these compounds allows incorporating tertiary ester groups and aliphatic chains into the epoxydic network. A new epoxy resin was synthesized: 5,5-bis(diglycidyl)-2,2-dimethyl-4,6-dioxo-1,3-dioxane (DGMA), which present both a bislactone ring and glicydilyc groups. This resin was homopolymerized and copolymerized with the epoxy resin of diglycidyl ether of bisphenol A. As Lewis acids triflates of rare earths were studied. These allow curing in atmospheric conditions. The materials obtained with triflates of rare earths were compared to the materials obtained with boron trifluoride complex, which is a conventional cationic initiator. Furthermore, materials from the same monomers were obtained by using an anionic initiator. In this case, the curing mechanism does not imply the generation of spiroorthoester groups, but equally it leads to networks with a poly (ether-ester) structure. The followed steps in the present work are:1. Synthesis and structural characterization of Meldrum acid derivatives. 2. Study of the mechanism of cationic and anionic copolymerization reactions of the epoxy resin with Meldrum acid and its derivatives using lanthanide triflats, BF3·MEA and DMAP, by differential scanning calorimetry and FTIR-ATR. 3. The kinetics of the curing process was studied by differential scanning calorimetry.4. Structural characterization of the materials obtained.5. Evaluation of the thermal and mechanical properties of materials and the degree of shrinkage experimented in the curing. 6. Study of the degradation process of thermosetting materials obtained and the conditions in which it is produced. From the study carried out it can be concluded that a global reduction in the shrinkage on curing was achieved. Also, materials that start the degradation at lower temperatures than conventional epoxy resins were obtained. These materials come to be more flexible

Aquest treball s'emmarca en el camp dels materials termoestables amb aplicacions com a recobriments o encapsulants per microelectrònica i pretén l'obtenció de materials amb una millor durabilitat i que puguin ser degradats un cop finalitzada la seva vida útil, permetent la recuperació del dispositiu electrònic. L'estratègia escollida s’ha basat en la modificació de la reïna comercial diglicidilèter de bisfenol A (DGEBA) amb estructures dendrítiques de tipus hiperramificat i estrella. Aquesta estratègia permet la introducció de grups ester, tèrmicament làbils així com reduir l'encongiment que es produeix durant el curat. A més, la incorporació d’aquest tipus d’estructures augmenta el volum lliure de la xarxa polimèrica fent augmentar la tenacitat del material sense empitjorar el processat de la mescla reactiva ni les propietats termomecàniques del material. / This work is related to the field of thermosetting materials as coatings or encapsulates for microelectronic devices. The main objective of this project deals with the improvement of durability of a commercial epoxy resin (diglycidylether of bisphenol A, DGEBA) and its capability to be degraded after its working life which let the recuperation of the electronic material, which fulfills the environmental requirements. The approach selected has been the modification of DGEBA by means of dendritic polymer structures such as hyperbranched and multiarm star polymers. This strategy leads to introduce ester groups into the epoxy network which are thermally labile and the reduction of the shrinkage during the curing process. In addition, the free of the epoxy network is increased by the incorporation of these kinds of macromolecular structures which helps increasing toughness without worsening the processability of the reactive formulation and the thermomechanical properties of the resulting thermoset.

En la última década se ha producido un cambio social de gran relevancia en el ámbito del medio ambiente. Nuestra sociedad es cada vez más consciente del concepto de desarrollo sostenible. Aspectos como la economía circular están adquiriendo gran importancia y ello implica un uso adecuado de los recursos naturales y de los residuos que se generan en diversas actividades empresariales. La industria del algodón siempre ha tenido como producto principal la fibra de algodón; no obstante, la planta del algodón también incluye el tallo y las semillas. Parte de las semillas se emplean para re-siembra, pero el resto da lugar a un subproducto de grandes volúmenes que se emplea como complemento alimenticio para animales. La semilla de algodón es rica en ácidos grasos insaturados, proteínas y componentes lignocelulósicos. Si bien es posible obtener aceite de semilla de algodón para uso alimenticio, los procesos de refino son complejos y caros y, dado que el principal producto de la industria algodonera es la fibra, los cultivos de esta planta no están sujetos a las restrictivas reglamentaciones de otros cultivos utilizados, principalmente, en alimentación. Esta tesis doctoral explora las posibilidades de las semillas de algodón como material base para la obtención de polímeros y aditivos de polímeros para el desarrollo de formulaciones de plásticos más respetuosas con el medio ambiente. En la presente tesis doctoral se exploran diversas posibilidades de modificación del aceite de semilla de algodón para la obtención de resinas termoestables, aditivos plastificantes para polímeros termoplásticos, agentes compatibilizantes y harinas de refuerzo para compuestos. Dado el perfil lipídico del aceite de semilla de algodón, con alto contenido en ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados, es posible llevar a cabo diversas modificaciones químicas. Se ha trabajado en el proceso de epoxidación con el empleo de peroxoácidos generados in situ y se ha procedido a optimizar los parámetros de dicho proceso con el fin de obtener el mayor rendimiento de epoxidación. Estos aceites epoxidados se han utilizado como resinas termoestables (resinas con funcionalidad de tipo epoxi) y como plastificantes en diversos polímeros como el poli(cloruro de vinilo) (PVC) y el ácido poli(láctico) (PLA). Otro de los procesos de modificación que se ha desarrollado y optimizado es la maleinización del aceite de semilla de algodón en presencia de anhídrido maleico. Una vez obtenidos estos aceites modificados, se ha validado su uso en formulaciones de polímeros de alto rendimiento medioambiental, tanto en formato pieza como en formato film o película. Finalmente, con el fin de llevar a cabo un máximo aprovechamiento de la semilla de algodón, se ha trabajado en el desarrollo de compuestos con base de ácido poli(láctico) y refuerzos/rellenos de harina de semilla de algodón, con el empleo de agentes compatibilizantes derivados del aceite de semilla de algodón. Con esta tesis doctoral, se abren nuevas posibilidades dirigidas hacia la revalorización de un subproducto de la industria algodonera a través de la extracción y modificación química de los aceites de la semilla y aprovechamiento de los residuos de la extracción como rellenos o refuerzos en compuestos que imitan la madera. De esta manera, a la vez que se ofrece una solución a la gran cantidad de residuos de semilla de algodón a nivel mundial, se valida la utilidad de los diferentes materiales derivados de la semilla de algodón en la obtención de formulaciones de plásticos industriales de alto rendimiento medioambiental. / In the last decade a social change of great relevance in the field of environment has been detected. Our society is increasingly aware of the concept of sustainable development. Some topics such as the circular economy are gaining great importance and this implies a proper use of natural resources and an appropriate waste management. The main product of the cotton industry has been traditionally the cotton fiber; However, the cotton plant also includes the stem and seeds. Part of the seeds are used for re-seeding, but the rest results in a by-product of large volumes which is used as a food supplement for animals. The cottonseed contains high amounts of unsaturated fatty acids, proteins and lignocellulosic components. While it is possible to obtain oil from cottonseed for alimentary use, the refining processes are complex and expensive, and since the main product of the cotton industry is fiber, the crops of this plant are not subjected to the restrictive regulations of other crops whose main market is food industry. This doctoral thesis explores the possibilities of cottonseed as a base renewable material for obtaining polymers and polymer additives for the development industrial of formulations more respectful with the environment. In the present thesis different possibilities of modification of cottonseed oil are explored with the aim of obtaining thermosetting resins, plasticizer additives for thermoplastics polymers, compatibilizers agents and flours/powder for reinforcement in composites. Given the lipid profile of cottonseed oil, with high content of monounsaturated and polyunsaturated fatty acids, it is possible to carry out different chemical modifications. One of these processes is epoxidation using peroxy acids generated in-situ which has been optimized in terms of process parameters in order to obtain the best epoxidation yielding. These epoxidized oils have been used as thermosetting resins (resins with epoxy type functionality) and as plasticizers in several polymers such as poly(vinyl chloride) (PVC) and poly (lactic acid) (PLA). Another chemical modification of cottonseed oil developed and optimized in this thesis is maleinization in the presence of maleic anhydride. Once obtained these modified oils, it has been validated their potential use in polymer formulations characterized by high environmental efficiency, both in format piece format and film. Finally, with the aim of maximizing the use of cottonseed, poly(lactic acid) composites with cottonseed oil wastes (in the form of powder or flour) have been manufactured and compatibilized with modified vegetable oils derived from cottonseed. With this doctoral thesis, new opportunities focused on upgrading of a by-product of the cotton industry have been proposed, through the extraction and chemical modification of the seed oil and by using the wastes obtained from the oil extraction as fillers or reinforcements in wood like composites. Therefore, this thesis provides solution to two important problems: on one hand, it gives a solution to the large amounts of generated waste coming from the cottonseed industry worldwide and, on the other hand, new environmentally friendly materials can be obtained by using cottonseed-derived materials, mainly modified oils and particle fillers. / En l'última dècada s'ha produït un canvi social de gran rellevància en l'àmbit del medi ambient. La nostra societat és, cada vegada, més conscient del concepte de desenvolupament sostenible. Aspectes com ara l'economia circular estan adquirint gran importància i això implica un ús adequat dels recursos naturals i dels residus que es generen en diverses activitats empresarials. La indústria del cotó sempre ha tingut com a producte principal la fibra de cotó; no obstant això, la planta de cotó també inclou la tija i les llavors. Part de les llavors s'utilitzen en el procés de sembra, però la resta constitueix un subproducte de gran volum que s'utilitza com a complement alimentari per a animals. La llavor de cotó és rica en àcids grassos saturats, proteïnes i components lignocel·lulòsics. Si bé és cert que es pot obtenir oli de llavor de cotó per a ús alimentari, els processos de refinament son complexes i cars i, donat que el principal producte de la indústria del cotó és la fibra, els cultius d'aquesta planta no estan subjectes a les restrictives reglamentacions d'altres cultius utilitzats, principalment, en alimentació. Aquesta tesi doctoral explora les possibilitats de les llavors de cotó com a material base per a l'obtenció de polímers i additius de polímers per al desenvolupament de formulacions de plàstics més respectuoses amb el medi ambient. En la present tesi doctoral, s'exploren diverses possibilitats de modificació de l'oli de la llavor de cotó per a l'obtenció de resines termoestables, additius plastificants per a polímers termoplàstics, agents compatibilitzants i farines de reforç per a compostos. Donat el perfil lipídic de l'oli de llavor de cotó, amb un alt contingut d'àcids grassos mono insaturats i poli insaturats, és possible dur a terme diferents modificacions químiques. S'ha treballat en el procés d'epoxidació amb la utilització de peroxoàcids generats in situ i s'ha procedit a optimitzar els paràmetres de l'esmentat procés amb la finalitat d'obtenir el major rendiment d'epoxidació. Aquests olis epoxidats s'han utilitzat com a resines termoestables (resines amb funcionalitat de tipus epoxi) i com a plastificants en diversos polímers com ara el poli(clorur de vinil) (PVC) i l'acid poli(làctic) (PLA). Altre procés de modificació que s'ha desenvolupat i optimitzat és la maleinització de l'oli de llavor de cotó en presència d'anhídrid maleic. Una vegada obtinguts aquests olis modificats, s'ha validat el seu ús en formulacions de polímers d'alt rendiment mediambiental, tant en forma de peces com en format de film o pel·lícula. Finalment, amb la finalitat d'aprofitar al màxim la llavor de cotó, s'ha treballat en el desenvolupament de compostos amb base àcid poli(làctic) i reforços/càrregues de farina de llavor de cotó, amb la utilització d'agents compatibilitzants derivats de l'oli de llavor de cotó. Amb aquesta tesi doctoral, s'obrin noves possibilitats dirigides cap a la revalorització d'un subproducte de la indústria del cotó mitjançant de l'extracció i modificació química dels olis de llavor i aprofitament dels residus de l'extracció com a càrregues o reforços en compostos que imiten la fusta. D'aquesta manera, al mateix temps que s'ofereix una solució a la gran quantitat de residus de llavors de cotó a nivell mundial, es valida la utilitat dels diferents materials derivats de la llavor de cotó en l'obtenció de formulacions de plàstics industrials d'alt rendiment mediambiental. / Carbonell Verdú, A. (2018). Utilización de aceite de semilla de algodón como materia base renovable para la optimización de formulaciones de polímeros de alto rendimiento medioambiental [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/112424 / TESIS