[ES] El objetivo principal de la presente tesis doctoral es el estudio y desarrollo de materiales
basados en el ácido poliláctico (PLA) y policloruro de vinilo (PVC) con el fin de mejorar las
propiedades y poder aplicarlos en el sector industrial. Este estudio se centra principalmente en la
mejora de las propiedades térmicas, mecánicas, morfológicas y ópticas, entre otras, así como la
modificación de la fragilidad y rigidez inherentes a los materiales poliméricos nombrados
anteriormente mediante el empleo de aditivos como agentes plastificantes derivados del ácido
cinámico.Los ésteres derivados
del ácido cinámico, o cinamatos, resultan ser de gran importancia. Al igual que muchos ésteres,
éstos son compuestos de volatilidad media que se emplean mucho en las fragancias y para aportar
sabor en el sector alimentario. Se trata de compuestos orgánicos aromáticos con funcionalidades
muy interesantes desde el punto de vista químico, ya que la presencia de grupos carboxílicos e
insaturaciones permiten llevar a cabo reacciones de polimerización por condensación.
Esta tesis doctoral aborda el desarrollo y evaluación del potencial de algunos compuestos
de ésteres de ácido cinámico como agentes plastificantes de alto rendimiento medioambiental
para mejorar las propiedades dúctiles de PLA. Los cinamatos empleados en el trabajo ofrecieron
parámetros de solubilidad () similares al del PLA, resultando una opción técnicamente viable
para la mejora de la tenacidad del PLA. El proceso de plastificación se llevó a cabo mediante
extrusión y, posteriormente, los materiales se sometieron a un proceso de inyección, validando,
de esta manera, la transferencia de los resultados a escala industrial. En particular, se evaluó la
influencia de la estructura de diferentes ésteres del ácido cinámico, en una proporción fija del 20
% en peso. Los resultados, demostraron el excepcional efecto plastificante que pueden aportar los
cinamatos, con una notable mejora en las propiedades mecánicas dúctiles, así como una
disminución considerable de la temperatura de transición vítrea (Tg), propiedad importante en las
características de los plastificantes.
También se aborda el desarrollo de compuestos con matriz de PLA y refuerzos de residuos
de Posidonia oceanica. Esta es una planta acuática presente de manera abundante en el mar
Mediterráneo con una gran cantidad de beneficios en los ecosistemas. Dado que la incorporación
de fibras de Posidonia oceanica repercute en un incremento de la fragilidad, se incorporaron
ésteres del ácido cinámico con el fin de mejorar la tenacidad de los compuestos obtenidos. Se
emplearon técnicas de extrusión reactiva (REX) para mejorar las interacciones entre el PLA, las
fibras Posidonia oceanica y los plastificantes derivados del ácido cinámico. El proceso de
extrusión reactiva se llevó a cabo en presencia de un iniciador de peróxido de dicumilo (DCP), y
permite una notable mejora en las propiedades mecánicas dúctiles, estabilidad térmica,
plastificación e interacción entre los componentes de los compuestos.
Esta investigación también pretende explorar las posibilidades de los ésteres del ácido
cinámico en la plastificación de uno de los polímeros que representa el mayor volumen industrial
de consumo de plastificantes: el policloruro de vinilo (PVC). Con ello, se pretende validar la
utilidad de una nueva familia de plastificantes de tipo cinamato, altamente respetuosos con el
medio ambiente, como alternativas al empleo de ftalatos. La mejora en las propiedades mecánicas resultó ser de gran
magnitud, en lo referente a las propiedades dúctiles. Además, los films obtenidos mostraron altos
niveles de transparencia y mínima absorción de luz visible y ultravioleta. / [CA] L'objectiu principal de la present tesi doctoral és l'estudi i desenvolupament de materials
basats en l'àcid polilàctic (PLA) i policlorur de vinil (PVC) amb la finalitat de millorar les
propietats i poder aplicar-los en el sector industrial. Aquest estudi es centra principalment en la
millora de les propietats tèrmiques, mecàniques, morfològiques i òptiques, entre d'altres, així com
la modificació de la fragilitat i rigidesa inherents als materials polimèrics esmentats mitjançant
l'ús d'additius com agents plastificants derivats de l'àcid cinàmic.Els
èsters derivats de l'àcid cinàmic, o cinamats, resulten ser de gran importància. Igual que molts
èsters, aquests són compostos de volatilitat mitjana que s'empren molt en les fragàncies i per a
aportar sabor en el sector alimentació. Es tracta de compostos orgànics aromàtics amb
funcionalitats molt interessants des del punt de vista químic, ja que la presència de grups
carboxílics i insaturacions permeten dur a terme reaccions de polimerització per condensació.
Esta tesi doctoral aborda el desenvolupament i avaluació del potencial d'alguns compostos
d'èsters de l'àcid cinàmic com agents plastificants d'alt rendiment mediambiental per a millorar
les propietats dúctils de PLA. Els cinamats empleats en el treball ofereixen paràmetres de
solubilitat (¿) similars al del PLA, resultant una opció tècnicament viable per a la millora de la
tenacitat del PLA. El procés de plastificació es va dur a terme mitjançant extrusió i, posteriorment,
els materials es van sotmetre a un procés d'injecció, validant, d'aquesta manera, la transferència
dels resultats a escala industrial. En particular, es va avaluar la influència de l'estructura de
diferents èsters de l'àcid cinàmic, en una proporció fixa del 20 % en pes. Els resultats, demostren
l'excepcional efecte plastificant que poden aportar els cinamats, amb una notable millora en les
propietats mecàniques dúctils, així com una disminució considerable de la temperatura de
transició vítria (Tg), propietat important en les característiques dels plastificants.
També s'aborda el desenvolupament de compostos amb matriu de PLA i reforços de
residus de Posidonia oceanica. Aquesta és una planta aquàtica present de manera abundant en la
mar Mediterrània amb una gran quantitat de beneficis en els ecosistemes. Atés que la incorporació
de fibres de Posidonia oceanica repercuteix en un increment de la fragilitat, es van incorporar
èsters de l'àcid cinàmic amb la finalitat de millorar la tenacitat dels compostos obtinguts. Es van
emprar tècniques d'extrusió reactiva (REX) per a millorar les interaccions entre el PLA, les fibres
de Posidonia oceanica i els plastificants derivats de l'àcid cinàmic. El procés d'extrusió reactiva
es va dur a terme en presència d'un iniciador de peròxid de dicumil (DCP), i permet una notable
millora en les propietats mecàniques dúctils, estabilitat tèrmica, plastificació i interacció entre els
components dels compostos.
Esta investigació també s'enfonsa en les possibilitats del èsters de l'àcid cinàmic en la
plastificació d'un dels polímers que representa el major volum industrial de consum de
plastificants, el policlorur de vinil (PVC). Amb això, es pretén validar la utilitat d'una nova família
de plastificants de tipus cinamat, altament respectuosos amb el medi ambient, com a alternatives
a l'ús de ftalats. La millora en les
propietats mecàniques va resultar ser de gran magnitud, referent a les propietats dúctils. A més,
els films obtinguts van mostrar alts nivells de transparència i mínima absorció de llum visible i
ultraviolada, fent-los candidats per a aplicacions que requerisquen claredat com el sector
d'envasos. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study and development of materials based
on polylactic acid (PLA) and polyvinyl chloride (PVC) to enhance their properties for application
in the industrial sector. This study primarily focuses on improving thermal, mechanical,
morphological, and optical properties, among others, as well as modifying the inherent fragility
and rigidity of the aforementioned polymeric materials through the use of additives such as
plasticizing agents derived from cinnamic acid. Cinnamic acid is an aromatic carboxylic acid
containing a double bond and, therefore, has two geometric isomers. The trans form is the most
abundant due to its adopted structure, offering interesting possibilities in the polymer industry.
This compound and its derivatives are widely used in various sectors such as medical, cosmetic,
food, environmental, and toiletries, among many others. Ester derivatives of cinnamic acid, or
cinnamates, are particularly important. Like many esters, they are medium-volatility compounds
widely used in fragrances and to impart flavor in the food industry. They are aromatic organic
compounds with chemically interesting functionalities, as carboxylic groups and unsaturations
enable condensation polymerization reactions. In this regard, they are of special interest in the
synthesis and/or modification of polymeric materials.
This doctoral thesis addresses the development and evaluation of the potential of some
cinnamic acid ester compounds as environmentally friendly high-performance plasticizing agents
to improve the ductile properties of PLA. The cinnamates used in the work offer solubility
parameters (δ) similar to PLA, making them a technically viable option for improving PLA
toughness. The plasticization process was carried out through extrusion, and subsequently, the
materials underwent an injection process, thus validating the transferability of the results on an
industrial scale. In particular, the influence of the structure of different cinnamic acid esters was
evaluated at a fixed proportion of 20 % by weight. The results demonstrate the exceptional
plasticizing effect that cinnamates can provide, with a significant improvement in ductile
mechanical properties and a considerable decrease in the glass transition temperature (Tg), an
important property in plasticizer characteristics.
The development of composites with a PLA matrix and reinforcements of Posidonia
oceanica residues is also addressed. This aquatic plant is abundant in the Mediterranean Sea and
has numerous benefits for ecosystems. Since the incorporation of Posidonia oceanica fibers leads
to increased fragility, cinnamic acid esters were added to improve the toughness of the obtained
compounds. Reactive extrusion (REX) techniques were employed to enhance interactions
between PLA, Posidonia oceanica fibers, and cinnamic acid-derived plasticizers. The reactive
extrusion process was carried out in the presence of dicumyl peroxide (DCP) as an initiator,
resulting in a significant improvement in ductile mechanical properties, thermal stability,
plasticization, and interaction between the components of the compounds. This research paves
the way for a variety of environmentally high-performance compounds with improved toughness
through reactive extrusion processes.
Theis research also aims to explore the possibilities of cinnamic acid esters in the
plasticization of one of the polymers representing the largest industrial volume of plasticizer
consumption, the polyvinyl chloride. The aim is to validate the utility of a new family of
environmentally friendly cinnamate-type plasticizers as alternatives to phthalates.
The improvement in mechanical properties, especially in ductile
properties, was of significant magnitude. Additionally, the obtained films showed high levels of
transparency and minimal absorption of visible and ultraviolet light. / Barandiaran Torres, A. (2024). Procesado y caracterización de plásticos industriales de polímeros con plastificantes derivados de ésteres del ácido cinámico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/208434
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/208434 |
| Date | 02 September 2024 |
| Creators | Barandiaran Torres, Alejandro |
| Contributors | Moreno García, Virginia, Sellés Cantó, Miguel Ángel, Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales - Departament d'Enginyeria Mecànica i de Materials |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0038 seconds