För att möjliggöra en hållbar utveckling skiftar många polymerforskares fokus just nu från att syntetisera polymerer från fossila resurser till att producera biobaserade polymerer från exempelvis träd. Av särskilt intresse är lignin, som utgör ungefär en tredjedel av allt växtmaterial men i nuläget oftast används som bränsle. Många forskare har undersökt de möjligheter som öppnas genom att bryta ner lignin och modifiera molekylerna som fås därigenom, såsom ferulsyra. Denna studie syftade till att modifiera ferulsyra till en styren-lik monomer med en karboxyl-substituent, och att testa vattenbaserad polymerisation av denna monomer.Det första steget i modifiering var dekarboxylering av ferulsyra. Detta utfördes genom upprepningar av tidigare studier där baskatalyserad dekarboxylering utfördes i polära aprotiska lösningsmedel. Efter flera försök hittades en fungerande metod, där trietylamin gav en dekarboxylering med högt utbyte efter tre timmar i dimetylformamid vid 100 °C. Att isolera produkten var också utmanande i början, men en trestegs-extraktion med H2O och Et2O som avslutades med en tvätt av saltvatten gav tillräcklig renhet. En ättiksyra-grupp adderades till fenolen med hjälp av en tvåstegsreaktion som hittades i litteraturen, men inte förrän ett dussin försök till nya metoder med kloroättiksyra gjorts utan framgång. I den fungerande metoden tillsattes en acetatgrupp med metylbromoacetat i återkokande aceton med kaliumkarbonat som bas, innan acetatet demetylerades av litiumhydroxid i en metanol/vattenblandning vid rumstemperatur.Den resulterande monomeren, 4-oxy-ättiksyra-3-methoxy-styren (OAMS), sampolymeriserades med styren, både i bulk- och emulsionspolymerisation. Bulksampolymeren hade en något högre molekylvikt och glastransitionstemperatur än homopolystyren, med en betydligt högre dispersitet. Emulsionspolymerisation var utmanande, eftersom OAMS inte är särskilt löslig i vare sig vatten eller styren, och i slutändan producerades inga tydliga resultat genom dessa försök. Studiens huvudsakliga slutsats är att även om det är möjligt att syntetisera ren OAMS från ferulsyra, är användbarheten av denna molekyl som monomer i vattenbaserad polymerisering inte övertygande, eftersom den är så pass olöslig om inte bas tillsätts, vilket introducerar risken för hydrolys.Slutligen, även om studien ledde till få säkra slutsatser på grund av flera ofullständiga resultat, uppnåddes huvudsyftet att modifiera ferulsyra och testa polymerisation av den bildade monomeren. / To enable a sustainable development, scientific focus is shifting from synthesizing polymers from fossil-based resources to producing bio-based polymers from for example wood. Of particular interest is lignin, which makes up about a third of plant matter but is nowadays most commonly used as fuel. A great deal of research has explored the possibilities opened up by breaking down lignin and modifying its derived molecules, such as ferulic acid. This study aimed to modify ferulic acid into a styrenic monomer with an acidic substituent, and to investigate the aqueous polymerization of this monomer.The first step of modification was the decarboxylation of ferulic acid. This was attempted through recreations of previous studies where base-catalysed decarboxylation was carried out in aprotic polar solvents. After several trials, a successful procedure was found, where triethylamine gave a high-yield decarboxylation after three hours in dimethylformamide at 100 °C. Isolating the product was also initially challenging, but a three-step extraction with H2O and Et2O finished by a wash of brine gave sufficient purity.Adding an acetic acid-group to the phenol was achieved using a two-step procedure found in literature, but not before trying a dozen novel methods using chloroacetic acid without success. In the working procedure, an acetate group was added using methyl bromoacetate in refluxed acetone with potassium carbonate as base, before demethylating the acetate using lithium hydroxide in a methanol/water mix at room temperature. The resulting monomer, 4-oxy-acetic acid-3-methoxy-styrene (OAMS), was copolymerized with styrene, both in bulk and emulsion radical polymerization. The bulk copolymer displayed a slightly higher molecular weight and glass transition temperature than homopolystyrene, with a significantly higher dispersity. Emulsion polymerization was challenging, as OAMS is not very soluble in either water or styrene, and ultimately, no conclusive results were produced through this route.The study concluded that while it is possible to synthesize pure OAMS from ferulic acid, the degree of usability of this molecule as a monomer in aqueous polymerization is not certain, as it is hardly soluble without the addition of base, which introduces the risk of hydrolysis. Ultimately, although few solid conclusions could be drawn from this study due to several incomplete results, the core objective of modifying ferulic acid and testing polymerization of the resulting monomer was achieved.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-310222 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Södergren, Adrian |
| Publisher | KTH, Ytbehandlingsteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2022:035 |
Page generated in 0.0037 seconds