Fotoiniciovaná polymerace hybridních monomerů

Ing. Josef Knobloch

Doctoral thesis

Photoinitiated polymerization of hybrid monomers

Abstract:

Cílem disertační práce bylo sledovat průběh fotopolymerace vybraných hybridních monomerů (glycidylvinylether, butadienmonoxid a glycidylmethakrylát) v tenké vrstvě v přítomnosti komerčně dostupného radikálového a kationtového iniciátoru. Dále byly studovány chemické struktury připravených polymerních vzorků a vybrané mechanické vlastnosti. K polymeraci hybridních monomerů byl použit radikálový iniciátor 2-isopropylthioxanthon (Quantacure ITX) a kationtový iniciátor jodoniového typu (Irgacure 250). Průběh polymerace byl studován pomocí FTIR spektroskopie (technika transmisní a technika ATR). Struktura polymerů byla sledována 13C-NMR spektroskopií pevné fáze a z mechanických vlastností byla testována tvrdost a přilnavost vrstev. Výsledky ukázaly, že monomer glycidylvinylether (GVE) polymeruje pouze v přítomnosti kationtového iniciátoru a jeho obě funkční skupiny dosahují po ukončení osvitu velmi podobných konverzí. Monomery glycidylmethakrylát (GMA) a butadienmonoxid (BMO) jsou schopné polymerovat v přítomnosti jak radikálového tak kationtového fotoiniciátoru. Přídavkem radikálového iniciátoru ke kationtovému bylo dosaženo podstatného urychlení průběhu polymerace monomerů GMA a BMO, přičemž jednoznačně pozitivní vliv nebyl sledován u monomeru GVE. Použité kinetické modely byly v dobré shodě s experimentálními daty a bylo možné je aplikovat na všechny dosažené výsledky. 13C-NMR spektroskopií v pevné fázi bylo zjištěno, že polymerní vzorky připravené kationtovou polymerací monomerů GVE a GMA neobsahují téměř žádné nezreagované funkční skupiny. Během polymerace pravděpodobně dochází ke vzniku cyklických struktur. Při testování vybraných mechanických vlastností bylo zjištěno, že glycidylvinylether působí ve směsi jako prvek, který velmi pozitivně ovlivňuje přilnavost vrstev.

Abstract:

The aim of this dissertation was to examine the process of the photopolymerization of selected hybrid monomers (glycidyl vinyl ethere, butadiene monooxide and glycidyl methacrylate) in a thin layer and in presence of the commercially available radical and/or cationic initiator. Further, the chemical structures of resulting polymer samples and their selected mechanical properties were studied. The radical initiator 2-isopropylthioxanthone (Quantacure ITX) and the cationic initiator of iodonium type (Irgacure 250) were used for the polymerization of hybrid monomers. The process of the polymerization was studied by means of the FTIR spectroscopy (transmission and ATR technique). The structure of the polymers was analyzed using the solid-state 13C-NMR spectroscopy; with respect to the mechanical properties, the hardness and the adherence of the polymer layers were tested. The result showed that the glycidyl vinyl ethere (GVE) polymerizes only in presence of cationic initiator and both of its functional groups reach very similar conversion degrees after the end of exposition. The glycidyl methacrylate (GMA) and butadiene monooxide (BMO) monomers can be polymerized by either radical or cationic photoinitiator. The addition of the radical initiator to the cationic one resulted in significant acceleration of the polymerization in case of GMA and BMO monomers, however, the influence on GVE polymerization was not unambiguously positive. The kinetic models employed were in good agreement with the experimental data and it was possible to apply the models to all acquired results. Using the solid-state 13C-NMR spectroscopy it was found that polymer samples prepared by cationic polymerization of GVE and GMA monomers do not contain almost any non-reacted functional groups. The formation of cyclic structures during polymerization is proposed to be the reason for this behaviour. The testing of selected mechanical properties showed that the glycidyl vinyl ethere as the reaction component has a highly positive impact on the adherence of resulting layers.

Keywords

radikálová polymerace, kationtová polymerace, hybridní polymerace, glycidylvinylether, glycidylmethakrylát, butadienmonoxid, FTIR, NMR spektroskopie pevné fáze

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 10. 2010

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 20. 12. 2010

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Technology of Materials / Technology of Macromolecular Compounds