Preparazione, caratterizzazione e applicazioni di formulazioni a base di derivati del cardanolo

Abstract

L’obiettivo del lavoro di tesi è stato quello di preparare e caratterizzare nuove formulazioni a base di derivati del cardanolo, un importante costituente del cashew nutshell liquid, ovvero l’olio estraibile dal guscio degli anacardi. Complessivamente, l’intera attività può essere divisa in due parti: Nella prima parte, è stata messa a punto la sintesi di poliesteri 100% bio-based, mediante polimerizzazione a stadi tra un diolo derivante da cardanolo e alcuni diesteri, quali dimetilsuccinato, dimetiladipato e dimetilsebacato. Per realizzare un processo che non includa alcun componente di origine fossile, è stata impiegata una catalisi enzimatica solvent-free e un solvente di recupero derivante da biomassa. La fattibilità del metodo è stata valutata per confronto con la sintesi tradizionale a base di catalizzatore metallico. I diversi sistemi così preparati sono poi stati studiati come potenziali plastificanti per acido polilattico, analizzando l’effetto della diversa lunghezza dell’unità di ripetizione e l’influenza dell’additivo sulla biodegradabilità del polimero. Nella seconda parte, è stato sintetizzato un vetrimero epossidico bio-based a partire da un cardanolo multi-epossidato. Il curing è stato realizzato per reazione con 2,2’-(1,4-fenilene)-bis(4-mercaptano-1,3,2-diossaborolano) (DBEDT), un estere boronico conosciuto per essere molto efficace nell’impartire dinamicità al network, senza la necessità di aggiungere un catalizzatore. Le proprietà vetrimeriche del materiale sono state studiate mediante prove di riciclabilità e di self-healing. Inoltre, grazie alla presenza di boro all’interno della struttura, si sono anche valutate le proprietà di resistenza alla fiamma, comparandole con quelle di un normale termoindurente.

The aim of the thesis was to prepare and characterize new formulations based on cardanol derivatives, an important constituent of cashew nutshell liquid, which is the oil extractable from the shell of cashews. Overall, the whole activity can be divided into two parts: In the first part, the synthesis of 100% bio-based polyesters was developed, by step-growth polymerization between a diol derived from cardanol and some diesters, such as dimethyl succinate, dimethyl adipate and dimethyl sebacate. To carry out a process that does not include any component of fossil origin, a solvent-free enzymatic catalysis and a biomass recovery solvent have been used. The feasibility of the method has been assessed by comparison with traditional metal catalyst synthesis. The different systems thus prepared were then studied as potential plasticizers for polylactic acid, analyzing the effect of the different length of the repeater unit and the influence of the additive on the biodegradability of the polymer. In the second part, a bio-based epoxy vitrimers was synthesized from a multi-epoxy cardanol. The curing was performed by reaction with 2,2'-(1,4-phenylene)-bis(4-mercaptan-1,3,2-dioxaborolane) (DBEDT), a boronic ester known to be very effective in imparting dynamism to the network, without the need to add a catalyst. The properties of the material have been studied through tests of recyclability and self-healing. Moreover, thanks to the presence of boron inside the structure, the flame resistance properties were also evaluated, comparing them with those of a normal thermoset.