Ring-opening polymerization of non-ionic eutectic mixtures for the synthesis of macroporous polyesters by emulsion templating

Bioplastics met gecontroleerde afbreekbaarheid

Bioplastics kunnen een duurzaam alternatief zijn voor plastics gemaakt van fossiele bronnen. Onder de bioplastics vallen biobased plastics, gemaakt van hernieuwbare, natuurlijke bronnen, maar ook plastics die biologisch afbreekbaar zijn. Echter, afhankelijk van de omgeving kan het afbraakproces anders verlopen, wat een uitdaging is voor het ontwikkelen van verantwoorde biologisch afbreekbare plastics. 

In zijn promotieonderzoek produceerde Martin Castillo Santillan polymeren waarvan de afbreekbaarheid gecontroleerd kan worden. Hij werkte met sequentiële ringopeningpolymerisatie (ROP): een productieproces voor het maken van polymeren. Hij maakte hierbij gebruik van monomeren van een diep eutectisch systeem (DESm), bestaande uit L-lactide (LLA) en ε-caprolacton (CL), bij lage temperaturen en onder oplosmiddelvrije omstandigheden.

De regelbare gemiddelde moleculaire massa, kristalliniteit, polymeerarchitecturen en gecontroleerde degradatieprofielen van deze polyesters waren afhankelijk van de gebruikte organokatalysatoren, waaronder 1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-een (DBN), een nieuwe katalysator voor de ROP van LLA-CL DESm. Aldus leidde het nauwkeurig afstemmen van de synthetische parameters tot de synthese van polymeermengsels en een blokcopolymeer. Het scala aan DESm dat geschikt is voor lage-temperatuur- en oplosmiddelvrije ROP werd verder uitgebreid naar LLA en verschillende lactonen, waaronder δ-valerolacton en δ-hexalacton. De ROP van deze DESm werd ook gekatalyseerd door guanidine- en sulfonzuur-gebaseerde organokatalysatoren voor respectievelijk LLA en lactonen. Ten slotte onderzocht hij polycaprolactontriol (PCLT) en OH-beëindigd polyethyleenglycol (PEG) als multifunctionele macro-initiators in de oplosmiddelvrije ROP van LLA-CL DESm gekatalyseerd door 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-een (DBU) en methaansulfonzuur. 

Castillo Santillan mengde vertakte of lineaire PLLA-copolymeren met PCLT of PEG respectievelijk met PCL na de sequentiële ROP van LLA-CL DESm. De inzichten die hij verkreeg in de bulk-ROP van DESm werden voordelig gebruikt om polymeriseerbare emulsies met een hoog inwendig fasegehalte (HIPEs) olie-in-DESm te ontwerpen. Deze emulsies ondersteunden de efficiënte door organokatalysatoren gekatalyseerde ROP van de continue fase. De resulterende polymeerreproducties van de HIPEs, gekenmerkt door macroporeuze en onderling verbonden structuren, waren in staat om ruwe olie te absorberen.

De milde polymerisatietemperaturen en oplosmiddelvrije omstandigheden zijn groene kenmerken van de ontwikkelde ROP in dit werk om oplosbare biomaterialen met programmeerbare degradatieprofielen te bereiden.

Martin Castillo Santillan voerde zijn promotieonderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Macromolecular Chemistry and New Polymeric Material, met financiering van het Mexicaanse CONACYT. 

Proefschrift: https://hdl.handle.net/11370/1d0b0347-3baf-4ee4-ad2e-c6e2a14ab370