Sposób wytwarzania żywic epoksydowych na bazie sacharydów i ich pochodnych acetalowych

Transkrypt

1 Sposób wytwarzania żywic epoksydowych na bazie sacharydów i ich pochodnych acetalowych Opis rozwiązania: Synteza opracowana jest dla związków zawierających ugrupowanie hydroksylowe, w szczególności dla cukrów zarówno prostych jak i wielocukrów. Dokonanie badawcze pozwala na prowadzenie syntezy w temperaturze pokojowej wykorzystując aparaturowo jedynie mieszalnik. Głównym medium (rozpuszczalnikiem) jest woda tym samym nie wykorzystuje się rozpuszczalników organicznych i substancji ropopochodnych. Synteza nie pozostawia uporczywych substancji odpadowych. Otrzymuje się żywiczne produkty, n-podstawione (n = 1-4), które wypadają z układu reakcyjnego podczas procesu. Wydajności procesu dochodzą do 90%. Typowa synteza prowadzona jest w temperaturze podwyższonej (od 40 do 90 C) z ciągłym mieszaniem i jednoczesnym wkraplaniem 40% roztworu NaOH lub prowadzona jest w 40% roztworze NaOH z jednoczesnym wkraplaniem epichlorohydryny (EPI). Przejście z dotychczas stosowanej technologii nie wymaga dużych nakładów finansowych. Produkcja może być prowadzona w trybie okresowym. Sterowanie procesem jest łatwiejsze od tradycyjnej metody, ze względu na mniej zmiennych do sterowania. Rozdział produktów syntezy jest łatwiejszy. Zastosowanie rozwiązania w medycynie: do syntezy leków, matryc (osnów) polimerowych do kontrolowanego uwalniania leków, cukrowych materiałów hydrożelowych.

2 Zalety rozwiązania: Przedmiotem wynalazku jest sposób syntezy żywic stanowiących prepolimer. Znajduje ona alternatywę w każdej dziedzinie, gdzie powszechnie stosowane są żywice epoksydowe. Jej główną korzyścią jest fakt, iż nie wymaga stosowania wysokich temperatur syntezy, a reagenty do niej wykorzystywane są powszechnie stosowane i tanie. Ponadto polimer z nich otrzymany jest degradowany i nietoksyczny. Wadą (w niektórych zastosowaniach) tych materiałów względem stosowanych żywic jest mała odporność na płomień. Prowadzone badania wykazały, iż stosowanie wodorotlenku magnezu jako uniepalniacza niweluje ten problem i nie pogarsza znacząco właściwości materiału. Ponadto wynalazek posiada korzyści technologiczne związane z niskoenergetycznym procesem syntezy. Sposób ten nie wymaga ogrzania reaktora a jedynie ciągłe mieszanie reagentów w zawiesinie reakcyjnej. Po przeprowadzonym procesie otrzymana żywica wytrąca się w postaci nierozpuszczalnego w nim osadu i jest łatwa do rozdzielenia i osuszenia. Otrzymane związki przy jednej technologii otrzymywania dają alternatywne spektrum dla żywić epoksydowych opartych o pochodne aromatyczne takich jak bis-fenol A. Żywice tego typu mają charakter hydrofilowo-hydrofobowy są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych i w polarnych jak DMSO, DMF. Nie są natomiast rozpuszczalne w wodzie. Technologia nie wytwarza szkodliwych produktów odpadowych i jest prosta do przeprowadzenia. Same żywice posiadają jasnożółty odcień i mogą być znaczącą i tańszą alternatywą dla tworzyw kompozytowych, dla których spoiwo oparte jest o toksyczne pochodne fenolu. Produkt można wybarwiać, jest rozpuszczalny w większości dostępnych rozpuszczalników wykorzystywanych w przemyśle, np. meblarskim, farbiarskim, jachtowym. Daje możliwość łatwej modyfikacji właściwości fizykochemicznych ze względu na to, iż opiera się na powszechnie wykorzystywanych związkach cukrowych w przemyśle spożywczym. Technologia produkcji pozostaje ta sama przy różnych związkach cukrowych.

3 Zasadnicze korzyści z zastosowania technologii: Synteza prowadzona w temperaturze otoczenia przy jednorazowym wkładzie reagentów. Wysoka wydajność produktu. Technologia zgodna z regułami "Zielonej Technologii. Możliwość otrzymywania stałych żywic epoksydowych na bazie związków cukrowych, utwardzanie związkami chemicznymi lub fotoutwardzanie. Otrzymanie całkowicie degradowanych materiałów. Możliwość modyfikacji produktów podczas syntezy jak i możliwość prostej modyfikacji produktu. Możliwości zastosowania: W najprostszym przykładzie wynalazek ten może znaleźć zastosowanie jako alternatywny klej do kompozytów drewnianych takich jak: sklejka, płyta paździerzowa lub pilśniowa. W tym celu można zastosować cukry proste (glukoza czy fruktoza). W wyniku syntezy otrzymuje się ich pochodne epoksydowe. Kleje tego typu mogą być utwardzane na gorąco, lub w temperaturze otoczenia przy użyciu alifatycznych amin. Materiał ten w wyniku jego zużycia można bezpiecznie poddać kompostowaniu, lub spaleniu. Innym sposobem jest wprowadzanie grup epoksydowych do oligosacharydów jak skrobia ziemniaczana. Ze względu, iż rdzeń polimerowy zbudowany jest z sacharydów ulega on degradacji. Natomiast jego funkcjonalizacja w grupy epoksydowe pozwala na podwyższenie reaktywności tak otrzymanej struktury. Grupy epoksydowe w zależności od temperatury, czy układu katalitycznego, są wstanie przereagować z grupami kwaśnymi, amidami, aminami czy glikolami. Badania prowadzone były również dla bardziej zaawansowanych zastosowań, jako matryce do kontrolowalnego uwalniania leków. Na rdzeń takiej matrycy wybrano salicynę, która jest pochodną glikozydów fenolowych. Jej aktywnym składnikiem jest alkohol salicylowy, który w organizmie zachowuje się jak pochodne salicylanów, wykazując właściwości farmakologiczne. Same salicylany przy długotrwałym stosowaniu podrażniają ścianę żołądka. W badaniach grupy hydroksylowe przy węglu C-4 i C-6 w glukopiranozie zabezpieczono przy użyciu aldehydów pochodzenia naturalnego jak aldehydu: wanilinowego, salicylowego i benzoesanowego. Następnie pozostałe grupy podano funkcjonalizacji przy użyciu syntezy opisanej w zgłoszeniu patentowym.

4 Wprowadzone grupy epoksydowe mogą zostać użyte dodatkowo do podwieszenia na strukturze związków aktywnych wspomagając działanie farmakologiczne. Natomiast w badaniach wykorzystano polisacharyd pochodzenia naturalnego alginian sodu, na którym podwieszono lek (Schemat). Schemat uwalniania leków na matrycy polisacharydowej A) Uwolnienie cząsteczek z matrycy hydrożelowej B) Wchłanianie się substancji aktywnej z rdzeniem cukrowym, uwolnienie leku w miejscu przeznaczenia. Otrzymano materiał hydrożelowy, pęczniejący pod wpływem wody. W środowisku kwasu żołądkowego ulega on rozkładowi do aktywnej formy leczniczej przez hydrolizę na aldehyd (służący do zabezpieczenia grup hydroksylowych przy węglu C-4, C-6) i kwas alginowy. Badania te dają bardzo zadowalające wyniki i są w trakcie realizacji, między innymi nad doborem substancji wspomagającej. Oczekuje się poprawionego wchłaniania substancji aktywnych i kontrolowalnego dostarczania leku ze względu na wolne grupy C-4, C-6 które w organizmie są uważane za cząsteczkę glukozy i łatwiejsze jest ich wchłanianie dokomórkowe. Podsumowując, synteza pozwala na otrzymanie prepolimerów o różnorodnych zastosowaniach dzięki temu, iż możliwe jest wprowadzenie bardzo reaktywnych centrów chemicznych do struktur cukrowych.

5 Możliwe zastosowanie komercyjne wynalazku: Medycyna, syntezy leków, matryc (osnów) polimerowych do kontrolowanego uwalniania leków, cukrowych materiałów hydrożelowych. Synteza proszkowych powłok ochronnych. Synteza dodatków do farb i lakierów oraz laminatów. Synteza cukrowych żywic epoksydowych, jako biodegradowalnych dodatków do żywic epoksydowych lub poliestrowych. Degradowalne plastyfikatory i spoiwa dla produkcji materiałów opałowych. Regulatory kompostowalności tworzyw okrywowych w agrobiorolnictwie. Etap rozwoju projektu: Rozwiązanie zawiera się w fazie badawczej. Konieczne jest opracowanie stosunków reagentów pod konkretną produkcje (możliwość wytworzenia ok 1kg żywicy). Status IP: Zgłoszenie Patentowe z 2012 roku/ P * * * Twórcy: dr inż. Sylwia Waśkiewicz, mgr inż. Andrzej Milewski, Adam Bach Politechnika Śląska Wydział Chemiczny Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów