A Novel Sustainable Phosgene- and Isocyanate-free Synthesis and Applications

Promovendus/a: Karel Weemaes

Promotor(en): Bert Maes

Onze wereld is verwikkeld in een strijd tegen de opwarming van de aarde en de uitstoot van broeikasgassen. Chemie biedt oplossingen op verschillende gebieden, zoals het verminderen van de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen, het verbeteren van zonnecellen, het verbeteren van batterijmaterialen, het verminderen van industriële afvalproductie en het vergemakkelijken van industriële en huishoudelijke afvalrecycling. Een belangrijke materiaalklasse is polyurethaan (PU), dat een aanzienlijke maatschappelijke impact heeft. Polyurethanen worden gevormd door de reactie van polyisocyanaten en polyolen, die beide op grote industriële schaal worden geproduceerd. Ondanks hun wijdverspreid gebruik staan isocyanaten vooral onder druk vanwege hun toxiciteit. Isocyanaatastma verwijst naar een vorm van beroepsastma veroorzaakt door blootstelling aan isocyanaten, die bij langdurige blootstelling kan leiden tot longobstructies. Werknemers die met isocyanaten werken, moeten een verplichte training volgen om de blootstelling te minimaliseren. Het ECHA heeft de regels voor het gebruik van vrije isocyanaten aangescherpt, wat in de toekomst zou kunnen leiden tot een verbod.

Wetenschappers zoeken daarom naar nieuwe manieren om toegang te krijgen tot deze polyurethaanmaterialen zonder vrije isocyanaten te moeten gebruiken. Geblokkeerde isocyanaten zijn monomeren die worden gevormd door een isocyanaat te laten reageren met een blokkeermiddel. Bij dit proces wordt de reactieve isocyanaatgroep "geblokkeerd" met een nucleofiel om een stabiel, beschermd isocyanaat te vormen. Dit is veiliger te transporteren en te gebruiken en neemt dus de meeste zorgen weg die gerelateerd zijn aan het gebruik van vrije isocyanaten (toxiciteit, veiligheid). Bij kamertemperatuur is er geen blootstelling aan vrije isocyanaten, maar het adduct zal het isocyanaat weer vrijgeven als de temperatuur wordt verhoogd tot boven de ontschermingstemperatuur. Dit gecontroleerde vrijkomen zorgt voor onmiddellijke vangst met een nucleofiel en voorkomt blootstelling aan de isocyanaten. Geblokkeerde isocyanaten worden nu echter industrieel gemaakt door reactie van isocyanaten met een blokkeergroep.

In dit proefschrift is een nieuwe manier ontwikkeld om toegang te krijgen tot geblokkeerde isocyanaten zonder gebruik te maken van toxisch fosgeen en isocyanaat intermediairen. Verder werden nieuwe geblokeerde isocyanaten gesynthetiseerd. Ten slotte werden deze nieuwe geblokkeerde isocyanaten onderzocht voor toepassingen in organische synthese.