Unsaturated Polyester Resins from Recycled Polyethyleneterephthalate

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia miten kuluttajien kierrättämästä polyeteenitereftalaatista ( PET ) voi valmistaa tyydyttymättömiä polyesterihartseja. Työssä valmistettiin yleiskäyttöön soveltuva laminointihartsi sekä 'gel coat' -hartsi jota käytetään esim. veneiden pintamaalina. Yleishartsin depolymerointiin käytettiin propyleeniglykolia ja 'gel coat' -hartsin valmistamiseen neopentyyliglykolia. Polykondensaatiovaiheessa reaktioon lisättiin maleiinihappoa ja lopuksi hartsit liuotettiin styreeniin. Kirjallisuusosassa esitetään eri menetelmiä PET:n depolymeroimiseksi. Lisäksi esitetään eri vaihtoehtoja glykolien, happojen, katalyyttien ja vinyylimonomeerien valitsemiseksi tyydyttymättömien polyesterihartsien valmistuksessa. Analyysimenetelmiä nestemäisten ja kovetettujen hartsien tutkimiseen ja vertailuun käydään läpi kuten myös erilaisia sovelluksia polyesterihartsien käyttämiseksi. Kokeellinen osa todisti että PET-pullojäte voidaan prosessoida hartsiksiilman uusia investointeja prosessilaitteistoon. PET:n glykolyysi kesti viidestäseitsemään tuntia ja polykondensaatiovaihe kahdesta ja puolesta viiteen tuntiin. Hartsien molekyylipainot ja mekaanisten testien tulokset olivat vertailukelpoisia kaupallisten hartsien antamien tulosten kanssa. Glykolyysivaiheen momomeeri- ja oligomeeripitoisuudet mitattiin geelipermeaatiokromatografialla, jotta nähtiin miten pitkälle depolymerisaatio oli edennyt. Tätä tietoa voidaan hyödyntää uusien hartsireseptin suunnittelussa. Polymeeriketjussa jäljellä olevien C=C kaksoissidosten määrä ja niiden isomeraatioaste maleaattimuodosta fumaraattimuotoon mitattiin 1H-NMR -menetelmällä. Tislevesien koostumus määritettiin kaasukromatografialla, ja tulokset kertoivat katalyytin sisältämän kloorin reagoineen glykolien kanssa, johtaen suureen glykolikulutukseen ja muihin ei-toivottuihin sivureaktioihin. Hartsien sietokykyä auringon valolle mitattiin niiden UV-absorption avulla. Kummastakin hartsista valmistettiin 'gel coat' -maalit jotkalaitettiin sääkoneeseen, joka simuloi auringonpaistetta ja vesisadetta vuorotellen. Näistä 'gel coateista' mitattiin niiden kellastumista. Kummastakin hartsista tehdyt valut asetettiin myös sääkoneeseen ja IR-spektreistä ennen jajälkeen koetta nähtiin että C=O ja C-O esterisidoksia oli hajonnut.

The subject of this thesis was to find out how unsaturated polyesters (UPE ) resins can be manufactured from post-consumer recycled polyethyleneterephthalate ( PET ). Two different kinds of resins were manufactured, a general purpose laminating resin and a gel coat resin. The depolymerization of PET was done both by propylene glycol and neopentylglycol. In the polycondensation stage, maleic anhydride was added to the process, and finally the resin was diluted in styrene. In the literature part of this thesis different methods for depolymerizing PET were introduced. Then the choices for glycols, acids, catalysts and vinyl monomers were discussed. Finally the analytical methods for studying liquid and cured resins as well as the applications for UPE's were explained. Inthe experimental part of this thesis it was proven that processing of the PET bottle scrap did not require investments in new processing equipment. The glycolysis of PET took from five to seven hours and the polycondensation demanded from 2,5 to 5 hours. The molecular weights of the resins as well as the results of the mechanical tests for cured resins were comparable with the values found for commercial resins. The amounts of monomer and oligomer components in the glycolysis stage were measured to find out how the depolymerization had progressed andto help in formulating UPE recipes. The amounts of double bonds left in the polymer chain and their conversion from maleate to fumarate form were measured by 1H-NMR. The gas chromatograms of the distillate water showed that the chlorine originating from the catalyst used had reacted with the glycols thus resulting in glycol losses and other unwanted side reactions. UV-absorption of the resinsprepared was measured to see how they would endure sunlight. Gel coats were manufactured from both resins and they were subjected to accelerated weathering test to measure their yellowing. Cast resins were also put in the weathering testerand IR spectra were run before and after the test. The difference IR spectrum showed the splitting of the C=O and C-O ester bonds.