Wodorozcieńczalne żywice poliestrowe bazujące na recyklacie PET

Wodorozcieńczalne żywice poliestrowe bazujące
na recyklacie PET
Anna Gajkowska
Kierujący pracą: prof. dr hab. Gabriel Rokicki
Przedmiotem pracy inżynierskiej było opracowanie metody otrzymywania
wodorozcieńczalnej alkidowej żywicy poliestrowej z wykorzystaniem odpadowego PET.
Powodem podjęcia tej tematyki są względy ekologiczne, a mianowicie zagospodarowanie
odpadowego PET oraz zmniejszenie emisji lotnych związków organicznych z żywic i powłok
lakierniczych. Poli(tereftalan etylenu) jest polimerem produkowanym w milionach ton na
świecie. Duża część jego produkcji przeznaczona jest na wyrób butelek do napojów
bezalkoholowych. Istotny jest zatem recykling odpadów PET. Dobrym sposobem utylizacji
bezużytecznych butelek jest recykling surowcowy. Polega on na chemicznym rozrywaniu
wiązań estrowych w PET za pomocą związków zawierających aktywny atom wodoru, np.
wielowodorotlenowych alkoholi w procesie zwanym alkoholizą. Produktami tej reakcji są
związki, które mogą być wykorzystane do produkcji schnących na powietrzu alkidowych
żywic poliestrowych. Tradycyjnie takie żywice były następnie rozpuszczane w lotnych
rozpuszczalnikach organicznych. Jednak obecnie, zgodnie z ustawodawstwem należy
ograniczyć ich emisję do środowiska. Rozpuszczalniki organiczne są częściowo zastępowane
wodą. Jednak hydrofobowe żywice wymagają hydrofilizacji, aby można było otrzymać ich
wodne emulsje. W tym celu często stosowane są związki zawierające ugrupowanie
sulfonianowe.
Substratami do syntezy żywicy były, oprócz odpadów PET, olej sojowy, pentaerytryt
oraz bezwodnik ftalowy. W celu hydrofilizacji żywicy zastosowano monomery alifatyczny i
aromatyczny. Użyto diester butylowy kwasu sulfobursztynowego oraz diester heksylowy
kwasu 5-sulfoizoftalowego. Dla tego ostatniego opracowano metodę otrzymywania, na
drodze bezpośredniej estryfikacji soli sodowej kwasu 5-sulfoizoftalowego n-heksanolem.
Założeniem pracy było porównanie wpływu monomerów na właściwości otrzymywanych
powłok.
Schnącą na powietrzu alkidową żywicę poliestrową otrzymano w kilkuetapowym
procesie. Pierwszym etapem była alkoholiza oleju sojowego za pomocą pentaerytrytu,
w wyniku czego otrzymano mieszaninę niepełnych estrów kwasów tłuszczowych i glicerolu
oraz pentearytrytu, której funkcyjność hydroksylowa wyniosła 2,29. Następnie mieszaninę tą
wykorzystano do reakcji z odpadowym PET, pod wpływem której nastąpiło rozerwanie
wiązań estrowych w polimerze. Ostatnim etapem była reakcja z bezwodnikiem ftalowym,
dzięki któremu wprowadzono na końcach łańcuchów grupy karboksylowe, zwiększające
twardość otrzymywanych z żywicy powłok. Następnie przeprowadzono hydrofilizację tej
żywicy. I tak zsyntetyzowane polimery wykorzystano do otrzymania ich wodnych emulsji.
Sprawdzono stabilność emulsji w zależności od ilości dodanej wody. Badania wykazały, że
dyspersje o zawartości 25% wody są stabilne. Z takich układów sporządzono emulsje
powłokotwórcze poprzez dodatek sykatyw w różnych ilościach, od 4 do 10% wagowych w
stosunku do suchej masy żywicy. Następnie emulsje nałożono na podłoże szklane. Zbadano
czasy uzyskiwania I stopnia wyschnięcia przez otrzymane powłoki oraz twardości Persoza,
zgodnie z określonymi normami.
Wykazano, że zwiększenie ilości dodanej sykatywy znacząco skraca czas schnięcia
powłoki. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że aby otrzymać odpowiednio
wysoką wydajność estryfikacji soli sodowej kwasu 5-sulfoizoftalowego n-heksanolem reakcję
należy prowadzić kilkadziesiąt godzin. Ponadto wykazano, że rodzaj zastosowanego do
hydrofilizacji monomeru nie ma większego wpływu na właściwości i jakość otrzymywanych
powłok, a także stabilność emulsji wodnych żywic.