Atık PET şişelerden alkid reçinesi üretimi ve farklı reçinelerle harmanları
Alkyd resin production from waste PET bottles and their blends with different resins
Yazar: DEMET HAYRİYE ÖZALTUN
Danışman: PROF. DR. IŞIL ACAR
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, yüksek performanslı kaplama malzemesi olarak kullanılmak üzere, atık PET esaslı alkid reçinelerin, farklı reçineler kullanılarak iki farklı kombinasyonda üçlü harmanlarının ve farklı tür/oranlarda nanopartikül içeren nano katkılı üçlü harmanlarının hazırlanması ve karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla dört aşamalı bir çalışma yapılmıştır.
Birinci aşamada, atık PET şişe kırpıntıları (8-10 mesh), atmosferik basınçta, beş boyunlu cam reaktörde etilen glikol kullanılarak, glikoliz reaksiyonu ile depolimerize edilmiştir. Elde edilen ham depolimerizasyon ürünü, sıcak su ile ekstrakte edilerek saflaştırılmıştır. Böylece suda çözünmeyen fraksiyon (SÇ-) ve suda çözünen kristallenebilir fraksiyon (SÇ+) birbirinden ayrılmıştır. Bu saflaştırılmış ara ürünler, fonksiyonel grup analizleri ve DSC ile karakterize edilmiştir.
İkinci aşamada, saflaştırılmış atık PET ara ürününü (BHET) içeren kısa, orta ve uzun yağlı, dört bileşenli BHET esaslı alkid reçineler, hem yağ asidi hem de monogliserid yöntemleriyle sentezlenmiştir. Ek olarak, karşılaştırma amacıyla BHET içermeyen kısa, orta ve uzun yağlı referans alkid reçineleri de sentezlenmiştir. Referans alkid reçinelerinin sentezinde ayçiçek yağı veya ayçiçek yağ asidi, 1,4 bütandiol, ftalik anhidrit ve gliserin kullanılmıştır. Atık PET esaslı alkid reçinelerinin sentezinde, alkid reçinenin diol bileşeni yerine %100 oranında BHET formülasyona ilave edilmiştir.
Üçüncü aşamada fiziksel yüzey örtü testleri (kuruma, sertlik, yapışma, aşınma dayanımı, darbe dayanımı, parlaklık), kimyasal yüzey ötrü testleri (alkali, asit, su, tuz, çözücü ve çevre dayanımları), TGA ve FTIR analizleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, diğer reçineler ile üçlü harmanlar hazırlamak için en iyi özelliklere sahip referans ve BHET esaslı alkid reçineler seçilmiştir.
Dördüncü aşamada, seçilen monogliserid yöntemiyle sentezlenmiş kısa yağlı ve uzun yağlı alkid reçinelerin üçlü harmanları hazırlanmıştır. Kısa yağlı alkid reçineler kullanılarak; referans ve BHET esaslı alkid reçine-melamin formaldehit reçine-epoksi reçine üçlü harmanları hazırlanmıştır. Uzun yağlı alkid reçineler kullanılarak; referans ve BHET esaslı alkid reçine-ketonik reçine-epoksi reçine üçlü harmanları hazırlanmıştır. Daha sonra, üçlü harmanlardan filmler hazırlanmış ve bu filmlerin fiziksel ve kimyasal yüzey örtü testleri ile TGA ve FTIR analizleri yapılmıştır. Böylece üçlü harmanların hazırlanması için optimum reçine oranları belirlenmiştir. Optimum oranlarda hazırlanan harmanlara, farklı türde (ZnO ve NiO) ve oranlarda (%3 ve %5) nanopartiküller ilave edilerek, nano katkılı BHET içeren alkid esaslı üçlü harmanlar elde edilmiş ve bu harmanlar FTIR, XRD, SEM, EDS, TGA ve DSC analizleri ile karakterize edilmiştir.  Ardından yüzey örtü özellikleri de belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to prepare and characterize triple blends in two different combinations of waste PET-based alkyd resins containing nanoparticles in different types and proportions, using different resins to be used as a high performance coating material. For this purpose, a four-stage study was carried out.
In the first stage, waste PET bottle flakes (8-10 mesh) were depolymerized by glycolysis reaction using ethylene glycol at atmospheric pressure in the five-necked glass reactor. The raw depolymerization product were purified by extraction with hot water. Thus, the water-insoluble fraction (WIF)  and the water-soluble crystallizable fraction (WSCF) were separated from each other. These purified intermediates were characterized by functional group analyses and DSC analysis.
In the second stage, short, medium, and long oil, four-component waste PET-based alkyd resins containing selected purified waste PET intermediate (BHET) were synthesized by both fatty acid and monoglyceride methods. In addition, short, medium, and long oil reference alkyd resins without BHET were also synthesized for comparison. In the synthesis of reference alkyd resins, sunflower oil or sunflower fatty acid, 1,4 butanediol, phthalic anhydride, and glycerin were used. In the synthesis of waste PET-based alkyd resins, BHET were added in ratio of 100% to the formulation instead of the diol component of the alkyd resin.
In the third stage, physical surface coating tests (drying, hardness, adhesion, abrasion resistance, impact resistance, gloss), chemical surface coating tests (alkali, acid, water, salt, solvent, and environmental resistance), TGA and FTIR analyses were performed. According to the results, reference and BHET-based alkyd resins having the best properties were selected for preparing triple blends with other resins.
In the fourth stage, triple blends of selected short oil and long oil alkyd resins, which were synthesized by the monoglyceride method, were prepared. Using short oil alkyd resins; reference and BHET based alkyd resin-melamine formaldehyde resin-epoxy resin triple blends were prepared. By using long oil alkyd resins; reference and BHET based alkyd resin-ketonic resin-epoxy resin triple blends were prepared. Then, the films were prepared from these triple blends, and physical and chemical surface coating tests, TGA, and FTIR analyses of the films were performed. Thus, optimum resin ratios were determined for the preparation of triple blends. BHET containing alkyd-based triple blends with nanoparticle were prepared by adding nanoparticles in different types (ZnO and NiO) and proportions (3% and 5%) to the blends prepared at optimum ratios and these blends characterized by FTIR, XRD, SEM, EDS, TGA and DSC analyses. Then, the surface coating properties were also determined.