Atık PET'in 1,3-propandiol glikoliz ürünlerinden su bazlı akrilik modifiye alkid reçinelerin üretimi
Production of water borne acrylic modified alkyd resins from 1,3-propanediol glycolysis products of waste PET
Yazar: NAGİHAN AKGÜN
Danışman: DOÇ. DR. IŞIL ACAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Alkit reçinesi = Alkyd resin

Özet:
Bu tez çalışmasında, tek kullanımlık atık poli(etilen tereftalat) (PET) su şişelerinin, atmosferik basınçta 1,3-propadiol ile gerçekleştirilen glikoliz reaksiyonları sonunda elde edilen ara ürünlerin, su bazlı boya formülasyonlarında bağlayıcı komponent olarak kullanılabilecek, su ile seyreltilebilir akrilik modifiye alkid reçinelerinin üretiminde değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla tez kapsamında beş aşamalı bir çalışma gerçekleştirilmiştir.
Birinci aşamada, kullanılmış su şişelerinden öğütülmüş 8-10 mesh elek aralığında atık PET, PET/diol mol oranı 1/3 olacak şekilde, 1,3-propandiol ile çinko asetat katalizörlüğünde, atmosferik basınçta depolimerize edilmiştir. Depolimerizasyon ürününün sıcak su ile ekstraksiyonu sonucunda, suda çözünmeyen fraksiyon (SÇ-) ve suda çözünen fraksiyon (SÇ+) elde edilmiştir. Bununla birlikte, aynı şartlarda yapılan ikinci bir depolimerizasyon reaksiyonu sonunda elde edilen ürün, herhangi bir saflaştırma işlemine tabi tutulmadan ham ürün (HAM) olarak ayrılmıştır.
İkinci aşamada, öncelikle karşılaştırma amacıyla, atık PET ara ürünü içermeyen referans alkid reçine sentezlenmiştir. Dört komponentli, %50 yağlı referans alkid reçine; ağaç yağı asidi, ftalik anhidrit, trimetilol propan ve 1,3-propandiol kullanılarak sentezlenmiştir. Atık PET esaslı alkid reçinelerinin sentezinde ise, depolimerizasyon ürünleri (SÇ+, SÇ-, HAM) diol komponenti yerine kullanılmıştır.
Üçüncü aşamada, metakrilik asit ve fumarik asit kullanılarak akrilik kopolimer sentezlenmiştir. Dördüncü aşamada, atık PET içeren ve içermeyen alkid reçineler, akrilik kopolimer ile modifiye edilmiştir. Böylece, akrilik kopolimerin alkid reçineye ekivalen miktarının %40'ı oranında kopolimer içeren, akrilik modifiye alkid reçineler hazırlanmıştır. Beşinci aşamada ise, su ile seyreltilebilir alkid reçine elde etmek için, akrilik modifiye alkid reçineler, amin bileşiği ile nötralize edilmiş ve ko-solvent varlığında destile su ile seyreltilmiştir.
Hazırlanan tüm su ile seyreltilebilir akrilik modifiye alkid reçine filmlerinin, fiziksel ve kimyasal yüzey örtü özellikleri test edilmiş ve termal davranışları termogravimetrik analiz yöntemiyle incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre belirlenen en iyi performansa sahip atık PET içeren alkid reçine ve atık PET içermeyen referans alkid reçine, su esaslı boya formülasyonlarında bağlayıcı komponent olarak kullanılmıştır. Hazırlanan su bazlı boyaların, yaş boya ve kuru boya testleri yapılmış, atık PET ara ürünlerinin su ile seyreltilebilir alkid reçinelerinde ve su bazlı boya sistemlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.
Sonuç olarak, atık PET'in, tüm 1,3-propandiol glikoliz ürünlerinin (SÇ+, SÇ- ve HAM), su ile seyreltilebilir akrilik modifiye alkid reçine ve su bazlı boya sistemlerinin üretimi için uygun olduğu belirlenmiştir.
Tez sonunda, hem atık PET'in geri kazanımı, hem de geri kazanılmış PET'in, su bazlı boya sistemlerinde ham madde olarak değerlendirilmesi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, atık yönetimi için olduğu kadar boya sektörü açısından da önemlidir.

Abstract:
The aim of this thesis is the evaluation of the intermediates of glycolysis reactions of post-consumer poly(ethylene terephthalate) (PET) water bottles with 1,3-popanediol at atmospheric pressure for synthesis of water-reducible acrylic modified alkyd resins that can be used as binder component in water-based paint formulations. For this aim, a five-step study was conducted.
In the first step, PET wastes obtained from grinding of post-consumer water bottles sieved to obtain a 8-10 mesh fraction were depolymerized with 1,3-propanediol (molar ratio of PET/diol: 1/3) in the presence of zinc acetate as catalyst at atmospheric pressure. Depolymerization product was extracted with boiling water, water insoluble fraction (WIF) was obtained. The filtrate was cooled and crystallized and water soluble fraction (WSCF) was obtained. At the same time, the product called RAW was obtained from other depolymerization reaction which realized at the same conditions, and it was not purified.
In the second step, for comparison, primarily, reference alkyd resin, which was not containing waste PET, has been synthesized. Four-component reference alkyd resins, formulated to have an oil content of 50%, were synthesized by using tall oil fatty acid, phthalic anhydride, trimethylol propane, and 1,3-propanediol. For synthesis of waste PET based alkyd resins, depolymerization products (WIF, WSCF, RAW) were used instead of diol component. 
In the third step, acrylic copolymer was synthesized by using methacrylic acid and fumaric acid. In the fourth step, alkyd resins, which was contain waste PET and not contain waste PET, were modified acrylic copolymer. Thus, acrylic modified alkyd resins containing 40% acrylic copolymer ratios of the equivalent amounts of acrylic copolymer to alkyd resin were prepared. In the fifth step, to obtain water-reducible form of alkyd, acrylic modified alkyd resins were neutralized with an appropriate amine compound, and diluted with distilled water in the presence of co-solvent.
Physical and chemical surface coating properties of all water-reducible acrylic modified alkyd resin films were tested and thermal behaviors were also investigated with thermogravimetric analysis technique. Waste PET based alkyd resin, which has the best performance, and reference alkyd resin, which was not contain waste PET, were used as binder component on the water-based paint formulations. Wet paint and dry paint tests of these water-based paints were performed in order to investigate the availability of the waste PET intermediates for the water-reducible alkyd resins and water-based paint systems.
As a result, it was determined that, all 1,3-propanediol glycolysis product  of waste PET (WIF, WSCF and RAW) are suitable for manufacturing of water-reducible acrylic modified alkyd resins and water-based paint systems. 
At the end of the thesis, both recycling of PET bottles and the evaluation of recycled PET as raw material in water-based paint systems have been achieved. The obtained results are important for the waste management as well as paint industry.