Valorization of biomass : synthesis of polyfunctional aromatic derivatives for the chemical recycling of PET waste

In the last decades, the large use of poly(ethylene terephthalate) (PET) products has resulted in profound drawbacks at end-of-life, as huge amount of these materials are landfilled or leaked into the environment. As recently stated by the British Plastics Foundation, “we need to stop thinking of plastic as ‘waste’, but as a renewable resource that needs to be disposed of correctly”, as the recycling of plastics has the capability to save energy and to reduce resource consumption and waste. In this context, biomass, and in particular agricultural waste, gives the opportunity to obtain key building-blocks that can be used in the recycling of PET in place of the actually largely employed fossil-based derivatives. This thesis project is therefore focused on the synthesis of bio-sourced molecules that can be used in in the sustainable recycling of poly(ethylene terephthalate). In the first part of the project, galactaric acid, a carbohydrate derivative, has been used as precursor for the synthesis of functionalized aromatic compounds, and these last have been tested as chain extenders in the recycling of R-PET. As carbohydrates represent the major part of biomass, this results in the opportunity to use low value bio-based building blocks to give new life to end-use R-PET. In the second part of this project, the complete depolymerization of R-PET by aminolysis in the presence of bio-sourced amines, such as serinol and isoserinol, has been performed, obtaining tetrahydroxy diamides that will be used as branching agents in the synthesis of polyurethanes, polyesters and polyamides.

Negli ultimi decenni, l’uso di prodotti in polietilene tereftalato (PET) ha provocato molteplici problemi poiché questi ultimi vengono attualmente smaltiti in discariche o dispersi nell’ambiente. Come affermato dalla British Plastics Foundation, “dobbiamo smettere di pensare alla plastica come ’rifiuto’, ma come risorsa rinnovabile che deve essere smaltita correttamente”, e ciò è possibile grazie al riciclo delle materie plastiche che consente di risparmiare energia, ridurre la produzione di rifiuti e il consumo di risorse. In questo contesto le biomasse, e in particolare i rifiuti agricoli, permettono l’ottenimento di building-blocks che possono essere utilizzati nel riciclaggio del PET, sostituendo i derivati fossili che attualmente vengono largamente impiegati. Questo progetto di tesi è quindi focalizzato sulla sintesi di molecole di origine biologica che possono essere utilizzate nel riciclaggio sostenibile del polietilene tereftalato. Nella prima parte di questo progetto l’acido galattarico, un derivato dei carboidrati, è stato sfruttato come precursore per la sintesi di composti aromatici funzionalizzati, e questi ultimi sono stati testati come chain extender nel riciclaggio dell’R-PET. Poiché i carboidrati rappresentano la maggior parte della biomassa questo permette di utilizzare scarti agricoli per dare nuova vita all’R-PET. La seconda parte di questo progetto è invece focalizzata sulla completa depolimerizzazione dell’R-PET mediante aminolisi in presenza di ammine di origine biologica, come serinolo e isoserinolo, permettendo l’ottenimento di tetraidrossidiammidi che verranno utilizzate come agenti ramificanti nella sintesi di poliuretani, poliesteri e poliammidi.