Chemical recycling of R-PET using serinol: synthesis of a new green and sustainable branching agent for poly (lactic acid)

Poly (ethylene terephthalate) (PET) is one of the most widely used plastics globally owing to its remarkable physical and chemical properties. However, its intensive use combined with its limited biodegradability, requires an effective waste management. Among techniques for PET waste disposal, recycling emerges as the best strategy to mitigate environmental impact. Mechanical recycling involves physical PET reprocessing and is the predominant strategy for PET waste processing but results in decreases in molecular weight and tensile strength every cycle. Instead, chemical recycling consists in PET depolymerization to obtain monomers or oligomers which can be subsequently utilized as feedstock to synthetize other chemical compounds and allows also to recycle polymers that have already been mechanically recycled. This thesis focused on chemical recycling of R-PET by aminolysis, aiming to provide an efficient and effective solution for the upcycling of R-PET. Aminolysis is a chemical recycling strategy which represents a promising prospect as it allows the depolymerization of PET into terephthalic acid diamides or hydroxylated diamides using amine or amino alcohols, which can be subsequently used in upcycling applications. Aminolysis is performed with serinol (2-amino-1,3-propanediol), a very stable, non-toxic and water-soluble amine, which can be synthetized from bioresources. The aim is to synthetize a tetrahydroxylated diamide that can be employed as branching agent in the polymerization of lactide to poly (lactic acid) (PLA). Reaction conditions have been optimized by changing experimental parameters such as temperature, reagents molar ratio and reaction time. The synthesis has been scaled up on 100 g scale of R-PET. Furthermore, as preliminary tests, the aminolysis of R-PET was performed using isoserinol, a homologue of serinol, to obtain a diamide that can be converted in a possible monomer for non-isocyanate polyurethanes.

Il polietilentereftalato (PET), grazie alle sue notevoli proprietà fisiche e chimiche, è una tra le plastiche globalmente più utilizzate. Tuttavia, l’intenso utilizzo del PET, combinato alla sua biodegradabilità limitata, richiede una gestione efficace dei suoi rifiuti. Tra le tecniche di smaltimento dei rifiuti, il riciclo del PET è la miglior strategia che consente di mitigare l'impatto ambientale. Il riciclo meccanico consiste nel riprocessamento fisico del PET ed è la strategia predominante per il trattamento dei rifiuti, ma comporta ad ogni ciclo riduzioni della massa molecolare e della resistenza alla trazione. Invece, il riciclo chimico consiste nella depolimerizzazione del PET per ottenere monomeri o oligomeri che potranno poi essere utilizzati per sintetizzare altri composti chimici per altre applicazioni, consentendo quindi anche il riciclo di polimeri che sono già stati riciclati meccanicamente. Questa tesi si è focalizzata sul riciclo chimico del R-PET mediante amminolisi, con l'obiettivo di fornire una soluzione efficiente per l'upcycling del R-PET. L'amminolisi è una strategia di riciclo chimico promettente poiché consente la depolimerizzazione del PET utilizzando ammine o amminoalcoli, in diammidi o diammidi idrossilate dell’acido tereftalico che potranno essere successivamente utilizzati in applicazioni di upcycling. L'amminolisi è stata eseguita con serinolo (2-amino-1,3-propanediolo), un’ammina molto stabile, non tossica e solubile in acqua e che potrebbe anche essere sintetizzata da risorse biologiche. L'obiettivo è stato quello di sintetizzare una diammide tetraidrossilata che può essere impiegata come agente ramificante nella polimerizzazione del dilattide ad acido polilattico (PLA). Le condizioni di reazione sono state ottimizzate modificando parametri sperimentali come temperatura, rapporto molare dei reagenti e tempo di reazione. La sintesi è stata eseguita anche su scala maggiore (100 g di R-PET). Inoltre, come test preliminare, l'amminolisi del R-PET è stata eseguita utilizzando isoserinolo (3-aminopropane-1,2-diol), per ottenere una diammide che può essere convertita in un possibile monomero per poliuretani ottenibili senza l’utilizzo di isocianati.