Investigation of polyethylene terephthalate synthesis via solution polymerization technique

Abstract

Endüstride yaygın olarak kullanılan polietilen tereftalat (PET) yüksek ısı, mekanik ve çözücü dayanıklılığına ve düşük maliyetli üretime sahiptir. Kullanım alanına göre farklı moleküler ağırlığına sahip PET, eriyik polimerleşme yöntemi ile yüksek sıcaklık altında vakum uygulanarak sentezlenir. Eriyik polimerleşme metodu yaygın olarak kullanılmasına rağmen sentez süresinin uzun olması ve yüksek sıcaklık kullanılması degredasyona ve dietilen glikol gibi yan ürün oluşumuna sebep olur. Bu sorunlarla karşılaşmamak için orta moleküler ağırlığa sahip PET, eriyik polimerleşme ile sentezlendikten sonra moleküler ağırlığı, katı hal polimerleşme yöntemi ile arttırılabilir. Ancak; katı hal polimerleşmesi uzun sürdüğü için (12-24 saat) hem zahmetli hem de ekonomik olarak uygun değildir. Bu nedenle, bu çalışmada katı hal polimerleşmesi yerine kullanılabilecek yöntem araştırılmıştır. Bu çalışmanın esas amacı PET-anhidrit sentezlemek ve bu sentezlenen PET-anhidritleri orta ağırlıktaki PET zincirlerini bağlamak için kullanmaktır. Bu amaç için sırasıyla poliasit anhidrit, PET ve PET-anhidrit sentezleri incelenmiştir. Bütün sentezler solüsyon polimerleşme tekniği ile yapılmıştır. Solüsyon polimerleşme yöntemi PET sentezi için kullanılan bir yöntem olmadığı için bu tekniğin kısıtlamaları ve polimer üzerindeki etkileri ele alınmıştır. Ayrıca, polianhidrit ve PET-anhidrit örneklerinin zincir uzatma reaksiyonları ve PET'in moleküler ağırlığı üzerindeki etkileri araştırılmıştır.

Poly (ethylene terephthalate) (PET) is a thermoplastic polyester commonly used in the industry owing to its good mechanical strength, thermal stability, high solvent resistance and low-cost production. According to application area, various molecular weight PET is produced mostly at high temperature at melt phase under vacuum. Although melt polymerization is feasible and widely used, there are disadvantages of the system such as degradation of PET due to the long reaction time at high temperature and formation of side products such as diethylene glycol. To avoid such degradations, melt polymerization is used to obtain PET's that are considered medium molecular weights then solid state polymerization is employed to produce higher molecular weight PET's. However, SSP requires very long reaction times (12-24 h) which makes it very inconvenient and expensive. Therefore, in the present work, an alternative pathway that could potentially replace the SSP process was investigated. The main goal was to synthesize PET-anhydrides, in other words, polyester anhydrides, that may act as chain extenders when reacted with –OH terminated medium molecular weight PET's. During such effort, syntheses of polyacid anhydrides, then PET polyesters, then finally PET polyester anhydrides were investigated. These reactions were all carried out by solution polymerization techniques which is not a reported technique for the synthesis of PET. The scope and the limitation of such a process for the synthesis, and its effect on the final polymer properties are discussed. The results from templatize chain coupling reactions of PET using the polyanhydrides and polyester anhydrides is presented.