The chemical depolymerization of poly(ethylene terephthalate) or PET has led to various opportunities to recycle polyester feedstock and convert them into high-value products. PET’s monomer BHET and its oligomers obtained from these processes can be used as a component in polymer composites or be converted to various materials such as polyesters, polyurethane resins, and ester plasticizers. The monomer BHET is obtained by the glycolysis of PET, whose kinetics and catalysis are investigated in this study. Although glycolysis has been commonly modeled as a second-order reaction, the generalized kinetics approach applied in this study reveals that a nucleation-based kinetic behavior can be observed. Such nucleation-based kinetics affects the depolymerization in terms of an induction period and scission-induced chain reorganization. Moreover, the application of non-conventional glycolysis catalysts based on magnetically recoverable iron oxide nanoparticles is studied. Instead of the co-precipitation method previously developed to fabricate the iron oxide nanocatalyst, a single-step, surfactant-free synthesis using supercritical ethanol produced efficient nanocatalysts. Using the supercritical synthesis approach, a much simpler synthesis method is developed while also being able to easily fabricate mixed-metal nanocatalysts such as iron oxide spinels. The contribution of this study to the fundamental understanding of the glycolysis kinetics and to development of depolymerization catalysts is expected to further improve existing polymer recycling processes for PET.
폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 폐자원을 이용한 화학적 해중합 공정 기반으로 폴리에스터 원료 재활용 기술이 개발되고 있으며 원료화 및 고부가 제품화 방법들이 주목을 받고 있다. 원료화 공정에서 얻어지는 PET 모노머 BHET와 올리고머를 이용하여 폴리머 복합체 그리고 불포화폴리에스터 또는 폴리우레탄 수지 등 다양한 소재를 만들 수 있다.
BHET 모노머는 PET 글리콜리시스 반응으로 얻어지며 본 연구의 주제는 글리콜리스의 속도론 모델링과 촉매 개발이다. 여태까지 PET 글리콜리스 반응이 주로 second-order 모델로 묘사되었지만, 본 연구에서 이용한 일반화된 속도론적 접근의 해석 방법으로 핵형성-기반 속도론적 현상도 일어날 수 있다는 결과를 얻었다. 이러한 핵형성-기반의 속도론적 현상은 유도 기간 또는 결합 단절로 의한 chain 재정렬로 해중합 반응에 영향이 나타난다.
자석으로 회수 가능한 산화철 기반의 나노촉매를 최적화 연구를 했다. 이전에 이용한 공침 합성 방법 대신에 초임계 에탄올을 이용한 간편하고 환경 친화적 합성 방법을 이용하여 효율 높은 iron oxide 나노촉매를 얻을 수 있었다. 이 방법을 통해서 시간과 합성 단계를 줄였고 산화철 스피넬과 같은 다종 금속 기반 나노촉매도 손쉽게 합성할 수 있었다.
본 연구는 기초적인 측면에서 글리콜리시스 속도론에 대한 이해와 해중합 반응 촉매 개발과 제조법의 최적 결과로 기존 PET 재활용 및 고부가 공정들을 향상시킬 가능성을 보여준다.
