Investigation of the conditions for the formation of oligoether polyols ia glycolysis of waste PET

The aim of this work is to optimize the synthesis conditions for polyether polyols based on recycled polyethylene terephthalate and glycerol. The effect of glycerol concentration, temperature, and duration of the alcoholysis process in the presence of a catalyst (zinc acetate) on the physical and chemical properties of the final product was studied.
The concentration of glycerol was varied from 0.4 to 4.0 mol of glycerol per 1 mol of the elementary unit of secondary PET, providing partial or complete alcoholysis, respectively. Increasing the glycerol concentration to a threshold value leads to the formation of fusible oligomers, while a higher concentration results in a liquid final product. As the concentration of glycerol increases, there is a decrease in molecular weight, ether, and acid numbers, as well as an increase in hydroxyl group concentration, indicating a deeper chemical degradation of secondary PET.
The glycerolysis temperature was increased from 180°C to 250°C, and the reaction time was increased from 6 to 30 hours. The product characteristics change non-linearly with increasing temperature: molecular weight, ether number and dynamic viscosity decrease, while the content of hydroxyl groups and acid number increase. The degree of change in all product characteristics becomes less sensitive to temperature increases.
It was found that during the first six hours, alcoholysis at 220°C leads to a decrease in the molecular weight of secondary PET, and then polycondensation occurs with the formation of aromatic polyester polyols, leading to an increase in the molecular weight, acid number and dynamic viscosity of the products. The structure of alcoholism products has been studied by IR, PMR, and NMR13C spectroscopy. It has been shown that due to the replacement of residual ethylene glycol with glycerol in the macrochain, glycerol residues are present in its composition.

1. European Union. Directive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Council of 19 November 2008 on waste and repealing certain Directives // Official Journal of the European Union. 2008. L312. P. 3–30. http://data.europa.eu/eli/dir/2008/98/oj.

2. Панфилов Д.А. Химический рециклинг полиэтилентерефталата как метод получения эффективных модификаторов полимерных материалов // Пластические массы. 2021. №7–8. С. 25–30. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-7-8-25-30.

3. Демидова Е.В. Состояние и перспективы развития российского рынка базовых (крупнотоннажных) полимеров в контексте общемировых тенденций // Вестник экономики, права и социологии. 2025. №3. C. 312–346. DOI: 10.24412/1998-5533-2025-3-342-346.

4. Marol A., Irusta R., Martin J.M., Martinez L. Depolymerization of PET bottle wastes to produce high-value BHET monomer using ethylene glycol // Chemical Engineering Transactions. 2007. Vol. 11(6). P. 479–484. https://www.researchgate.net/publication/266515347.

5. Bui T.T.L., Nguyen D.A., Ho S.V., Uong H.T.N. Using ionic liquid catalyst for conversion of waste polyethylene terephthalate and soybean oil to polyester polyol // Journal of Applied Polymer Science. 2016. Vol. 133. No. 37. DOI: 10.1002/app.43920.

6. Zhang J., Wang X., Gong J., Gu Z. A study on the biodegradability of polyethylene terephthalate fiber and diethylene glycol terephthalate // Journal of Applied Polymer Science. 2004. Vol. 93. No. 3. P. 1089–1096. DOI: 10.1002/app.20556.

7. Худойбердиев А.И., Жанаев М.О., Тохиров М.И., Журайев А.Б., Алимухамедов М.Г. Сложные полиэфирполиолы из вторичного полиэтилентерефталата как перспективное сырьё для жёстких пенополиуретанов // Universum: технические науки. 2021. №8-2(89). С. 89–95. DOI: 10.32743/UniTech.2021.89.8.12147.

8. Zhou X., Wang C., Fang C., Yu R., Li Y., Lei W. Structure and thermal properties of various alcoholysis products from waste poly(ethylene terephthalate) // Waste Management. 2019. Vol. 85. P. 164–174. DOI: 10.1016/j.wasman.2018.12.032.

9. Ouyang S., Xie Y., Fu W., Ding Y., Shen L. Preparation of autoxidative water-reducible alkyd resins from waste polyethylene terephthalate // Royal Society Open Science. 2021. Vol. 8. No. 6. DOI: 10.1098/rsos.202375.

10. Жураев А.Т., Каримов Ю.Х., Жураев А.Б., Алимухамедов М.Г., Адилов Р.И.. Исследование закономерностей гликолиза отходов полиэтилентерефталата и свойств конечного продукта // Пластические массы. 2025. №1. С. 47–51. DOI: 10.35164/0554-2901-2025-01-47-52.

11. Khudayberdiev A., Sayidov B., Juraev A., Alimukhamedov M. Ikkilamchi polietilentereftalatni ko‘p atomli spirtlar aralashmasi bilan alkogolizlash qonuniyatlarini o‘rganish [The study of the alcoholysis regularities of secondary polyethylene terephthalate with the mixture of polyhydric alcohols] // Chemistry and Chemical Engineering. 2019. N1. P. 26–30. DOI:10.70189/1992-9498.1094.

12. Shalaby S.E., Al-Balakocy N.G., Abo El-Ola S.M. Alkaline treatment of polyethylene glycol modified poly(ethylene terephthalate) fabrics // Journal of the Textile Association. 2007. Vol. 68, No. 1. P. 31–38.

13. Peng Y., Yang J., Deng C., Deng J., Shen L., Fu Y. Acetolysis of waste polyethylene terephthalate for upcycling and life-cycle assessment study // Nature Communications. 2023. Vol. 14. No. 1. 3249. DOI: 10.1038/s41467-023-38998-1.

14. Абдувохидов И.К., Жураев А.Б., Алимухамедов М.Г., Магрупов Ф.А., Худойбердиев А.И. Влияние условий проведения алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата на выход бисгидроксиэтилтерефталата // Химия и химическая технология. 2019. №4. С. 54–57. DOI: 10.70189/1992-9498.1132.

15. Уроков Х.Б., Жураев А.Б., Низамов Т.А., Алимухамедов М.Г. Изучение процесса синтеза алкидных смол на основе вторичного полиэтилентерефталата // Узбекский химический журнал. 2022. №1. С. 70–75.

16. Sarim M., Alavi Nikje M., Dargahi M. Synthesis and characterization of polyurethane rigid foam by using feedstocks received from renewable and recyclable resources // Journal of Porous Materials. 2023. Vol. 30, N4. P. 1337–1356. DOI: 10.1007/s10934-023-01425-3.

17. Nikje M., Farazfar M. Synthesis and characterization of polyurethane nanocomposites formulated by incorporation of polyols from PET waste // Cellular Polymers. 2012. Vol. 31, N2. P. 69–82. DOI: 10.1177/026248931203100201.

18. Курский Р.М., Козлов Н.Н., Шойхет М.Г., Майофис И.М., Антонова Э.Р., Полякова Н.П. Исследование процесса и технологии получения электроизоляционного лака ТЛ-1 из отходов лавсана // Журнал ЛКМ. 1963. №6. С. 25–28.

19. Spychaj T. Chemical recycling of PET: methods and products // Handbook of Thermoplastic Polyesters. 2005. P. 1252–1290. DOI:10.1002/3527601961.ch27.

20. Chen Jinyang, Li Huangliang, Xing Luyao, Li Zhilian, Ji Yimei, Chen Lei, Lü Jingxiao. Method for preparing alkyd resin coating by glycerol alcoholysis of waste PET: CN201310227828.6. 08.06.2013. URL: https://patents.google.com/patent/CN103436145A/en (1988.12.21).

21. Ла Мантия Ф. (ред.) Вторичная переработка пластмасс: пер. с англ. / ред. Г.Е. Заикова. СПб.: Профессия, 2006. С. 292–327. ISBN: 5-93913-116-6.

22. Pilati F., Toselli M., Stramigioli C., Baldi G., Capra M., Osella M., Bava Pilone G. Process to prepare bis(2-hydroxyethyl) terephthalate: Pat. EP 0723951 A1 (European patent). ARS ING Srl; publ. 31 Jul 1996. Priority: 24 Jan 1995.

23. Панфилов Д.А., Дворко И.М. Пенополиуретаны на основе олигоэфирных продуктов деструкции вторичного полиэтилентерефталата // Естественные и технические науки. М.: Спутник+. 2014. №5 (73). С. 179–183. EDN: SIRKMT.

24. Панфилов Д.А. Химический рециклинг полиэтилентерефталата как метод получения эффективных модификаторов полимерных материалов // Пластические массы. 2021. №7–8. С. 25–30. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-7-8-25-30.

25. Sonnenschein M.F. Polyurethanes: science, technology, markets, and trends. Hoboken. NJ: Wiley. 2014. 400 p. ISBN: 978-1118737835.

26. Rossi P., Kosior E., Iovenitti P., Massod S., Sbarski I. Flexible polyurethane foams from recycled PET // Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology. 2003. Vol. 19, N1. P. 51–60. doi:10.1177/147776060301900104.

27. Кудюков Ю.П., Маслош В.З., Савицкая А.В., Литвинова У.В. Переэтерификация полиэтилентерефталата полиолами // ЛКМ и их применение. 1993. №3. С. 3–4.

28. Paberza A., Fridrihsone-Girone A., Abolins A., Cabulis U. Polyols from recycled poly(ethylene terephthalate) flakes and rapeseed oil for polyurethane foams // Polimery. 2015. Vol. 60, N9. P. 572–578. DOI:10.14314/polimery.2015.572.

29. Bui T.T.L., Nguyen D.A., Ho S.V., Uong H.T.N. Using ionic liquid catalyst for conversion of waste polyethylene terephthalate and soybean oil to polyester polyol // Journal of Applied Polymer Science. 2016. Vol. 133(37). Р. 1–11. DOI:10.1002/app.43920.

30. Ivdre A., Fridrihsone-Girone A., Abolins A., Cabulis U. Effect of different concentration of rapeseed oil and recycled poly(ethylene terephthalate) in polyols for rigid polyurethane foams // Journal of Cellular Plastics. 2016. P. 1–17. doi:10.1177/0021955X16670585.

31. Химтраст СП 81/3: Cложный полиэфир; ТУ 20.16.40-105-27903090-2022 // Каталог Химтранст 2022. URL: https://himtrust.ru/upload/iblock/794/7948b9e1e3227ba92dca4418ce0c87d3.pdf (дата ознакомления 22.12.2022).

32. Урманцев У.Р., Грудников И.Б., Табаев Б.В., Лакеев С.Н., Ишалина О.В. Химия и технология производства полиэтилентерефталата: учеб. пособие. 2015. 130 с. ISBN: 978-5-905153-79-2.

33. Цейтлин Г.М., Пилунов Г.А, Михитарова З.А., Титов А.Ю. Алкоголиз полиэтилентерефталата с пентаэритритом // Химическая промышленность. 2002. №11. С. 16–20.

34. Nikje M., Farazfar M. Synthesis and characterization of polyurethane nanocomposites formulated by incorporation of polyols from PET waste Cellular Polymers 2012. 31(2). 6–82. DOI: 10.1177/026248931203100201.

35. Todorov N., Radenkov M.F. Todorova D.D. Utilization of crude glycerol and waste polyethylene terephthalate for production of alkyd resins // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2015. Р. 240–248. https://www.researchgate.net/publication/281734861.

36. Абдувохидов И.Қ., Джураев А.Б., Алимухамедов М.Г., Магрупов Ф.А., Адилов Р.И. Investigation of the conditions for the formation of primary fiber forming polyethylene terephthalate from its waste // Harvard Educational and Scientific Review. 2022. Vol. 3, Issue 3. Р. 83–94. DOI: https://journals.company/index.php/hesr/issue/view/32.

37. Bohre A., Jadhav P.R., Tripathi K., Pant K.K., Likozar B., Saha B. Chemical recycling processes of waste polyethylene terephthalate using solid catalysts // Chem Sus Chem. 2023. DOI: 10.1002/cssc.202300142.

38. Barredo A., Asueta A., Amundarain I. Chemical recycling of monolayer PET tray waste by alkaline hydrolysis // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2023. T. 11, N 3. DOI: 10.1016/j.jece.2023.109823.

39. Alzuhairi M., Khalil B., Hadi R. Nano ZnO Catalyst for Chemical Recycling of Polyethylene terephthalate (PET) // Engineering and Technology Journal. 2017. T. 35, N8. P. 831–837. DOI: 10.30684/etj.35.8a.7.

40. Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений: справочные таблицы. М: МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет, кафедра органической химии. 2012. 52 с.

41. Дехант Й., Данц Р., Киммер В., Шмолько Р. Инфракрасная спектроскопия полимеров / пер. с нем. В.В. Архангельского; под ред. З.О. Олейник. М.: Химия. 1976. 472 с.