Renewable monomers in water-borne styrene-acrylate polymer dispersions for barrier coating applications
Martin, Matilda (2023)
2023
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023050541427
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023050541427
Tiivistelmä
Increased petroleum prices and the finite nature of fossil fuels have driven research to find renewable alternatives for materials derived from petroleum-based sources. Plastics and polymeric materials are traditionally petroleum-based materials and have become an integral part of our society. The growing demand for plastics and increasing amounts of plastic waste has sparked interest in alternative raw material sources. These sources include bio-based monomers and the chemical recycling of polymers to produce their monomer counterparts for reuse.
This thesis investigates the use of bio-based monomers and recycled styrene in the production of styrene-acrylate polymer dispersions, which were subsequently used to produce barrier dispersion coatings. The experimental study included the use of various commercially available bio-based monomers. The recycled styrene was obtained from polystyrene materials though pyrolysis and distillation. The effects of varying the composition of the monomers and recycled styrene on the properties of the resulting polymer dispersions and coatings were investigated.
The results show that the recycled styrene could be used to replace petroleum-based styrene without any adverse effects. Both polymerizations and coatings were successful.
The incorporation of bio-based monomers into a traditional SA dispersion proved to be successful and some of the dispersions produced coatings with promising results. Particularly, the water resistance of the barrier coatings was improved with more hydrophobic bio-based monomers. However, further optimization of the polymer dispersions is required to achieve suitable application properties. Ökade oljepriser och den icke-förnybara naturen hos fossila bränslen har drivit forskningen för att hitta förnybara lösningar för material baserade på fossila bränslen. Plaster och polymera material är traditionellt oljebaserade och har, tack vare deras mångsidiga användning, blivit en väsentlig del av vårt samhälle. Den ökande efterfrågan på plaster och den därmed ökande mängder plastavfall har väckt intresse för alternativa råmaterialkällor så som återvunna monomerer. Biobaserade monomerer har också väckt intresse, eftersom deras användning skulle minska beroendet av icke-förnybar olja.
I denna avhandling undersöktes användningen av biobaserade monomerer och återvunnen styren i produktionen av styren-akrylat polymerdispersioner, som sedan användes för att producera barriärdispersionsbeläggningar. Kommersiellt tillgängliga biobaserade monomerer inkluderades i den experimentella delen och återvunnen styren erhölls från polystyrenmaterial genom pyrolys och destillation av pyrolysprodukten. Egenskaperna hos de resulterande polymerdispersionerna och beläggningarna undersöktes och användes sedan för att producera bestrykningar för kartong.
Resultaten visar att återvunnen styren kunde användas för att ersätta oljebaserat styren, eftersom det uppkom inga större skillnader mellan dessa dispersioner. Inkorporeringen av bio-baserade monomerer i en traditionell SA-dispersion visade sig vara något framgångsrik och vissa av dispersionerna gav bestrykningar med lovande barriäregenskaper. Särskilt vattenmotståndet hos barriärbestrykningen förbättrades med de mer hydrofoba bio-baserade monomererna. Ytterligare optimering av polymerdispersionerna krävs dock för att uppnå lämpliga applikationsegenskaper.
This thesis investigates the use of bio-based monomers and recycled styrene in the production of styrene-acrylate polymer dispersions, which were subsequently used to produce barrier dispersion coatings. The experimental study included the use of various commercially available bio-based monomers. The recycled styrene was obtained from polystyrene materials though pyrolysis and distillation. The effects of varying the composition of the monomers and recycled styrene on the properties of the resulting polymer dispersions and coatings were investigated.
The results show that the recycled styrene could be used to replace petroleum-based styrene without any adverse effects. Both polymerizations and coatings were successful.
The incorporation of bio-based monomers into a traditional SA dispersion proved to be successful and some of the dispersions produced coatings with promising results. Particularly, the water resistance of the barrier coatings was improved with more hydrophobic bio-based monomers. However, further optimization of the polymer dispersions is required to achieve suitable application properties.
I denna avhandling undersöktes användningen av biobaserade monomerer och återvunnen styren i produktionen av styren-akrylat polymerdispersioner, som sedan användes för att producera barriärdispersionsbeläggningar. Kommersiellt tillgängliga biobaserade monomerer inkluderades i den experimentella delen och återvunnen styren erhölls från polystyrenmaterial genom pyrolys och destillation av pyrolysprodukten. Egenskaperna hos de resulterande polymerdispersionerna och beläggningarna undersöktes och användes sedan för att producera bestrykningar för kartong.
Resultaten visar att återvunnen styren kunde användas för att ersätta oljebaserat styren, eftersom det uppkom inga större skillnader mellan dessa dispersioner. Inkorporeringen av bio-baserade monomerer i en traditionell SA-dispersion visade sig vara något framgångsrik och vissa av dispersionerna gav bestrykningar med lovande barriäregenskaper. Särskilt vattenmotståndet hos barriärbestrykningen förbättrades med de mer hydrofoba bio-baserade monomererna. Ytterligare optimering av polymerdispersionerna krävs dock för att uppnå lämpliga applikationsegenskaper.