Master's Thesis

Polyethylene terephthalate (PET) Waste Valorization to Curable Resin Suitable for Pultrusion

Author of thesis: Bc. Jan Prokeš

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Vojtěch Jašek, PhD.

Reviewer: Ing. Přemysl Menčík, Ph.D.

Abstract:

The thesis focuses on the valorization of waste PET for the preparation of reactive resin for use in the pultrusion of composites. The theoretical part of the thesis deals with the methodology of mass production of composite materials, the description of curable composite matrices, and the presentation of their alternatives from natural or waste sources. The experimental part contains a description of the synthesis of polyester resins, which includes the depolymerization of PET dust generated during the mechanical recycling of PET at rPET InWaste. The second step involves a reaction with methacrylic acid to form a reactive resin. The work includes characterization of the structure of the product and synthesis intermediate by GPC, 1H NMR, ESI-MS, and FTIR methods, as well as a description of rheological and thermal properties. Glass-reinforced profiles were produced from the prepared resins by pultrusion, which were then tested using a bending test, SBS test, and DMA. The research results confirmed that resin from waste PET dust can be used for the production of polyester resins, and in most of the measured properties, it can surpass the properties of the commercial alternative Polipol 3870.

Keywords:

PET waste, depolymerization, glycolysis, methacrylation, polyester resin, composite, pultrusion.

Date of defence

01.06.2026

Date of publish

31.05.2029

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student v rámci prezentace své práce na téma Valorizace odpadního polyethylentereftalátu (PET) pro přípravu reaktivní pryskyřice s využitím v pultruzi nejdříve komisi představil motivaci své práce, experimentální postup recyyyklace PET, možnosti modifikace směsi a cíle své práce. Následně popsal postup práce: 1) Depolymerizaci, použité metody charakterizace, výsledky GPC, UHLPC-ESI-MS + H-NMR. 2) Esterifikaci 3) Finální úpravu, charakterizaci připravených pryskyřic 4) Možnosti zpracování pultruzí 5) Ohyybovou zkoušku 6) SBS test 7) DMA analýzu pro stanovení teploty skelného přechodu Po shrnutí výsledků práce byl student vyzván k odpovědím na otázky oponenta: 1) Při pultruzní technologii se do formulace matrice běžně přidává separační prostředek. Zabýval jste se ve své práci chemickou podstatou použitého separátoru a jeho interakcí s matrací či formou? Prováděl jste případně screening různých typů separátorů, a to jak z hlediska jejich chemického složení, tak i optimalizace jejich koncentrace? 2) Je kinetika vytvrzovací reakce připraveného vzorku BHPT-MA srovnatelná s komerční pryskyřicí Polipol? Je v tomto případě možné využít stejný iniciační systém, nebo je nutná jeho modifikace s ohledem na odlišnosti ve struktuře materiálu? 3) U termické analýzy TGA je v práci diskutován dvoustupňový rozklad pryskyřice BHPT-MA, přičemž je tento proces interpretován jako postupný rozklad monomerů a následně obsažených dimerů. Bylo by možné tuto hypotézu experimentálně podpořit využitím tandemových analytických metod, například spojením TGA-FTIR, nebo jinou technikou umožňující identifikaci vznikajících těkavých produktů? 4) Co předpokládáte, že se v průběhu pultruze děje s reziduální kyselinou metakrylovou u vzorků s vyšším stupněm kyselosti? 5) Mechanické vlastnosti výsledných kompozitních vzorků mohou do určité míry souviset s viskozitou použité matrice. V práci však nebyla viskozita jednotlivých pryskyřičných systémů (CK50–CH150) explicitně stanovena. Je proto možné, že pozorovaný nárůst mechanických vlastností souvisí s lepším smočením vláken, tedy i potenciálně s nižší viskozitou kyselejších vzorků? Vzhledem k tomu, že mechanické vlastnosti samotných (nevyztužených) pryskyřic nebyly experimentálně ověřeny, lze předpokládat jejich srovnatelné chování a tedy přisoudit rozdíly ve vlastnostech kompozitů především rozdílům v kvalitě impregnace vláken? Následně komise 1) Jak reagují vlákna na povrchu? 2) Jak vysoká bude reaktivita? 3) Co to je modul pružnosti v ohybu? 4) Jak souvisí pevnost se strukturou? 5) Je tam možnost budoucího komerčního využití? 6) Jaký je praktický význam analýzy tokových vlastností? Na položené otázky student výborně odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Materials Science

Study programme

Chemistry and Technology of Materials (NPCP_CHTM)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)

Supervisor’s report
Ing. Vojtěch Jašek, PhD.

Bc. Jan Prokeš se ve své diplomové práci “Valorizace odpadního polyethylentereftalátu (PET) pro přípravu reaktivní pryskyřice s využitím v pultruzi” věnoval využití odpadu z mechanické recyklace PET lahví, což představuje velmi aktuální téma s ohledem na ochranu životního prostředí a hledání alternativních zdrojů pro výrobu kompozitních materiálů zahrnující termosety.
Teoretická část práce komplexně shrnuje komerčně aplikované strategie pro výrobu kompozitních materiálů, nejdetailněji se věnuje pultruzi s ohledem na téma diplomové práce a také nabízí podrobnou literární rešerší používaných a studovaných reaktivních pryskyřic vhodných pro kompozity s termosetovými matricemi. V teoretické části by šla vytknout občasná komplikovaná čitelnost textů v obrázcích, kterou by řešilo zvětšení použitých, citovaných ilustrací. Nicméně vzhledem k elektronické formě práce se jedná spíše o formalitu z důvodu snadné čitelnosti při úpravě zvětšení zobrazení.
Student velmi přehledně popsal experimentální část své práce, poskytl konkrétní návrh několika krokové chemické syntézy reaktivní pryskyřice z PET odpadu, popsal laboratorní syntézu všech kroků spolu s detailní strukturní analýzou produktů a úspěšně zpracoval připravený reaktivní systém metodou pultruze, přičemž pro srovnání vlastností zvolil nenasycenou polyesterovou pryskyřici Polipol 3870 jako komerční alternativu. Vzhledem ke všem těmto zmíněným okolnostem Bc. Prokeš naplnil všechny cíle diplomové práce.
Ze zjištěných výsledků, diskuze a formulovaného závěru je evidentní, že student úspěšně vyprodukoval reaktivní pryskyřici z PET odpadu, které v řadě materiálových vlastnostech předčila komerčně dostupnou alternativu nenasycené polyesterové pryskyřice obsahující styren, který představuje značná environmentální a zdravotní rizika. Práci tudíž považuji za velmi perspektivní a hodnotnou s ohledem na potenciální průmyslové využití.
Nadstandardní zájem a vysokou míru pracovitosti Bc. Jan Prokeš projevil během celého navazujícího studia, kdy se aktivně zapojil do práce na projektu TAČR DOPRAVA CL02000116 “Udržitelné dlouhovláknové kompozitní materiály jako komponenty nízkoemisních dopravních prostředků”, jehož náplní jsou výsledky obsažené v diplomové práci. Vysokou míru kvality zpracování experimentální práce dokazuje také celkem 7 impaktovaných publikací, na kterých se student podílel a stal se spoluautorem.
Diplomovou práci jako vedoucí doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Přemysl Menčík, Ph.D.

Student se ve své diplomové práci zabývá aktuální problematikou valorizace PET odpadu, který není vhodný pro mechanickou recyklaci. Z tohoto materiálu připravil několik vzorků metakrylátových pryskyřic, které následně úspěšně otestoval při výrobě kompozitních materiálů metodou pultruze. Významným přínosem práce je skutečnost, že nově připravené pryskyřice byly ověřeny nejen v laboratorních podmínkách, ale také na provozní pultruzní lince u průmyslového partnera, což výrazně zvyšuje aplikační potenciál dosažených výsledků.

V teoretické části práce student prokázal velmi dobrou orientaci v oblasti výrobních technologií reaktoplastických kompozitních materiálů. Současně se věnoval i kompozitům na bázi alternativních surovin z přírodních zdrojů, přičemž dokázal vytvořit ucelený a přehledný obraz současného stavu poznání v dané oblasti.

V praktické části student prokázal schopnost systematické laboratorní práce při syntéze a purifikaci PET pryskyřic. Rovněž doložil dobrou orientaci v analytických a charakterizačních metodách a schopnost jejich výsledky logicky interpretovat a vzájemně propojovat. Tímto způsobem vytvořil komplexní soubor informací o struktuře a vlastnostech připravených materiálů.

Práce je po stylistické stránce zpracována velmi dobře a srozumitelně. Místy se však objevují hovorové jazykové obraty, které do odborného textu zcela nezapadají. Dále lze identifikovat menší množství formálních nedostatků, například nadbytečnou čárku v názvu kapitoly 3.3.4. Ojediněle se vyskytují i závažnější chyby, jako je nesprávně uvedený vzorec na obrázku 23, kde jsou substituenty na aromatickém jádru umístěny v meta namísto para polohy. U rovnice 8 pro výpočet indexu tepelné stability navíc chybí explicitní vysvětlení použitých proměnných v doprovodném textu.

Uvedené připomínky však nemají zásadní vliv na celkovou kvalitu práce. Jedná se o diplomovou práci na velmi vysoké odborné úrovni, která splňuje požadavky kladené na tento typ závěrečných prací. Proto ji doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Při pultruzní technologii se do formulace matrice běžně přidává separační prostředek. Zabýval jste se ve své práci chemickou podstatou použitého separátoru a jeho interakcí s matrací či formou? Prováděl jste případně screening různých typů separátorů, a to jak z hlediska jejich chemického složení, tak i optimalizace jejich koncentrace?
  2. Je kinetika vytvrzovací reakce připraveného vzorku BHPT-MA srovnatelná s komerční pryskyřicí Polipol? Je v tomto případě možné využít stejný iniciační systém, nebo je nutná jeho modifikace s ohledem na odlišnosti ve struktuře materiálu?
  3. U termické analýzy TGA je v práci diskutován dvoustupňový rozklad pryskyřice BHPT-MA, přičemž je tento proces interpretován jako postupný rozklad monomerů a následně obsažených dimerů. Bylo by možné tuto hypotézu experimentálně podpořit využitím tandemových analytických metod, například spojením TGA-FTIR, nebo jinou technikou umožňující identifikaci vznikajících těkavých produktů?
  4. Co předpokládáte, že se v průběhu pultruze děje s reziduální kyselinou metakrylovou u vzorků s vyšším stupněm kyselosti?
  5. Mechanické vlastnosti výsledných kompozitních vzorků mohou do určité míry souviset s viskozitou použité matrice. V práci však nebyla viskozita jednotlivých pryskyřičných systémů (CK50–CH150) explicitně stanovena. Je proto možné, že pozorovaný nárůst mechanických vlastností souvisí s lepším smočením vláken, tedy i potenciálně s nižší viskozitou kyselejších vzorků? Vzhledem k tomu, že mechanické vlastnosti samotných (nevyztužených) pryskyřic nebyly experimentálně ověřeny, lze předpokládat jejich srovnatelné chování a tedy přisoudit rozdíly ve vlastnostech kompozitů především rozdílům v kvalitě impregnace vláken?

Grade proposed by reviewer: A

Reasons for publication postponement

The publication of the Master thesis is postponed in accordance with the provisions of Section 47b(4) of Act No. 111/1998 Coll., on Higher Education Institutions. The reason for postponing the publication is that the bachelor's thesis contains trade secrets of the company GDP Koral s.r.o. within the meaning of the relevant provisions of Act No. 89/2012 Coll., the Civil Code. GDP Koral is the principal investigator of the project TA1625S01001/26100, in which the Faculty of Chemistry, Brno University of Technology, is a co-investigator. The thesis is funded by the resources of this research project.

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová