{"id":14815,"date":"2026-05-04T11:53:02","date_gmt":"2026-05-04T11:53:02","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/jesse-jongstra\/"},"modified":"2026-05-04T11:53:20","modified_gmt":"2026-05-04T11:53:20","slug":"jesse-jongstra","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/jesse-jongstra\/","title":{"rendered":"Jesse Jongstra"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":14816,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-14815","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Synthesis, Characterisation and Application of Bio-Based Polyester(amides) and Polyester(imides) Derived from Waste Sugar Beet Pulp","samenvatting":"In de laatste paar decennia is het duidelijk geworden dat het huidige gebruik van op olie gebaseerde producten, zoals plastics en coatings, op de lange termijn niet duurzaam is. Daarnaast hebben toenemende CO2-emissies een negatieve impact op het milieu en deze zouden de mensheid hierdoor in gevaar kunnen brengen. Hierdoor is er een groeiende interesse in het ontwikkelen van nieuwe bio-gebaseerde polymere materialen vanuit hernieuwbare bronnen. Daarnaast lijkt het winnen van energie en chemicali\u00ebn uit biomassa ook een veelbelovend alternatief. Verder is de toename van niet biologisch afbreekbare plastics verontrustend. Dit belandt namelijk uiteindelijk op afvalstortplaatsen waarna het afval mogelijk in de oceaan terecht kan komen en bij kan dragen aan de plastic soep en uiteindelijk zelfs in de voedselketen van mens en dier terecht kan komen. Een optie om de inmenging van niet afbreekbaar plastic in onze voedselketen tegen te gaan is om de plastics biologisch afbreekbaar te maken, het liefst uit duurzame bronnen. Een veelbelovende aanpak is de synthese van nieuwe bio-gebaseerde polymeren op basis van onder andere suikerbietenpulp. De pulp bevat een pectine-rijke fractie die kan worden afgebroken tot galactaarzuur eenheden, welke vervolgens omgezet kunnen worden tot een bi-functionele, bi-cyclische, di-ester verbinding via een aantal chemische reacties. Het eindproduct is een aceton beschermde diethyl ester van galactaarzuur genaamd 2,3:4,5-di-O-isopropylideengalactaraat, of GalX. Dit monomeer is al dikwijls gebruikt voor de succesvolle synthese van polyesters en polyamiden. In dit proefschrift worden de eigenschappen van beide type materialen gecombineerd en worden bio-gebaseerde en potentieel biologisch afbreekbare polyesteramiden gemaakt en geanalyseerd.\n\nEnerzijds, kunnen door de polaire aard van de amidebindingen intra- en intermoleculaire waterstofbruggen ontstaan die het materiaal versterken, terwijl anderzijds de esterbindingen het materiaal hydrolytisch beter afbreekbaar maken, een onvermijdelijke eerste stap om het mineralisatie- of biologische afbraakproces op gang te brengen. Dankzij de afbreekbaarheid en excellente eigenschappen zijn polyesteramiden zeer interessante materialen voor biomedische toepassingen zoals medicijnafgiftesystemen, implantaten, weefseltechnologie en lijmen. Het onderwerp van dit proefschrift gaat over een onderzoek naar verschillende manieren om het bio-gebaseerde monomeer GalX in te bouwen in polyesteramiden, gebruikmakend van verschillende ester\/amide molverhoudingen om zo het effect van de ester\/amide verhouding op de polymereigenschappen en biologische afbraakbaarheid in kaart te brengen. Verder worden er oplosmiddel houdende coatings uit de polyesteramiden gesynthetiseerd die ester of urethaan groepen in de vernettingsverbindingen bevatten. Deze worden vervolgens geanalyseerd op hun oplosbare fractie, hardheid en uiterlijk.\n\nHoofdstuk 1 beschrijft achtergrondinformatie over biomassa, biologische afbreekbaarheid en het gebruik van suikerbietenpulpafval als grondstof voor polymeren. Daarnaast is de benodigde chemie om de suikerbietenpulp om te zetten in GalX beschreven. Het grootste deel van het hoofdstuk omvat een literatuurstudie waarin een overzicht van wetenschappelijke artikelen is gegeven die het gebruik van GalX als monomeer voor de synthese van polyesters en polyamiden beschrijven, samen met de behaalde resultaten en uitdagingen. Als laatste is er een selectie van wetenschappelijke artikelen en patenten beschreven die biologisch afbreekbare polyesteramiden beschrijven.\n\nIn Hoofdstuk 2 is de synthese van polyesteramiden met vari\u00ebrende ester\/amide molverhouding vanuit GalX, 1,3-propaandiol en een ethanolamine gemodificeerde GalX, een \u201cdiamidediol\u201d, beschreven. De \u201cdiamidediol\u201d is gebruikt om amide verbindingen in de polyesteramide te introduceren en samen met een vari\u00ebrende hoeveelheid 1,3-propaandiol de ester\/amide verhouding te sturen. Er zijn twee sets polymeren gesynthetiseerd waarin een 10 respectievelijk een 30 mol% overmaat van het 1,3-propaandiol\/diamidediol mengsel is gebruikt, de overmaat gedefinieerd ten opzichte van het GalX diethyl ester monomeer. GPC-analyse toonde aan dat wanneer er een overmaat van 10 mol% gebruikt werd er Mn waarden rond de 5,500 g\/mol behaald werden, terwijl er bij een 30 mol% overmaat Mn waarden van rond de 2,500 g\/mol gemeten werden. 1H-NMR analyse bevestigde dat er in de beide sets inderdaad een vari\u00ebrende ester\/amide molverhouding aanwezig is in de hoofdstructuur van de polyesteramiden. TGA-analyse toonde aan dat een hoger amide gehalte de thermische stabiliteit verhoogde. Uit de DSC-analyse kwam naar voren dat de polymeren een instelbare glasovergangstemperatuur hebben, waarbij een hogere Tg correspondeert met een hoger amide gehalte. De biologische afbreekbaarheid is bepaald door het biologische zuurstofgebruik in geactiveerd slib te meten en er is waargenomen dat de polymeren niet gemakkelijk afbreken. Er was wel een trend zichtbaar waarbij er te zien was dat een hoger ester gehalte leidt tot een hogere biologische afbreekbaarheid.\n\nHoofdstuk 3 beschrijft de synthese van polyesteramiden via een zogenaamde eenpotssynthese. Hierbij is eerst een reactie uitgevoerd tussen een overmaat GalX en 1,5-pentaandiamine om zo een trimeer te vormen. Vervolgens is dit trimeer gepolymeriseerd met 1,3-propaandiol om zo bio-gebaseerde polyesteramiden te vormen. GPC-analyse toonde aan dat er inderdaad een set polyesteramiden gevormd is met Mn waarden tussen 4,700-5,400 g\/mol en polydispersiteiten tussen de 2.2 en 3. 1H-NMR analyse liet zien dat zowel 1,3-propaandiol alsmede 1,5-pentaandieamine zijn ingebouwd in de hoofdketen van het polymeer. Uit verdere analyse bleek dat er polyesteramiden zijn gemaakt met ester\/amide molverhoudingen van 65\/35, 60\/40 en 50\/50. Gebruikmakend van TGA analyse is de thermische stabiliteit onderzocht en er viel te concluderen dat er geen correlatie tussen de ester\/amide molverhouding en de thermische stabiliteit bestaat. De polyesteramiden hebben vergelijkbare degradatietemperaturen tussen de 292 en 324 \u00b0C. Analyse met DSC toonde aan dat de polyesteramiden alle een Tg waarde hebben tussen de 41 en 43\u00b0C. Als laatste is de biologische afbreekbaarheid in geactiveerd slib gemeten, wat resulteerde in een afbraakpercentage tussen de 4 en 12 % in 650 h. Er was een duidelijke trend zichtbaar waarbij een hoger amide gehalte resulteert in een onderdrukte biologische afbreekbaarheid, waaruit geconcludeerd kan worden dat de biologische afbreekbaarheid instelbaar is door de ester\/amide molverhouding te vari\u00ebren.\n\nIn Hoofdstuk 4 zijn er polyimide(esters) gesynthetiseerd vanuit GalX en een op citroenzuur gebaseerd monomeer. Citroenzuur, een hernieuwbare en goedkope grondstof, kan omgezet worden in een bifunctioneel imide monomeer door een reactie met glycine en een verestering met ethanol. Dit hoofdstuk focust zich op de synthese van nieuwe polyimide(esters) vanuit GalX en het hierboven beschreven monomeer met behulp van een smelt polymerisatie waarbij drie verschillende alifatische diolen met vari\u00ebrende ketenlengten gebruikt werden. 1H-NMR analyse bevestigde dat beide monomeren in hoofdketen zijn ingebouwd, en GPC-analyse toonde aan dat alle polymeren een Mn waarde hebben van 2,500 tot 3,000 g\/mol. Een langere diol lengte en een hoger GalX gehalte resulteerden in een verlaagde Tg met waarden tussen -32 en 44\u00b0C. Analyse met TGA toonde aan dat de polymeren een goede thermische stabiliteit hebben die afhankelijk is van de diol lengte en het GalX gehalte. De biologische afbreekbaarheid, gemeten in geactiveerd slib, werd negatief be\u00efnvloed door een langere diol lengte. Het hoogste afbraakpercentage (25 % in 600 h) is behaald voor het polymeer waarin alleen de imide diethyl ester samen met 1,3-propanediol gebruikt werd.\n\nTen slotte, beschrijft Hoofdstuk 5 de ontwikkeling van oplosmiddel dragende coatings voortkomend uit de bio-gebaseerde polyesteramiden en polyimide(esters) met zowel ester alsmede urethaan groepen in hun vernettingspunten. Een serie van polyesteramiden met hydroxy eindgroepen en een vari\u00ebrende ester\/amide molverhouding is gesynthetiseerd uit GalX, 1,3-propaandiol en 1,5-pentaandiamine. Deze hydroxy eindgroepen van deze serie zijn gefunctionaliseerd met citroenzuur, en de invloed van de reactiecondities op het molecuulgewicht, vertakking en ketenbreuk is onderzocht met behulp van GPC-analyse, terwijl het inbouwen van de citroenzuur eindgroepen bevestigd is met 1H-NMR. Een modificatie in oplossing bij lagere temperaturen en gebruik makend van de katalysator Sc(OTf)3 bleek het beste te werken om ketenbreuk te beperken en het molecuulgewicht onaangetast te houden, in tegenstelling tot een modificatie onder smeltcondities. De gemodificeerde polyesteramiden zijn geformuleerd tot een oplosmiddel dragende, ester groepen bevattende coating waarbij een trifunctionele polyepoxide gebaseerd op een natuurlijke hars, genaamd AltaMer\u00ae RTE, gebruikt is als vernetter. De molverhouding van de eindgroepen tot de polyepoxide die gebruikt is varieert tussen de 0.9:1 en 1.1:1. De coating eigenschappen zijn ge\u00ebvalueerd doormiddel van het bepalen van de oplosbare fractie analyse, de hardheid, en de resistentie tegen aceton, waaruit bleek dat een overmaat van de vernetter een positief effect had op de uiteindelijke eigenschappen.\n\nDaarnaast zijn er ook oplosmiddel dragende coatings met urethaan groepen in de vernettingspunten gesynthetiseerd gebruikmakend van zowel polyesteramiden en polyimide(esters), en de trifunctionele polyisocyanaat Desmodur\u00ae N3600, fungerend als vernetter. De polyimide(esters) bestaan uit een imide diethyl ester verbinding, gesynthetiseerd uit citroenzuur, glycine en ethanol, gecombineerd met GalX en drie alifatische diolen met verschillende ketenlengtes. De concentratie van de hydroxyl eindgroepen is bepaald met 31P-NMR, en de coatings zijn gemaakt met een vari\u00ebrende isocyanaat tot hydroxyl molverhouding (0.9:1, 1.0:1, en 1.1:1). De oplosbare fractie verminderde met een verhoogde NCO\/OH verhouding, wat een verbeterde netwerkformatie aangeeft. Hardheden, zoals gemeten met een potlood, varieerden van 3B tot 2H. De resistentie tegen aceton verbeterde met een hogere vernettingsgraad, wat ook in verband kan worden gebracht met de verminderde oplosbare fractie.\n\nConcluderend kan worden gesteld dat dit werk de potentie laat zien van bio-gebaseerde, gedeeltelijk uit suikerbietpulp afgeleide polyesteramiden en polyimide(esters) als basis voor coatings voor duurzame toepassingen met veelbelovende eigenschappen, waarbij de optimalisatie van de coatingeigenschappen sterk afhangt van de toegepaste reactie condities. Voor toepassingen waarbij een langzame biologische afbraakbaarheid nodig is, zoals bijvoorbeeld bij coatings voor kunstmestkorrels voor gecontroleerde kunstmestafgifte of zaadcoatings, kunnen de gemaakte coatings wellicht interessante kandidaten zijn, maar om deze materialen daadwerkelijk toe te kunnen passen is een verdere optimalisatie van de hoofdketenstructuur en de vernettingsgraad in relatie tot de biologische afbraakbaarheid nodig.","summary":"Over the past decades, it has become evident that the current way of utilising fossil-based products, such as plastics and coatings, is not sustainable in the long run. In addition, increasing CO\u2082 emissions have a negative impact on the environment and could endanger humankind. Therefore, the development of new bio-based polymeric materials made from renewable sources is gaining significant interest, and harvesting energy and chemicals from biomass seems like a promising alternative. Furthermore, the increase in non-degradable plastic waste is concerning. This waste ends up in landfills and could eventually leach into the ocean, contributing to the plastic soup. One option to prevent the introduction of non-degradable plastics in our food chain is to make them biodegradable, preferably from bio-based building blocks. A promising approach is the synthesis of novel bio-based polymers from sugar beet pulp waste. The pectin-rich fraction of waste sugar beet pulp can be broken down into galactaric acid units, which subsequently can be converted into a bifunctional and bicyclic diester compound via a few chemical steps. This final compound is an acetone-protected diethyl ester of galactaric acid named 2,3:4,5-di-O-isopropylidene-galactarate, or GalX. Efforts have already been made to use this new monomer for the synthesis of polyesters and polyamides with excellent results. In this thesis, the properties of both types of material are combined by creating bio-based and potentially biodegradable polyester(amide)s.\n\nOn the one hand, due to the polar nature of the amide bonds, intra and intermolecular hydrogen bonds can form which strengthen the material, while on the other hand the ester linkages make the material more hydrolytically degradable, an inevitable first step to initiate the mineralization or biodegradation process. Due to their degradability and excellent properties, polyester(amide)s are interesting materials for biomedical applications such as drug delivery systems, implants, tissue engineering, and adhesives. The scope of this thesis is to investigate different pathways to incorporate bio-based monomers, such as GalX, into the backbone of polyester(amide)s with varying ester\/amide ratios and to analyse the effect of the ester\/amide ratio on the polymer characteristics and biodegradability. Furthermore, solvent-borne coatings containing urethane and ester moieties in the cross-links are synthesised from the bio-based polyester(amide)s and are analysed for their soluble fraction, hardness, and visual appearance.\n\nChapter 1 describes background information on biomass, biodegradability, and the use of sugar beet pulp as a source for polymeric materials. The chemistry required for converting waste sugar beet pulp into GalX is also described. The main part of the chapter consists of a literature overview of scientific studies in which GalX is used as a monomer for the synthesis of polyesters and polyamides, together with their outcomes and challenges. Lastly, a selection of biodegradable polyester(amide)s from scientific and patent literature is presented and discussed.\n\nIn Chapter 2, the synthesis of polyester(amide)s with varying ester-to-amide ratios using GalX, 1,3-propanediol, and ethanolamine-modified GalX, a \u201cdiamidediol,\u201d is described. The latter was used to incorporate amide bonds into the polymer backbone and the ester\/amide ratio in the final polyester(amide) was varied by simply adjusting the 1,3-propanediol\/diamidediol ratio in the feed. Two sets of polymers were synthesised using a 10 and 30 mol% excess of the 1,3-propanediol\/diamidediol mixture with respect to the GalX diethyl ester monomer. GPC analysis of both sets showed that the set in which a 10 mol% excess of 1,3-propanediol was used had Mn values of around 5,500 g\/mol, while the set in which a 30 mol% diol excess was used had Mn values of around 2,500 g\/mol. 1H-NMR analysis confirmed that varying ester\/amide ratios were present in the polymer backbone in both sets. TGA analysis showed that higher amide contents enhanced the thermal stability. From the DSC analysis, it became evident that the polymers have a tuneable glass transition temperature, with higher Tg values observed for higher amide contents. The biodegradability was determined using the biological oxygen demand in activated sludge and it was observed that the polyester(amide)s were not readily biodegradable. However, a clear trend was visible, indicating that a higher ester content led to higher biodegradability.\n\nChapter 3 describes the synthesis of polyester(amide)s via a one-pot synthesis approach. In this approach, an excess of GalX was reacted with 1,5-pentanediamine to create a trimer, which was subsequently reacted with 1,3-propanediol to form bio-based polyester(amide)s. GPC analysis confirmed the formation of a set of polyester(amide)s with Mn values between 4,700 and 5,400 g\/mol and polydispersities between 2.2 and 3. 1H-NMR analysis revealed that both 1,3-propanediol and 1,5-pentanediamine were incorporated into the polymer backbone. Further analysis showed that polyester(amide)s with ester\/amide ratios of 65\/35, 60\/40, and 50\/50 were synthesised. Using thermogravimetric analysis, the thermal stability was assessed, revealing no clear correlation between ester\/amide ratio and thermal stability, with all PEAs exhibiting similar degradation temperatures in the range of 292\u2013324 \u00b0C. Differential scanning calorimetry showed Tg values between 41 and 43 \u00b0C. Lastly, biodegradation in activated sludge was measured, resulting in biodegradation percentages between 4 and 12% after 650 h. A clear trend was observed in which higher amide contents led to suppressed biodegradability, indicating that biodegradability can be tailored by varying the ester\/amide ratio.\n\nIn Chapter 4, polyimide(esters) were synthesised from GalX and a citric acid-based monomer. Citric acid, a renewable and low-cost compound, can be converted into a bifunctional imide monomer by reaction with glycine followed by esterification with ethanol. This chapter focuses on the synthesis of novel polyimide(esters) from this monomer and GalX via a two-step melt polymerisation using three aliphatic diols of different chain lengths. 1H-NMR confirmed successful monomer incorporation, and GPC analysis showed similar Mn values (2,500\u20133,000 g\/mol). Increasing diol length and GalX content resulted in decreasing Tg values, with a temperature range of \u201332 to 44 \u00b0C observed. Good thermal stability was achieved, with the degradation behaviour depending on diol length and the imide diethyl ester\/GalX ratio. Biodegradability, assessed via oxygen consumption in activated sludge, decreased with increasing diol length. The highest biodegradation (25% after 600 h) was observed for the polymer based solely on the citric acid-derived imide diethyl ester and 1,3-propanediol.\n\nLastly, Chapter 5 describes the development of solvent-borne coatings derived from bio-based polyester(amide)s and polyester(imide)s with cross-links comprising ester or urethane moieties. A series of hydroxyl-terminated polyester(amide)s with varying ester-to-amide ratios was synthesised based on GalX, 1,5-pentanediamine, and 1,3-propanediol. The hydroxyl-terminated polyester(amide)s were end-functionalised with citric acid, and the influence of reaction conditions on molecular weight, branching, and chain scission was evaluated using GPC, while the incorporation of citric acid end groups was confirmed by 1H-NMR. Solution-phase modification at lower temperatures using Sc(OTf)3 as a catalyst was found to better preserve molecular weight compared to melt-phase modification. The modified polyester(amide)s were formulated into solvent-borne, ester-cross-linked coatings using the rosin-based trifunctional polyepoxide AltaMer\u00ae RTE, with cross-linking ratios between the polymer end groups and the functional groups of the cross-linker ranging from 0.9:1 to 1.1:1. Coating performance was evaluated by soluble fraction analysis, pencil hardness and acetone resistance tests, demonstrating that an excess of cross-linker enhanced network formation and solvent resistance.\n\nIn addition, solvent-borne urethane-cross-linked coatings were synthesised from both polyester(amide)s and polyester(imide)s using the trifunctional polyisocyanate Desmodur\u00ae N3600 as the cross-linker. The polyester(imide)s consisted of an imide diester derived from citric acid, glycine and ethanol, combined with GalX and three aliphatic diols of varying chain length. Hydroxyl end-group concentrations were determined by 31P-NMR, and coatings were prepared using varying isocyanate-to-hydroxyl ratios (0.9:1, 1.0:1, and 1.1:1). The soluble fraction decreased with increasing NCO\/OH ratio, indicating improved network formation. Pencil hardness values ranged from 3B to 2H, while acetone resistance improved with increasing cross-link density, correlating with reduced solubility.\n\nOverall, this work demonstrates the potential of bio-based, partially sugar beet pulp-derived polyester(amide) and polyester(imide) coatings for sustainable, high-performance applications, with the optimisation of coating properties being critically dependent on the applied cross-linking conditions. For applications where a slow biodegradation is required, like e.g. for controlled release fertilizer coatings or seed coatings, the developed coatings might be interesting candidates, but further optimisation of the main chain structure and cross-link density in relation to the biodegradation speed and biodegradation medium is necessary.","auteur":"Jesse Jongstra","auteur_slug":"jesse-jongstra","publicatiedatum":"16 juni 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/jessejongstra?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/9b1bf48d-42b5-4f82-a215-634b37ece622\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"18945","isbn":"","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Rijksuniversiteit Groningen","afbeeldingen":14817,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Rijksuniversiteit Groningen","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14815","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=14815"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14815\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":14818,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14815\/revisions\/14818"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/14816"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=14815"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=14815"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}