Tecnología de los plásticos
El PET es un poliéster aromático. Su denominación técnica es polietilén tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplásticos, razón por la cual es posible reciclarlo.
El PET (polietilén tereftalato) pertenece al grupo de los materiales sintéticos denominados poliésteres. Fue descubierto por los científicos británicos Whinfield y Dickson, en el año 1941, quienes lo patentaron como polímero para la fabricación de fibras.
Se debe recordar que su país estaba en plena guerra y existía una apremiante necesidad de buscar sustitutos para el algodón proveniente de Egipto.
Recién a partir de 1946 se lo empezó a utilizar industrialmente como fibra y su uso textil ha proseguido hasta el presente.
En 1952 se lo comenzó a emplear en forma de film para el envasamiento de alimentos.
Pero la aplicación que le significó su principal mercado fue en envases rígidos, a partir de 1976; pudo abrirse camino gracias a su particular aptitud para el embotellado de bebidas carbonatadas.
Producción del PET
El camino para casi cualquier plástico producido hoy en día es por medio de plantas petroquímicas, la mayoría de polímeros son el fin del producto de refinación y reformación del petróleo. Los productos petroquímicos son el 2.7% en volumen de cada barril de petróleo crudo.
El dimetilbenceno, conocido comúnmente como xileno, es un importante químico industrial.
Ellos son utilizados en la manufactura de tintas, la producción de ácido benzoico y entre otros el ácido tereftalático puro (PTA).Se trata de líquidos incoloros e inflamables con un característico olor parecido al tolueno.
Tipos de xileno
Los xilenos se encuentran en los gases de coque, en los gases obtenidos en la destilación seca de la madera (de allí su nombre: xilon significa madera en griego) y en algunos petróleos.
Este es usado en la reacción de polimerización, produciendo una larga familia de poliésteres. El polietilen tereftalato (PET) es uno de ellos, éste comienza con los isómeros (variaciones de la molécula de un compuesto) del xileno.
El primer paso es recuperar el para-xileno utilizado para la producción de polímeros. Los tres isómeros del xileno, orto, meta y para-xileno, se separan a través de los puntos de ebullición.
Características de los tipos de xileno
| XILENOS | ORTO | META | PARA |
| Punto de ebullición | 144ºC | 139.3ºC | 137-138ºC |
| Punto de solidificación | -25ºC | -47.4ºC | 13-14ºC |
Fuente: Industria del Plástico, Plástico Industrial.
Polimerización
El para-xileno recuperado del petróleo crudo y producido a través de la conversión de reacciones es solo uno de los materiales para la síntesis del PET. El otro compuesto necesario es el etileno, el cual es recuperado de la refinación del petróleo crudo.
El etileno es tratado con oxígeno en presencia de plata como catalizador para producir óxido de etileno, el cual, reacciona con el agua en presencia de un ácido para producir etilenglicol, uno de los monómeros necesarios para la producción de PET. La reacción es la siguiente:
El p-xileno es oxidado para producir el ácido tereftálico (TA) que es posteriormente esterificado a tereftalato de dimetilo (DMT). Esto puede lograrse mediante una secuencia de dos pasos en donde la oxidación es llevada a cabo por un catalizador de cobalto en presencia de metanol.
Ambas reacciones se muestran a continuación. La esterificación es el proceso por el cual se sintetiza un éster, que es un compuesto derivado de la reacción química entre un oxácido y un alcohol.
Industrialmente, se puede partir de dos productos intermedios distintos:
– TPA ácido tereftálico
– DMT dimetiltereftalato
Haciendo reaccionar por esterificación TPA o DMT con glicol etilénico se obtiene el monómero bis-(2-hidroxietil)tereftalato, el cual en una fase sucesiva, mediante policondensación, se polimeriza en PET según el esquema.
En la reacción de esterificación, se elimina agua en el proceso del TPA y metanol en el proceso del DMT.
La reacción de policondensación se facilita mediante catalizadores y elevadas temperaturas (arriba de 270°C).
La eliminación del glicol etilénico es favorecida por el vacío que se aplica en el reactor; el glicol recuperado se destila y vuelve al proceso de fabricación. Cuando la masa del polímero ha alcanzado la viscosidad deseada, registrada en un reómetro, se romperá el vacío, introduciendo nitrógeno al reactor.
En este punto se detiene la reacción y la presencia del nitrógeno evita fenómenos de oxidación.
La masa fundida, por efecto de una suave presión ejercida por el nitrógeno, es obligada a pasar a través de una matriz, formando espaguetis que, cayendo en una batea con agua se enfrían y consolidan. Los hilos que pasan por una cortadora (peletizadora), se reducen a gránulos (pellets), los cuales, tamizados y desempolvados se envían al almacenamiento para el posterior conformado en productos útiles.
El gránulo así obtenido es brillante y transparente porque es amorfo, tiene baja viscosidad, o sea un bajo peso molecular, I.V. = 0.55 a 0.65; para volverlo apto para la producción de botellas serán necesarios otros dos pasos (Cristalización y polimerización en estado sólido).
Cristalización
Con este término se describe el cambio de estructura de los polímeros semicristalinos y que consiste en el fenómeno físico con el cual las macromoléculas pasan de una estructura en la cual su disposición espacial es desordenada (estructura amorfa, transparente a la luz) a una estructura uniforme y ordenada (estructura cristalina, opaca a la luz) que le confiere a la resina una coloración blanca lechosa.
El proceso industrial consiste en un tratamiento térmico a 130-160°C, durante un tiempo que puede variar de 10 minutos a una hora, mientras el gránulo, para evitar su bloqueo, es mantenido en agitación por efecto de un lecho fluido o de un movimiento mecánico.
Con la cristalización, la densidad del PET pasa de 1,33 g/cm3 del amorfo a 1,4 del cristalino.
Polimerización en estado sólido o Post polimerización
El granulo cristalizado se carga en un reactor cilíndrico en cuyo interior, durante tiempos muy largos, es sometido a un flujo de gas inerte (nitrógeno) a temperatura elevada (sobre los 200°C).
Este tratamiento ceba una reacción de polimerización que hace aumentar posteriormente el peso molecular de la resina hasta los valores correspondientes de I.V. (0.72 – 0.86) idóneos para la fabricación de la botella.
El aumento de la viscosidad intrínseca es directamente proporcional al aumento del peso molecular.
En esta reacción, mientras se ligan las moléculas, es eliminado parte del acetaldehído que se forma en la primera polimerización. Un buen polímero tiene valores de A.A inferiores a 1 ppm.
De estos reactores, se descarga PET de elevado porcentaje de cristalinidad (>50) con viscosidad Grado para Botella (“Bottle Grade”).
PROPIEDADES
El PET en general se caracteriza por su elevada pureza, alta resistencia y tenacidad. De acuerdo a su orientación presenta propiedades de transparencia y resistencia química.
Existen diferentes grados de PET, los cuales se diferencian por su peso molecular y cristalinidad. Los que presentan menor peso molecular se denominan grado fibra, los de peso molecular medio, grado película y los de mayor peso molecular, grado ingeniería.
Este polímero no se estira y no es afectado por ácidos ni gases atmosféricos, es resistente al calor y absorbe poca cantidad de agua, forma fibras fuertes y flexibles, también películas. Su punto de fusión es alto, lo que facilita su planchado, es resistente al ataque de polillas, bacterias y hongos.
El PET presenta las siguientes propiedades:
- Procesable por soplado, inyección y extrusión.
- Apto para producir botellas, películas, láminas, planchas y piezas.
- Transparencia (aunque admite cargas de colorantes) y brillo con efecto lupa.
- Alta resistencia al desgaste.
- Muy buen coeficiente de deslizamiento.
- Buena resistencia química y térmica.
- Muy buena barrera a CO2, aceptable barrera a O2 y humedad.
- Compatible con otros materiales barrera que mejoran en su conjunto la calidad barrera de los envases y por lo tanto permiten su uso en mercados específicos.
- Reciclable, aunque tiende a disminuir su viscosidad con la historia térmica.
- Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto con productos alimentarios.
- Excelentes propiedades mecánicas.
- Biorientable — Cristalizable.
- Esterilizable por rayos gamma y óxido de etileno.
- Buena relación costo / performance.
- Se encuentra ranqueado como No.1 en reciclado.
- Liviano.
- Cuenta con los siguientes datos técnicos:
Datos técnicos del PET
| Propiedad | Unidad | Valor |
| Densidad | g/cm3 | 1,34 – 1.39 |
| Resistencia a la tensión | MPa | 59 – 72 |
| Resistencia a la compresión | MPa | 76 – 128 |
| Resistencia al impacto, Izod | J/mm | 0.01 – 0.04 |
| Dureza | — | Rockwell M94 – M101 |
| Dilatación térmica | 10-4 / ºC | 15.2 – 24 |
| Resistencia al calor | ºC | 80 – 120 |
| Resistencia dieléctrica | V/mm | 13780 – 15750 |
| Constante dieléctrica (60 Hz) | — | 3.65 |
| Absorción de agua (24 h) | % | 0.02 |
| Velocidad de combustión | mm/min | Consumo lento |
| Efecto luz solar | — | Se decolora ligeramente |
| Calidad de mecanizado | — | Excelente |
| Calidad óptica | — | Transparente a opaco |
| Temperatura de fusión | ºC | 244 – 254 |
Fuente: Industria del Plástico. Plástico Industrial. Richardson & Lokensgard.
CARACTERÍSTICAS
El PET presenta las siguientes características:
– Biorientación
Permite lograr propiedades mecánicas y de barrera con optimización de espesores.
– Cristalización
Permite lograr el incremento del peso molecular y la densidad.
– Esterilización
El PET resiste esterilización química con óxido de etileno y radiación gamma.
– Resistencia química
Presenta buena resistencia en general a: grasas y aceites presentes en alimentos, soluciones diluidas de ácidos minerales, álcalis, sales, jabones, hidrocarburos alifáticos y alcoholes. Posee poca resistencia a: solventes halogenados, aromáticos y cetonas de bajo peso molecular. Tabla: Resistencia química del PET
– Alternativas ecológicas
- Retornabilidad
- Reuso de molienda
- Fibras
- Polioles para poliuretanos
- Poliésteres no saturados
- Envases no alimenticios
- Alcohólisis / Metanólisis
- Incineración
VENTAJAS
Propiedades únicas
Claridad, brillo, transparencia, barrera a gases y aromas, impacto, termoformabilidad, fácil de imprimir con tintas, permite cocción en microondas.
Costo/Performance
El precio del PET ha sufrido menos fluctuaciones que el de otros polímeros como PVC-PP-LDPE-GPPS en los últimos 5 años.
Disponibilidad
Hoy se produce PET en Sur y Norteamérica, Europa, Asia y Sudáfrica.
Reciclado
El PET puede ser reciclado dando lugar al material conocido como RPET, lamentablemente el RPET no puede emplearse para producir envases para la industria alimenticia debido a que las temperaturas implicadas en el proceso de reciclaje no son lo suficientemente altas como para asegura la esterilización del producto.
A tal fin han surgido procesos especiales para el reciclaje del PET (procesos de súper limpieza) que permiten su uso en contacto con alimentos
DESVENTAJAS
Secado
Todo poliéster tiene que ser secado a fin de evitar pérdida de propiedades. La humedad del polímero al ingresar al proceso debe ser de máximo 0.005%.
Para ello se utiliza el secado por circulación de aire caliente previamente secado en deshumificadores antes de ser procesado en inyectoras o extrusoras. Lo que le confiere un costo extra.
También se puede secar por radiación infrarroja, pero presupone un costo aún mayor.
Costo de equipamiento
Los equipos de inyección por soplado con biorientación suponen una buena amortización en función de una gran producción.
En extrusión por soplado se pueden utilizar equipos convencionales de PVC, teniendo más versatilidad en la producción de diferentes tamaños y formas.
Temperatura
Los poliésteres no mantienen buenas propiedades cuando se les somete a temperaturas superiores a los 70 grados.
Se han logrado mejoras modificando los equipos para permitir llenado en caliente. Excepción: el PET cristalizado (opaco) tiene buena resistencia a temperaturas de hasta 230 °C.
Intemperie
No se aconseja el uso permanente en intemperie.
APLICACIONES
a) Envase y empaque
Por su impermeabilidad a los gases, el PET abarca casi el 100% del mercado de botellas retornables y no retornables para bebidas carbonatadas.
Las firmas de maquinaria han contribuido en gran medida a impulsar la evolución de manera rápida de los envases, por lo que hoy se encuentran disponibles envases para llenado a temperaturas normales y para llenado en caliente; también se desarrollan envases muy pequeños desde 10 mililitros hasta garrafones de 19 litros.
Los tarros de boca ancha son utilizados en el envasado de conservas alimenticias.
Entre los múltiples usos dados al PET, debido a su durabilidad, estabilidad dimensional e insensibilidad a la humedad excelentes, sobresale el destino que se le ha dado en la fabricación de envases de bebidas carbonatadas y de empaques de alimentos pues, no deteriora ni causa efectos de toxicidad a estos productos.
La participación del PET dentro de este mercado es en:
- Bebidas Carbonatadas
- Agua Purificada
- Aceite
- Conservas
- Cosméticos
- Detergentes y Productos Químicos
- Productos Farmacéuticos
b) Electro-electrónico
Este segmento abarca diversos tipos de películas y aplicaciones desde las películas ultradelgadas para capacitores de un micrómetro o menos hasta de 0,5 milímetros, utilizadas para aislamiento de motores.
Debido a su alta resistencia dieléctrica y mecánica, el PET se utiliza como aislante de ranuras y fases en motores, condensadores, bobinas y transformadores.
Así también ha servido para ser utilizado en la fabricación de conectores eléctricos de alta densidad, bloques terminales, circuitos integrados y partes electromecánicas, reemplazando de este modo a los materiales termoestables.
c) Fibras (telas tejidas, cordeles, etc.)
En la industria textil, la fibra de poliéster sirve para confeccionar gran variedad de telas y prendas de vestir. La ropa hecha con esta fibra es resistente a arrugarse. Estas fibras son conocidas como Dacron y Fortrel y son ampliamente usadas en bienes de consumo como ropa y telas.
También se realiza, con el PET, telas no tejidas.
Debido a su resistencia, el PET se emplea en telas tejidas y cuerdas, partes para cinturones, hilos de costura y refuerzo de llantas. Su baja elongación y alta tenacidad se aprovechan en refuerzos para mangueras.
Su resistencia química permite aplicarla en cerdas de brochas para pinturas y cepillos industriales.
El poliéster tiene también una aplicación médica, debido a su fuerza es utilizado en cirugías de reconstrucción de tejidos dañados.
d) Aplicaciones en la industria mecánica
El PET se utiliza en la fabricación de repuestos que necesitan superficies duras, planas y buena estabilidad dimensional.
Por ejemplo en engranajes, levas, cojinetes, pistones y en bastidores de bombas que soportan elevadas fuerzas de impacto.
Los compuestos reforzados de PET (PRFV) son usados para fabricar tapas de distribuidores y componentes de pintura exterior para automóviles.
e) Otras aplicaciones
Se utiliza para bandejas de horno convencional o microondas, pero su principal uso es en botellas. También se utiliza en monofilamentos para fabricar cerdas de escobas y cepillos.
Artículo fuente: https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/05/pet.html
