Fabricación
Poco se conoce en profundidad sobre el proceso de obtención del PET o sobre las diversas rutas y mecanismos para su producción. Dicha información es importante para todo transformador de productos comerciales –como fibra, película y envase, principalmente–, ya que diversos factores presentes durante la síntesis química o el proceso de polimerización de la resina de PET (como velocidad de cristalización, tamaño de partícula del pellet, tiempo y temperatura de polimerización, humedad, entre otros) tienen gran trascendencia en las condiciones de transformación, como extrusión o inyección estirado bi-orientado del PET.
Sobre dichos factores se discutirá en próximas ediciones de esta columna. El PET o Polietilen Tereftalato es una resina que pertenece a la familia de los poliésteres, cuyo nombre se atribuye a que contiene el grupo químico éster.
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La producción química o síntesis del PET se lleva a cabo mediante dos etapas:
• La síntesis del monómero de poliéster –bis hidroxietil tereftalato (BHET)–.
• La reacción de Policondensación del monómero.
LA SÍNTESIS DEL MONÓMERO
La síntesis se puede llevar a cabo mediante dos reacciones:
• Trans-esterificación entre el dimetil tereftalato (DMT) y el etilén glicol (EG). Este proceso es más antiguo y menos utilizado en la actualidad, ya que se obtiene metanol como subproducto, el cuál puede generar más cantidad de emisiones de compuestos orgánicos volátiles, lo que causa un mayor impacto ambiental. En la figura 1 se presenta un esquema general del proceso para la obtención del monómero a partir de la reacción de transesterificación.
• El otro método, de mayor importancia comercial y el más utilizado actualmente, consiste en la Esterificación directa del ácido tereftálico (TPA) con el etilén glicol (EG), que tiene agua como
subproducto de eliminación. Sobre este método se discutirá con mayor detalle en el presente análisis. En la figura 2 se presenta un esquema general del proceso para la obtención del monómero a partir de la reacción de esterificación.
REACCIÓN DE POLICONDENSACIÓN DEL MONÓMERO
• Policondensación en estado Fundido (MPP). La Policondensación del monómero BHET es la segunda etapa en la síntesis del PET, durante la cual tiene lugar un incremento en la longitud de la
cadena del polímero o del grado de polimerización.
La reacción se lleva a cabo a altas temperaturas, en un rango entre 260 y 290°C, debido a la baja solubilidad del ácido tereftálico en el etilén glicol. El uso de catalizadores es esencial para que se lleve a cabo la polimerización, para la obtención de pesos moleculares aceptables.
Generalmente se utilizan catalizadores de antimonio; el más común es el trióxido de antimonio (Sb2O3) o triacetato de antimonio, que permite obtener un grado de esterificación del 90%. El ácido tereftálico y el etilén glicol se mezclan con el catalizador en un tanque donde se forma una pasta, que posteriormente
es transferida a un sistema de reactores de esterificación. El etilén glicol recuperado se retorna al primer reactor esterificador del sistema, mientras que el vapor de agua se condensa y se descarga al sistema de tratamiento de agua residual.
El monómero BHET obtenido del sistema esterificador se bombea a los reactores de polimerización, que pueden variar en número, diseño y condiciones de operación, dependiendo de la tecnología industrial utilizada. Los procesos que se realizan en ellos pueden resumirse en tres categorías:
• Proceso con menor tiempo de residencia y alta temperatura.
• Proceso con tiempo de residencia medio y temperatura media.
• Proceso con tiempo de residencia mayor y temperatura menor.
• Durante esta etapa de policondensación en estado fundido se obtiene un polímero con un rango de viscosidad entre 0.45 y 0.65 decilitro/gramos, con un contenido entre 30 y 150 ppm de acetaldehído.
Enseguida el polímero en estado fundido se convierte en partículas sólidas y es cristalizado mediante un sistema previo de peletizado, que tiene un efecto importante en el tamaño, forma, densidad, contenido de agua, grado de cristalinidad y finos en el pellet de poliéster. Estos parámetros tienen un alto
impacto durante la siguiente etapa de polimerización en estado sólido (SSP). En la figura 5 se presenta un esquema general del proceso de la policondensación en estado fundido (MMP) del PET
Policondensación en Estado Sólido (SSP) La Policondensación en estado sólido es la continuación a la policondensación fase fundida (MMP), llevada a cabo a una temperatura menor que en la fase de polimerización anterior. La finalidad principal de la etapa de SSP es cristalizar la resina poliéster, aumentar la viscosidad a un rango de 0.75 a 0.85% y reducir el contenido de acetaldehído a menos de 1ppm.
La eficiencia del proceso SSP depende de los siguientes parámetros:
• Temperatura de reacción.
• Peso molecular del pre-polímero.
• Tamaño y geometría de los pellets.
• Contenido de la fase cristalina.
• Tipo de catalizador.
• Tipo de comonómero.
Aplicaciones
Entre algunas de las aplicaciones que tiene el PET, se encuentran: envases de bebidas carbónicas, aguas minerales, aceite, zumos, tés, vinos y bebidas alcohólicas, detergentes y productos de limpieza, productos cosméticos, salsas y otros alimentos, productos químicos y lubricantes, productos para tratamientos agrícolas, películas, contenedores alimentarios, cintas de audio/video, fotografía, aplicaciones eléctricas, electrónicas, embalajes especiales y de rayos X.
Otros usos:
• Tubos, perfiles, paredes, piezas inyectadas
• Fibras,textiles, marcos, construcción
A continuación detallaremos parte de la hoja química o ficha de seguridad de la NIOSH de uno de los productos principales en la obtención del:
TEREFTALATO DE DIMETILO
1,4-Bencenodicarboxilato de dimetilo
TDM C6H4(COOCH3)2/C10H10O4
Masa molecular: 194.2
Nº CAS 120-61-6
Nº RTECS WZ1225000
Nº ICSC 0262
Tipos o peligros de exposición Síntomas agudos prevención Primeros auxilios/ lucha contra incenndios
Incendio combustible Evitar llamas Agua pulverizada, expuma, co2
Explosión Las partículas finamentes dispersas forman atmosferas explosivas Evitar depósitos de polvo, instalación anti explosiva En caso de incendio mantener frio o refrigerar con agua
Inhalación N / a ventilar Aire limpio y reposo
Piel Guantes y ropa protectora Lavar con agua y jabon
Ojos enrojecimiento Gafas protectoras Lavar los ojos, asistencia especializada
ingestión No comer ni fumar durante el trabajo Enjuagar la boca / reposo.
En la Ley de seguridad e Higiene no hay datos sobre los tiempos máximos de exposición y la concentraciones máximas permitidas para este producto.
Alejandro Ramirez Matuszewski, estudiante de 3° Seguridad e Higiene.
