Tereftalato de polietileno: Estructura y usos ¿Qué es el PET en química?

Publicado el 29 marzo, 2023 por Rodrigo Ricardo

Química

¿Qué es PET en Química?

Al mirar una botella plástica de bebida, se ve la imagen de un triángulo con un número uno adentro. Este símbolo significa que la botella de plástico está hecha de un material llamado PET. Una persona puede preguntarse, ¿qué es PET? La abreviatura PET significa tereftalato de polietileno, que es un polímero. Un polímero es una macromolécula que contiene miles de unidades monómeras repetitivas, que están conectadas entre sí. El tereftalato de polietileno se denomina poliéster porque esta macromolécula contiene muchos grupos funcionales éster repetitivos. El PET pertenece a la familia de los polímeros de poliéster debido a los grupos funcionales éster presentes en la unidad monomérica. Las propiedades de este poliéster son diferentes a las de un éster normal porque el PET es un polímero. Este plástico PET es útil en muchas aplicaciones.

Botellas PET con el símbolo PET

Estructura química del PET

El PET tiene una estructura química que comprende muchas unidades monoméricas que contienen etileno y tereftalato. El tereftalato de polietileno puede ser un amorfo transparente plástico o un plástico semicristalino incoloro. Un polímero amorfo tiene regiones donde las cadenas de polímero no son lineales y paralelas entre sí. El anillo de benceno, parte de la estructura monomérica del PET, permite este estado amorfo. Este anillo de benceno reduce el empaquetamiento cristalino porque este anillo limita la movilidad de los grupos unidos, por lo que las cadenas no pueden organizarse adecuadamente. En un estado estructural amorfo, PET no tendrá interacciones de ordenación de largo alcance. La naturaleza amorfa de este poliéster permite una apariencia transparente y una mayor resistencia al impacto. Dependiendo de la velocidad de enfriamiento del tereftalato de polietileno, se puede formar un poliéster amorfo o un poliéster semicristalino. Un rápido proceso de enfriamiento conduce a un poliéster amorfo, mientras que un método de enfriamiento lento conduce a un poliéster semicristalino. El PET semicristalino tendrá una apariencia turbia y una menor resistencia a los impactos, pero puede soportar entornos más duros, como debajo del capó de un automóvil.

monómero PET que es la unidad repetitiva en este poliéster

Las cadenas de polímeros en PET están dispuestas de diferentes maneras para adaptarse a las necesidades de los materiales que se fabrican. Cuando se utiliza PET para fabricar fibras, las cadenas de polímero se organizan en una dirección. Si se usa tereftalato de polietileno en la producción de películas, entonces las cadenas de polímero están dispuestas en dos direcciones. Los materiales de envasado hechos de PET tendrán cadenas de polímero en tres direcciones.

El monómero de tereftalato de polietileno se puede sintetizar utilizando dos métodos diferentes. En el primer método, el monómero de tereftalato de polietileno se obtiene combinando dos compuestos orgánicos, que son el ácido tereftálico (ácido benceno-1,4-dicarboxílico) y el etilenglicol (etano-1,2-diol). Esta reacción es una esterificación de Fischer, donde el ácido dicarboxílico y el diol reaccionarán para producir ésteres.

El segundo método de síntesis de PET implica una reacción de transesterificación entre tereftalato de dimetilo (diéster) y etilenglicol (diol). Este método de transesterificación se favoreció inicialmente debido a los problemas de obtención de ácido tereftálico puro. Debido a los procesos mejorados de purificación del ácido tereftálico, se utilizan ambas formas sintéticas de hacer tereftalato de polietileno.

En el monómero de PET, hay dos grupos funcionales de alcohol, y esta característica estructural permite que ocurra el proceso de polimerización. Este proceso de polimerización se llama policondensación. En una reacción de policondensación, se forma un polímero al unir monómeros. Esta reacción química provoca la pérdida de agua o compuestos simples. En la policondensación del monómero PET se produce una pérdida de etano-1,2-diol. El producto de etilenglicol eliminado se puede reciclar. El óxido de antimonio (III) es el catalizador necesario para esta reacción de policondensación. Esta reacción se realiza a muy altas temperaturas y baja presión para asegurar la formación de poliéster.

Propiedades del tereftalato de polietileno

El tereftalato de polietileno se usa ampliamente como material de fabricación. Las razones del uso común del PET se deben a sus múltiples propiedades.

Material irrompible a diferencia del vidrio.
Resina higroscópica, por lo que la humedad en el aire hará que el PET absorba la humedad. Esta agua provocará rupturas en la cadena del polímero si se permite que el PET se derrita. Se producirá la degradación del material polimérico, lo que dará lugar a cambios en las propiedades físicas. Antes de procesar PET, este poliéster debe secarse para reducir el contenido de humedad a alrededor del 0,005 % o menos en peso. Con un secado adecuado, el PET mantendrá el peso molecular y las propiedades físicas.
Material claro y transparente cuando se encuentra en un estado estructural amorfo.
Alta relación resistencia/peso, por lo que es un material de bajo peso, a la vez que resistente.
Capacidad de combinarse con otros materiales, como fibra de vidrio o nanotubos de carbono, para mejorar la resistencia del material.
Material reciclable
Material no reactivo, por lo que no hay peligro de que reaccione con otros materiales como alimentos, cuidado personal o medicamentos.
Los envases hechos de PET se pueden reutilizar con una limpieza adecuada.
Material resistente a microorganismos
Material no degradable biológicamente
El PET tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico.
PET tiene un amplio rango de temperatura de -60C a 130C
El tereftalato de polietileno está aprobado por la FDA, Health Canada y muchas otras agencias de salud para su uso seguro con alimentos y bebidas.
El PET tiene muy buena resistencia a muchos compuestos como alcoholes, ácidos diluidos, aceites, grasas e hidrocarburos alifáticos.
Cuando el PET está en contacto con álcalis diluidos, compuestos aromáticos y compuestos halogenados, tiene una resistencia moderada a estos compuestos.
Los textiles de PET tienen resistencia a las arrugas y no se encogen tanto como el algodón.

Usos de PET

Las características deseables del tereftalato de polietileno lo convierten en un material ideal para su uso en prendas de vestir, plásticos de ingeniería y materiales de embalaje. Es muy poco probable que una persona no entre en contacto con algún artículo fabricado con PET. La siguiente es solo una muestra de los diferentes usos del PET.

Materiales de embalaje para envases de alimentos y bebidas.
Muchos textiles contienen PET, como chaquetas, pantalones, ropa de cama, camisas, vestidos, cubrecamas para mascotas y muchos más.
El PET semicristalino se utiliza en piezas de automóviles.
La electrónica contiene componentes hechos de PET.
Las fibras de alfombra pueden estar hechas de PET
El PET se utiliza para hacer aislamiento de techos.
El PET se utiliza para fabricar envases para productos de limpieza del hogar, artículos de cuidado personal, productos farmacéuticos, fórmulas para bebés, jabones líquidos, detergentes y muchos artículos más.
El PET se utiliza en la producción de geotextiles, que son tejidos que se utilizan en muchas aplicaciones geotécnicas.

Problemas del PET

El PET es uno de los poliésteres más utilizados en el mercado actual. La prueba de un alto nivel de uso se puede ver en los envases de los alimentos y el material utilizado en muchas de las prendas de vestir disponibles. Hay muchas preocupaciones sobre este uso excesivo de tereftalato de polietileno.

Los materiales PET constituyen un gran porcentaje de los materiales en los vertederos
- La adición de más materiales a los vertederos es un problema importante para el medio ambiente. Se deben incrementar los esfuerzos de reciclaje y se deben implementar más formas de reutilizar los materiales de PET.
Envenenamiento por antimonio al usar materiales PET para envasar artículos comestibles.
- En la reacción de policondensación utilizada para formar PET, se utiliza óxido de antimonio (III) como catalizador de la reacción. Este catalizador puede unirse químicamente al poliéster en niveles muy bajos. Estos bajos niveles de óxido de antimonio (III) en el tereftalato de polietileno han hecho que muchos se preocupen por los riesgos para la salud del uso de PET. Si se expone a períodos prolongados de calor intenso, pequeñas cantidades de antimonio pueden ingresar a las bebidas en botellas hechas de PET. Múltiples estudios de salud han confirmado que muy poco del antimonio migrará, por lo que no hay problemas de salud. El agua embotellada de PET se probó en condiciones extremas y no se encontraron cantidades tóxicas de antimonio en el agua durante muchos estudios. La cantidad promedio de antimonio era menos de una parte por billón.
Combustible fósil utilizado para producir materiales de PET
- El etilenglicol se fabrica con etileno, que proviene del petróleo crudo o del gas natural, mientras que el ácido tereftálico se fabrica con un material de partida producido a partir del petróleo crudo. Tanto el gas natural como el petróleo crudo son combustibles fósiles. En los últimos años, se han hecho más y más preocupaciones sobre los combustibles fósiles y los problemas ambientales.
Contaminación por acetaldehído en artículos embotellados en PET.
- Los artículos embotellados en PET tienen trazas de acetaldehído y algunos otros aldehídos como subproductos de la producción de botellas de PET. El acetaldehído se encuentra naturalmente en muchos alimentos, como manzanas maduras, uvas y frutas cítricas. Este compuesto es un componente natural de la mantequilla, el queso y las aceitunas. El cuerpo produce acetaldehído como respuesta a la digestión de ciertos alimentos. Las cantidades mínimas de acetaldehído no representan un riesgo para la salud, pero pueden causar un sabor ligeramente afrutado. Se implementan prácticas de fabricación modernas para minimizar la formación de aldehído como subproducto, y se emplean catadores para garantizar agua embotellada en PET de sabor puro. Cualquier sabor presente dominará el sabor del acetaldehído.

Resumen de la lección

El tereftalato de polietileno (PET) es parte de la familia de polímeros de poliéster debido al grupo funcional éster presente en el monómero de este polímero. El PET se denomina comúnmente poliéster. Este material puede tener una estructura amorfa o semicristalina, dependiendo de la velocidad de enfriamiento después de la producción. El PET amorfo tendrá regiones donde las cadenas de polímero no son lineales y paralelas entre sí. Este PET amorfo será transparente y tendrá una alta resistencia al impacto. El monómero de PET se puede sintetizar utilizando una esterificación o transesterificación de Fischer. Un proceso químico llamado policondensación es el método utilizado para producir tereftalato de polietileno. Durante el proceso de policondensación, los monómeros de PET se unen para que se pueda formar el poliéster.

El PET es un poliéster ampliamente utilizado debido a sus muchas propiedades beneficiosas, como una alta relación resistencia/peso, resistencia a las arrugas, naturaleza inastillable, no reactiva, facilidad de reciclaje y capacidad de aislamiento electrónico. Estas propiedades permiten el uso de PET en la fabricación de muchos materiales. Las botellas de PET se utilizan como envases para muchos productos alimenticios y bebidas. Los productos electrónicos, las alfombras, las prendas de vestir, los artículos de construcción y muchos más se fabrican con tereftalato de polietileno.

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