Polietilentereftalato: sintesi, processi produttivi
Il polietilentereftalato (PET) è un poliestere apprezzato per la sua resistenza, leggerezza, economicità, inerzia chimica utilizzato per ottenere bottiglie di plastica, contenitori per il confezionamento di alimenti e bevande, prodotti per la cura personale e molti altri prodotti di consumo.
Inoltre è usato per ottenere fibre sintetiche note con il nome di poliesteri. Il polietilentereftalato ha la caratteristica di essere un materiale termoplastico trasparente, amorfo quando sottoposto a raffreddamento rapido, mentre si comporta come una plastica semicristallina quando raffreddato lentamente o quando trafilato a freddo.
Sintesi del polietilentereftalato
Nei laboratori della DuPont nel 1940 nell’ambito delle ricerche sulle fibre sintetiche si ottenne per la prima volta il polietilentereftalato. Iniziarono infatti a scarseggiare le materie prime per l’ottenimento del nylon utilizzato per ottenere i paracadute nel corso della Seconda Guerra Mondiale.
Il polietilentereftalato è un polimero termoplastico di policondensazione di tipo lineare.
È generalmente ottenuto a partire dall’acido 1,4-benzendicarbossilico noto come acido tereftalico e dall’1,2-etandiolo noto come glicole etilenico.
Avviene una reazione di condensazione tra i due reagenti contenenti ciascuno due gruppi funzionali ovvero –COOH e –OH rispettivamente. Operando ad alte temperature si forma il monomero con eliminazione di acqua
La reazione di esterificazione avviene in presenza di acido da cui si formano oltre al monomero anche oligomeri contenenti fino a cinque unità monomeriche.
Per ottenere il polimero si opera a basse pressioni e a una temperatura di circa 300°C e si utilizza l’ossido di antimonio (III) quale catalizzatore distillando il glicole etilenico in eccesso. In alternativa possono essere usati sali di titanio, germanio, cobalto, manganese, magnesio o zinco. Modiche quantità di catalizzatore rimangono incapsulate nella matrice polimerica.
In questo stadio il polietilentereftalato appare come un liquido viscoso che viene estruso dopo aver allontanato l’acqua per dare un materiale amorfo simile al vetro.
Per ottenere un polimero ad alto peso molecolare che possa presentare le caratteristiche richieste di rigidità, durezza e resistenza alla deformazione e al contempo flessibilità si procede a una seconda polimerizzazione condotta sul solido a temperature più basse a cui avviene la rimozione di impurezze volatili quali acetaldeide, glicoli e acqua.
Processi
La produzione di poliestere può essere effettuata sia attraverso un processo batch che in un processo continuo; nella produzione di fibre di poliestere i prodotti di un processo continuo possono essere alimentati direttamente nella testa della filatura a fusione.
Poiché è difficile purificare il polimero una volta formato è necessario partire da reagenti molto puri. Si ottiene così una macromolecola da poter essere utilizzata a contatto con gli alimenti.
Il PET è classificato come un polimero semicristallino e, quando è riscaldato oltre 72 °C che corrisponde alla temperatura di transizione vetrosa, passa da uno stato rigido simile al vetro a una forma elastica e gommosa in cui la catena polimerica può essere allungata e allineata in una sola direzione per formare fibre o in due direzioni per formare pellicole.
Se il materiale fuso è raffreddato rapidamente, mentre è mantenuto nello stato stirato, le catene rimangono bloccate con quel dato orientamento. Una volta orientato, il materiale si presenta estremamente duro e ha le proprietà tipiche delle bottiglie tipiche in PET
Se invece il polimero dopo lo stiramento, rimane a una temperatura sopra i 72°C, cristallizza e inizia a diventare opaco, più rigido e meno flessibile. Questa forma è nota come PET cristallino o cPET che è in grado di resistere a temperature più elevate.
Stante l’enorme consumo di prodotti realizzati in PET onde evitare un accumulo indefinito si provvede al suo riciclaggio che può essere di tipo meccanico o di tipo chimico. Quest’ultimo che presenta, tuttavia alti costi ed elevato impatto ambientale consiste nella conversione del polimero in composti a basso peso molecolare che possono essere introdotti in nuovi cicli produttivi.
Il ciclo meccanico prevede la riduzione del PET in polvere che è utilizzata per ottenere prodotti per usi non alimentari
