Obtención de compuestos de polietilen tereftalato reciclado químicamente y entrecruzado con pentaeritritol

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1 Obtención de compuestos de polietilen tereftalato reciclado químicamente y entrecruzado con pentaeritritol Resumen Dra. Angélica Silvestre López Rodríguez, Dr. Pío Sifuentes Gallardo, Dra. Laura Lorena Díaz Flores, M.C. Miguel Ángel Hernández Rivera, Dr. José Manuel Vázquez Rodríguez. Uno de los materiales que utilizamos y desechamos cotidianamente es el plástico de botellas, que tiene el nombre técnico Polietilen tereftalato, conocido comúnmente como PET. Debido a que este material no puede ser incinerado por que produce sustancias tóxicas para el ser humano y la naturaleza, se recurre como una alternativa al reciclaje químico, el cual implica cambios en la estructura química del material. En esta investigación se obtuvo un material entrecruzado a partir de PET, utilizando el método de reciclado químico. Primero se realizó la reacción de depolimerización de PET con etilenglicol y posteriormente se procedió con la reacción de entrecruzamiento utilizando pentaeritritol y trióxido de antimonio. Para la obtención de compuestos fueron adicionados 1, 5 y 10 % masa de arcilla montmorilonita. Los materiales obtenidos fueron caracterizados por las técnicas de calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía óptica (OM) y extracción Soxhlet (SE). Los resultados indicaron que el monómero obtenido durante la depolimerización de PET tiene un punto de fusión entre C, lo que indica la presencia del monómero bis-2-hidroxietil tereftalato (BHET). Mediante las técnicas de DSC y extracción Soxhlet se demostró que el PET reciclado con pentaeritritol fue entrecruzado. Introducción Hoy en día los polímeros intervienen en muchas de nuestras actividades cotidianas, son tan importantes que el desarrollo tecnológico que se ha presentado en los últimos años no sería tan evidente sin la presencia de los polímeros. Pero debido a que no se cuenta con el sistema adecuado para su reutilización, estos son acumulados en grandes cantidades donde su lento deterioro natural da lugar a la formación de graves problemas de salud y del medio ambiente Semana de Divulgación y video Científico

2 [1]. Uno de los materiales que mayormente es reciclado es el polietilen tereftalato (PET), que es un polímero que se utiliza fundamentalmente para la fabricación de botellas para refresco, agua, etc. [2]. Una vez que es desechado genera serios problemas de basura, ya que no se degrada tan fácilmente en la naturaleza, ni puede ser quemado por que desprende sustancias tóxicas nocivas para la salud del ser humano. Con la presente investigación se plantea una alternativa para la reutilización de PET de botella mediante el reciclado químico, que consiste en el rompimiento de las cadenas poliméricas mediante una reacción química conocida como depolimerización. Con la aplicación del reciclado químico se logrará la reducción de los problemas de sobresaturación de desechos plásticos en los basureros y rellenos sanitarios. Objetivos y metas El objetivo de esta investigación fue desarrollar un proceso rápido, económico y sustentable para el reciclaje de PET. La meta fue obtener PET reciclado y entrecruzado para que pueda ser reutilizado en la fabricación de nuevos materiales, como puede ser en el área de la construcción para la fabricación de concreto polimérico. Materiales y métodos El PET previamente cortado y secado se adicionó a un matraz de tres bocas acoplado a un condensador con reflujo de agua fría y atmósfera inerte y aplicando agitación. Fue agregado etilenglicol y se calentó durante 4 horas a 215 ºC para depolimerizar el PET reciclado. Posteriormente el monómero obtenido se hizo reaccionar con pentaeritritol como agente entrecruzante y óxido de antimonio como catalizador. La reacción transcurrió durante 5.5 horas a una temperatura de 250 C. Para la obtención de los compuestos de PET se adicionaron 1, 5, y 10% masa de arcilla montmorilonita, utilizándose las mismas condiciones de reacción que para la reacción de entrecruzamiento. El PET entrecruzado y los compuestos de PET/arcilla fueron caracterizados mediante las técnicas calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía óptica (OM) y extracción Soxhlet (SE). Semana de Divulgación y video Científico

3 Resultados Flujo de calor (mw) PTE Flujo de Calor (W/g) Para comprobar que el producto obtenido fue el BHET, se procedió a determinar el punto de fusión. En la Figura 1 son graficados datos de temperatura contra flujo de calor, obtenidos del equipo DSC, para las muestras de PET grado comercial, PET entrecruzado y compuestos de PET entrecruzado con pentaeritritol. Figura 1. Gráfica obtenida por medio del análisis DSC para a) PET grado comercial y PET entrecruzado con pentaeritritol y b) compuestos de PET entrecruzado. La técnica de análisis termogravimétrico nos indica la estabilidad térmica de un polímero. Los resultados para el PET y compuestos de PET entrecruzado son mostrados en la Figura 2. Derivada de pérdida en masa (%/ C) Figura 2. Resultados de TGA para las muestras de PET entrecruzado y compuestos de PET. La dispersión de partículas de arcilla en el compuesto de PET entrecruzado fue analizada por microscopía óptica, como se muestra en las micrografías de la Figura 3. Y para comprobar el entrecruzamiento del PET entrecruzado, se realizó la extracción soxhlet. Los resultados son mostrados en la Figura 4. Semana de Divulgación y video Científico

4 a) b) c) d) e) Figura 3. Fotografías obtenidas por microscopía óptica de las muestras de a)arcilla, b)pet entrecruzado, compuestos de PET entrecruzado con c)1%, d)5% y e)10% masa de arcilla % Entrecruzamiento Contenido de arcilla (%) Figura 4. Gráfica que representa el contenido de material entrecruzado en función del contenido de arcilla. Discusión Los resultados obtenidos demostraron que el monómero de BHET al polimerizar con el pentaeritritol conforma una estructura entrecruzada, esto se confirma por medio del análisis DSC en la cual el material no funde mediante extracción Soxhlet [3]. También el análisis de TGA reveló que alrededor de los 140 C y 360 C los materiales caracterizados tienen pérdida de masa, originada por la degradación de los compuestos orgánicos del pigmento azul del PET y que la arcilla es estable térmicamente por debajo de los 1000ºC. Dos transiciones térmicas Semana de Divulgación y video Científico

5 alrededor de 477 C y 777 C fueron relacionadas con la descomposición química del polímero por la acción de calor (pirólisis del PET comercial) [4]. La prueba de OM mostró la aglomeración de arcilla en los compuestos sintetizados. A bajas concentraciones de arcilla, las partículas están dispersas en la fase del polímero, mientras que a altas concentraciones existen aglomeraciones, lo que permite una buena reacción de entrecruzamiento, como se calculó por extracción Soxhlet determinándose un valor de 61.05% de entrecruzamiento, para el compuesto con 10% de arcilla. Conclusiones Fue obtenido PET entrecruzado a partir de PET reciclado, pentaeritritol y trióxido de antimonio a una temperatura de 250 C y 5.5 horas de reacción. El entrecruzamiento fue comprobado mediante extracción Soxhlet, obteniéndose un valor de 52.1% para el PET entrecruzado. Además, en la técnica de DSC no se observó la temperatura de fusión característica del PET entre 243 C-250 C, lo que indicó la obtención de un material entrecruzado. Referencias bibliográficas Altun S., Ulcay Y., Improvement of waste recycling in PET fiber production, Journal of polymers and the environment, Vol. 12, No. 4, B. Seymour., R., E. Carraher Jr, C, Introducción a Química de los Polímeros, 3era. Edición, Editorial Reverté, [3] Dias M. L., Nascimento C. R., Thermal properties of post-consumer PET processed in presence of phosphates, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 69, [4] Chen Wei, Mc Carthy Thomas, Chemical surface modification of Poly(ethylene terephthalate), Macromolecules, 31, , Semana de Divulgación y video Científico