Reciclado químico del PET

 

jueves 20 de mayo 2021 

autor: Cesar Arrua Martínez

Reciclado químico del PET

El polietileno tereftalato, conocido por el acrónimo de PET, es un polímero utilizado generalmente en la elaboración de botellas de plástico descartables.

Actualmente, los desechos de estas botellas constituyen un problema medioambiental debido a la gran cantidad acumulada ya que, a pesar de no ser un material nocivo, poseen gran resistencia a la degradación. Debido a esto, son importantes los métodos para el reciclaje de este material, entre los cuales se encuentran el reciclaje mecánico y el químico.

Reciclaje Mecánico: se basa en el tratamiento de los residuos plásticos mediante métodos físicos de purificación y la reducción de los mismos a escamas o flakes de PET, los cuales pueden ser extrudidos y granulados en forma de pellets. El producto obtenido presenta propiedades inferiores al PET virgen y la imposibilidad de ser utilizado nuevamente en envases que estén en contacto con alimentos por el grado de contaminación que presenta.

Reciclaje químico: los principales procesos dentro de este tipo de reciclado son los siguientes: pirólisis, hidrogenación, gasificación, metanólisis y glicólisis, siendo estos dos últimos los que se llevan a cabo a escala industrial.

Mediante esta técnica el PET se deshace o despolimeriza, utilizando las moléculas separadas para fabricar de nuevo el material. Dependiendo de su pureza puede utilizarse de nuevo el PET para el envasado de alimentos.

El reciclaje químico es una alternativa viable para el tratamiento de desechos de PET. Este método presenta la ventaja que hace posible la obtención de materias primas orgánicas que posteriormente podrían ser usadas para producir nuevamente PET apto para estar en contacto con alimentos u otros materiales con distintas propiedades. Pero esto dependerá del grado de pureza que presenten los monómeros obtenidos.

Cabe destacar que previo a todo proceso de reciclaje químico le precede un reciclaje mecánico para la obtención de escamas de PET. El tamaño de las escamas puede variar entre 2 (o menos) a 10 mm. Una granulometría más fina significa una disminución en el tiempo del proceso debido a un incremento en la velocidad reacción por el aumento de la superficie de contacto.

De los procesos químicos para la despolimerización de PET, la metanólisis, la hidrólisis y sobre todo la glicólisis, son los procesos mas utilizados. Sin embargo, la metanólisis e hidrólisis se llevan a cabo a condiciones de presión y temperatura mayores que en el caso de la glicólisis, y además, debido a las condiciones ácidas o básicas de la hidrólisis, esta puede generar mayores problemas ambientales.

En el caso de la glicólisis, el proceso mas empleado, es llevado a cabo con etilenglicol (EG). El producto principal es el monómero tereftalato de bis(2-hidroxietileno) (BHET) que puede ser utilizado directamente para la síntesis de PET o de resinas de poliéster insaturado.

Procesos de despolimerización

Los procesos de reciclaje químico que existen en el mercado están normalmente patentados, por lo que los detalles concretos no se conocen. Por lo que se hará una descripción en base a datos experimentales.

Metanólisis

La despolimerización del PET a través de la metanólisis se lleva a cabo por medio del tratamiento del polímero con altas cantidades de metanol en presencia de un catalizador (trisopropóxido de aluminio o acetato de zinc y sales de ácido arilsulfónico) a altas presiones (20-25 Kg/cm3) y a temperatura (180-280ºC). Este proceso incluye un alto número de operaciones unitarias, como la filtración (centrífuga), cristalización multietapa, destilación al vacío, etc. En la metanólisis se descompone el PET en sus moléculas básicas, dimetil tereftalato y etilenglicol que pueden ser nuevamente polimerizados para la obtención de PET virgen. Se obtiene un producto de DMT de muy buena calidad y los resultados son bastante consistentes. Este proceso también puede ser usado para PET coloreado y con contenidos de otros polímeros contaminantes (PE, PVC, polímeros termoestables). El metanol recuperado es reutilizado.

Glicólisis

Cuando el PET es disuelto en exceso de EG a altas temperaturas, la reacción de condensación es reversada, esto es lo que se conoce como glicólisis. Los productos de dicha reacción son el bis-hidroxietilentereftalato (BHET) y algunos oligómeros de bajo peso molecular.

El BHET se usa en la poliesterificación del PET, la cual es la etapa previa para la policondensación del PET nuevamente.

Método 1:

La reacción de glicólisis es catalizada por acetatos de Zn, Mn, Co, Pb, etc. en presencia de carbonato de sodio y sulfato de potasio. El proceso de despolimerización se lleva a cabo a 190ºC, con una relación molar EG/PET de 4:1, en un tiempo de aproximadamente 8 horas (dependiendo de cantidad de reactivos y parámetros de temperatura y presión utilizados). Esta reacción es acelerada a altas presiones.

PHET cristalizado

Diagrama de bloques del proceso de la glicólisis I

A través de los años, la glicólisis se ha convertido en el proceso más viable en el reciclado químico, debido a que puede ser operado de modo batch o continuo, a pequeña o gran escala con relativamente bajas inversiones de capital. Estas características le dan muchas ventajas sobre sus similares en el reciclado químico, la metanólisis y la hidrólisis, pues éstas necesitan ser operadas en plantas con capacidades mínimas de 50.000 toneladas por año para ser comercialmente viables.

Es el proceso de despolimerización más viable técnica y económicamente para realizar a escala industrial. En este proceso no se obtienen las materias primas para volver a polimerizar el PET sino una mezcla de oligómeros que puede utilizarse para la fabricación de poliésteres insaturados, lo que puede presentar un beneficio económico.

Recientes publicaciones han descrito el uso de xileno como medio de reacción en la glicólisis y radiaciones microondas como fuente energética.

Resinas de poliéster no saturado

Las resinas de poliéster insaturado son líquidos muy viscosos que tienen la característica de poder entrecruzar sus cadenas mediante la adición de un monómero vinílico obteniéndose de este modo productos sólidos termoestables.

Para la obtención de resinas de poliéster insaturado, se sintetiza un poliéster lineal de bajo peso molecular que contiene insaturaciones (dobles enlaces carbono-carbono). El anhídrido maleico es el monómero mas utilizado para introducir la insaturación a la cadena debido a su alta reactividad. La reacción también se lleva a cabo con etilenglicol y acido adípico, el cual permite aumentar la separación de las insaturaciones y por lo tanto disminuir la fragilidad del producto final.

Posteriormente a la síntesis del poliéster insaturado, el curado de la resina produce el entrecruzamiento de los dobles enlaces del poliéster lineal con la ayuda de un monómero vinílico (estireno). En esta etapa, además, es necesaria la adición de un catalizador y un iniciador que permita la reacción de entrecruzamiento.

Bote fabricado con resinapoliéster no saturada

reforzada con fibra de vidrio

Síntesis del poliéster insaturado

La síntesis del poliéster insaturado puede llevarse a cabo mediante una reacción con el producto de la despolimerización de PET, el BHET, anhídrido maleico (AM) y etilenglicol bajo atmósfera de nitrógeno y agitación constante a una temperatura de 190ºC. La relación entre hidroxilo/carboxilo (OH/COOH) es de 1,2/1 y se utilizan acetato de calcio y oxido de antimonio (III) como catalizadores. El agua producida por condensación de los reactivos y el etilenglicol en exceso se elimina por destilación.

Método 2:

Este otro método presenta pequeñas variaciones respecto al método 1. En el se modifican algunos parámetros de temperatura y tiempos de reacción como, así también, las concentraciones de los reactivos involucrados. Este método prescinde del carbonato de sodio y del sulfato de potasio.

Luego de la molienda de las botellas post-consumo, las escamas (de 2 mm) son introducidas en el reactor donde se añade etilenglicol y acetato de zinc (catalizador). La reacción se lleva a cabo en una atmósfera inerte de nitrógeno a una temperatura de entre 195 y 220ºC. Luego se realiza una extracción con agua y posterior filtrado para eliminación de impurezas y PET que no reaccionó. El sobrenadante se introduce en un cristalizador. El posterior filtrado permite obtener BHET sólido y etilenglicol en solución. El etilenglicol puede ser recuperado por destilación al vacío y reutilizado en el proceso.

Proporción de los reactivos:

Según datos experimentales, los mejores rendimientos se obtuvieron a: (Fuente: Cartif)

Relación EG/PET: 6:1 (masa en masa)

Relación catalizador/PET: 1% (masa en masa)

Tiempo de reacción: 2hs30minutos a 3hs30minutos (el tiempo dependerá de la cantidad de reactivos, temperatura, etc.)

Temperatura de reacción: 195ºC a 220ºC

Diagrama en bloque del proceso de glicólisis II

Rendimientos de la glicólisis

Para mejorar la economía del proceso se reutiliza el etilenglicol

• El rendimiento a BHET con EG reciclado es 81%

• El rendimiento a BHET con el PET residual es 80% (datos experimentales den un rendimiento del 90% con PET virgen).

Los impropios del PET residual quedan en el reactor sin reaccionar

La reacción de glicólisis da un poliol reciclado y un glicol (subproducto) en dos fases inmiscibles.

 Teniendo en cuenta la problemática generada a partir de la acumulación de envases de PET en el mundo podemos decir que el reciclaje químico es muy importante y una buena alternativa para combatir esta contaminación favoreciendo así al medio ambiente.

Fuente bibliográfica

Reciclado químico de PET  Tecnología de los plásticos   https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/07/reciclado-quimico-de-pet.html

Conoce como reciclar envases PET Rosa Envases     https://rosaenvases.com/blog/como-reciclar-envases-plastico-pet/

Tecnología de los plásticos   https://www.plastico.com/blogs/Podria-el-reciclaje-quimico-ser-la-solucion+130142

Claves y recomendaciones para el reciclaje de plástico    https://blog.oxfamintermon.org/claves-y-recomendaciones-para-el-reciclaje-de-plastico/

El reciclaje del plástico - Gestión de residuos  

https://www.recytrans.com/blog/el-reciclaje-del-plastico/