UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

ESCUELA DE QUÍMICA

PROYECTO DE POLÍMEROS Y PLÁSTICOS

“INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL RENDIMIENTOS DEL GLICERILFTALATO

MEDIANTE DEGRADACION DEL

POLIETILENTEREFTALATO (PET)”

Autor: Carlos Andrés Vásquez.

QUITO, 29 de Abril del 2010

1. PROBLEMA

¿Cuál es la influencia la de la temperatura en el rendimiento del glicerilftalato mediante la degradación del

Polietilentereftalato (PET)?

2. OBJETIVOS

2.1 GENERAL:

Estudiar la influencia la de la temperatura en el rendimiento del glicerilftalato mediante la degradación del

Polietilentereftalato (PET)

2.2 ESPECÍFICOS:

Preparar la muestra de PET, a partir de botellas desechables marcadas como PET 1

Caracterizar el PET recolectado

Degradar el PET mediante glicerólisis a las diferentes temperaturas (150, 200 y 250 ºC)

Caracterizar y determinar el rendimiento de los productos de la glicerólisis.

3. ANTECEDENTES

La importancia del Reciclaje químico de los plásticos, debido a su comprobada lentitud de

degradación en condiciones normales y, en algunos casos, la alta toxicidad de estos obligan a buscar

métodos de remediación para estos productos de síntesis, siendo un recurso necesario probar

ensayos físicos y químicos para reducir en algo el tiempo de degradación que necesitaría el plástico.

Existen algunas referencias en el caso de degradaciones químicas que se han realizado al polietilen

tereftalato PET, dentro de la Facultad de Ciencias Químicas. Este es el caso de la Tesis de Grado de

la Srta. Paola Becerra, con el Tema “Estudio Cinético de la degradación del Polietilen Tereftalato con

Acido Fosfórico a Diferentes Temperaturas”, donde además especifica a detalle como influyen

variables como la temperatura, el tiempo y la concentración de Acido Fosfórico dentro del proceso

degradativo del platico PET.

4. IMPORTANCIA

Debido a la gran cantidad de botellas plásticas cuyo componente principal es el Polietilen Tereftalato,

que contaminan el medio ambiente, este trabajo busca determinar de forma cuantitativa y cualitativa

ver como influye la temperatura en el rendimiento de la glicerolisis del PET dando alternativas de

cómo este proceso permitiría en algunos casos volver a restituir los reactivos que formaron parte de

plástico de botellas PET.

5. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:

“INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL RENDIMIENTOS DEL GLICERILFTALATO MEDIANTE DEGRADACION DEL POLIETILENTEREFTALATO (PET)”

FECHASAño 2010 HORAS ACTIVIDAD OBSERVACIONES

22 de Abril 2 Consulta de DocumentosReferencias bibliográficas obtenidas de internetConsulta de Métodos al Tutor del Proyecto (Dr.

Washington Núñez)

13 de Abril 4 Caracterización de los Reactivos

Determinación de índice de refracción y densidad de la Glicerina

Consulta sobre el armado del equipo

20 de Mayo 4 Realización del ExperimentoPrimer Ensayo

Desecamiento del hidróxido de PotasioArmado del Equipo

Obtención del destilado27 de Mayo 1 Caracterización del Destilado Medición del índice de refracción

10 de Junio 4 Realización del ExperimentoSegundo Ensayo

Desecamiento del hidróxido de PotasioArmado del Equipo

Obtención del destilado

23 de Junio 4 Caracterización de losProductos

Pruebas organolépticasMedición del Índice de Refracción (destilado)

Temperaturas de Ebullición y Fusión

30 de Junio 2 Caracterización del Residuo Medición Cualitativa de la ViscosidadEnsayos Químicos

9 de Julio 2 Caracterización delResiduo

Pruebas de AcidificaciónCaracterización del Producto

22 de Septiembre 5 Realización del informe Revisión de todos los datos obtenidos y

procesamiento del Informe

6. MARCO TEÓRICO:

POLIETILENTEREFTALATO

6.1 DATOS GENERALES1:

6.2 DATOS TÉCNICOS2:

PROPIEDADES QUIMICAS OBSERVACIONES

RESISTENCIA A

HIDROCARBUROSBUENA

RESISTENCIA A ACIDOS DEBILES

A TEMP. AMBIENTEBUENA

RESISTENCIA A ALCALIS DEBILES

A TEMP. AMBIENTEBUENA

EFECTO DE LOS RAYOS

SOLARESALGO LO AFECTAN

APROBADO PARA CONTACTO

CON ALIMENTOSSI

COMPORTAMIENTO A LA

COMBUSTIONARDE CON MEDIANA DIFICULTAD

PROPAGACION DE LLAMA MANTIENE LA LLAMA

COMPORTAMIENTO AL

QUEMARLOGOTEA

COLOR DE LA LLAMAAMARILLO ANARANJADO

TIZNADO

OLOR AL QUEMARLO AROMATICO DULCE

6.3 VENTAJAS

Formula Molecular (C10H8O4)n

Densidad amorfa 1.370 g/cm3

Densidad cristalina 1.455 g/cm3

Presión(σt) 55–75 MPa

Punto de fusión 260 °C

Índice de refracción 1.5750

Costo 0.5–1.25 €/kg

resistencia y rigidez elevadas

elevada resistencia a la fluencia

elevada dureza de la superficie

muy apropiado para ser pulido

elevada estabilidad dimensional

buenas propiedades de fricción por

deslizamiento y resistencia a la

abrasión

buen comportamiento como aislante

eléctrico

elevada resistencia a sustancias

químicas

muy apropiado para ser barnizado

Procesable por soplado, inyección,

extrusión.

Transparencia y brillo con efecto lupa.

Excelentes propiedades mecánicas.

Barrera de los gases.

Biorientable-cristalizable.

Esterilizable por gamma y óxido de

etileno.

Costo/ performance.

Ranqueado N°1 en reciclado.

Liviano

5.4 DESVENTAJAS

Secado: Todo poliéster tiene que ser secado a fin de evitar pérdida de propiedades. La humedad del

polímero al ingresar al proceso debe ser de máximo 0.005%

Costo de equipamiento: Los equipos de inyección soplado con biorientación suponen una buena

amortización en función de gran producción. En extrusión soplado se pueden utilizar equipos

convencionales de PVC, teniendo más versatilidad en la producción de diferentes tamaños y formas.

Temperatura: Los poliésteres no mantienen buenas propiedades cuando se les somete a temperaturas

superiores a los 70 grados. Se han logrado mejoras modificando los equipos para permitir llenado en

caliente. Excepción: el PET cristalizado (opaco) tiene buena resistencia a temperaturas de hasta 230 ° C.

Intemperie: No se aconseja el uso permanente en intemperie.

6.5 CARACTERÍSTICAS DEL PET

Biorientación: Permite lograr propiedades mecánicas y de barrera con optimización de espesores.

Cristalización: Permite lograr resistencia térmica para utilizar bandejas termoformadas en hornos a

elevadas temperaturas de cocción.

Esterilización: El PET resiste esterilización química con óxido de etileno y radiación gamma

Alternativas ecológicas

Retornabilidad

Reuso de molienda

Fibras

Polioles para poliuretanos

Poliésteres no saturados

Envases no alimenticios

Alcohólisis/ Metanólisis

Incineración.

6.6 APLICACIONES

Envases: Fabricados por inyección o soplado con biorientación, por extrusión o soplado.

Láminas y películas: Fabricadas por extrusión plana o coextrusión por burbuja. Películas biorientadas.

Otros : Piezas de inyección, fabricación de plásticos de ingeniería usados para casos de alta exigencia

térmica, mecánica.

6.7 GLICEROLISIS

6.7.1 DEFINICIÓN:

La glicerolisis es el proceso de ruptura de un enlace químico con el uso de la glicerina. Estas reacciones

suelen ser catalizada por la adición de un ácido o base. Además es un caso especial de transesterificación.

El proceso puede ser utilizado para la síntesis de emulgentes o lipofílicas tensioactivos desde simples

ésteres, grasas, triglicéridos, carboxílicos anhídridos de ácido, o los ácidos grasos libres. El proceso se usa

para hacer monoglicéridos y diglicéridos, y, en casos raros, los polímeros (cuando los ácidos di carboxílicos

se utilizan).

6.7.2 CONDICIONES:

Las Condiciones óptimas de glycerolysis process were investigated using 2 to 3 moles glicerolisis proceso se

investigó mediante 2 a 3 moles of crude glycerols (containing NaOH catalyst about 2.8 gliceroles de crudo

(que contiene alrededor de 2,8 catalizador NaOH percents) in relation to palm stearin, subjecting the

porcentajes) en relación con la estearina de palma, sometiendo a la reaction mixture to a reaction temperature

from 180 to mezcla de reacción a una temperatura de reacción de 180 a 250 ° C for 15 to 90 minutes under

reduced pressure. 250 ° C durante 15 a 90 minutos a presión reducida. Up Hasta to 65.4 wt% of

monoglyceride can be reached under the 65,4% en peso de monoglicéridos se puede llegar a un marco de

optimum conditions.condición óptima. Glycerolysis of crude glycerol will

El aumento de la temperatura también ayuda en la transferencia de masa de los triglicéridos a la fase de

glicerol y a un ritmo más rápido de reacción. Sin embargo, debido a la la descomposición de algunos ácidos

grasos a altas temperaturas, un límite superior para las salidas de la temperatura. La práctica límite de

temperatura para glicerolisis grasa es de 260 ° C. El influencia del aire a cualquier temperatura por encima

de 200 ° C especialmente indeseable con el desarrollo de color, y aumento en el ácido y los valores de

peróxido de observar. Por lo tanto, la glicerolisis está cubierta con gas nitrógeno (carbono se evita con el

dióxido de catalizadores alcalinos), de lo contrario permite la oxidación problemas de sabor y color

Los factores que se investigaron fueron la reacción temperaturas, tiempos de reacción, y la proporción molar

de glicerol Estearina de palma. Las temperaturas de reacción fueron 180, 200, 230 y 250 ° C. Los tiempos

de reacción fueron de 15, 20, 30, 60 y 90 minutos. Las relaciones molares de glicerol de palma Estearina

fueron 2:1, 2.5:1 y 3:1

6.7.3 APLICACIONES:

Hay muchas aplicaciones comerciales para los mono y di glicéridos productos mixed mono- and diglycerides

products. mixtos. Mono- and Mono - y

diglycerides are edible and find use as emulsifiers in diglicéridos son comestibles y encontrar su utilización

como emulgentes en food and in the preparation of baked goods. alimentos y en la preparación de productos

horneados. A mixture of Una mezcla de mono-, di- and triglycerides is manufactured in large mono-, di-y

triglicéridos se fabrica en grandes quantities for use in superglycerinated shortenings. cantidades para su uso

en mantecas superglicerinato. Mono- and diglycerides are important modifying agents Mono-y diglicéridos son

importantes agentes modificadores in the manufacturing of alkyd resins, detergents and en la fabricación de

resinas alquílicas, detergentes y other surface-active agents [1]. otros agentes activos de superficie. Beside

bulk applications Además de aplicaciones a granel in the food and dairy industry, monoglycerides are used en

la industria de alimentos y lácteos, monoglicéridos se utilizan in the pharmaceutical and cosmetic industries

[4]. en la industria farmacéutica y cosmética

6.8 TRANSESTERIFICACION

6.8.1 DEFINICION:

Un esquema de reacción de transesterificación es la siguiente:

R 1 , R 2 , and R 3 in this diagram represent long that are too lengthy to include in the diagram. R 1, R 2 y R 3

en este diagrama representan larga cadenas de carbono que son demasiado largos para incluir en el

diagrama.

Animal and plant fats and oils are typically made of which are of free with the trihydric alcohol, . Las grasas

animales y aceites vegetales y se hacen típicamente de los triglicéridos que son ésteres de libre ácidos

grasos con el alcohol trihidroxílicos glicerol . In the transesterification process, the alcohol is with a base to

make it a stronger . En el proceso de transesterificación, el alcohol es desprotonada con una base para que

sea un fuerte nucleófilo . Commonly, ethanol or methanol are used. Comúnmente, el etanol o metanol se

usan. As can be seen, the reaction has no other inputs than the triglyceride and the alcohol. Como puede

verse, la reacción no tiene otras entradas de los triglicéridos y el alcohol. Normally, this reaction will proceed

either exceedingly slowly or not at all.

6.8.2 CONDICIONES:

El calor, así como un ácido o base se utilizan para ayudar a la reacción de avanzar más rápidamente. Es

importante tener en cuenta que el ácido o la base no se consumen por la reacción de transesterificación,

por lo que no son reactivos, pero si catalizadores.

Catalizador se disuelve en el alcohol con un agitador o mezclador estándar.

El alcohol / de la mezcla del catalizador se grava en un recipiente cerrado y la reacción biolipid

(aceite vegetal o animal o grasa), se añade. El sistema de aquí en adelante es totalmente

cerrado a la atmósfera para evitar la pérdida de alcohol.

La mezcla de reacción se mantiene justo por encima del punto de ebullición del alcohol (alrededor de 70 °

C, 158 ° F) para acelerar la reacción aunque algunos sistemas recomiendan la reacción tienen lugar en

cualquier lugar de la temperatura ambiente a 55 ° C (131 ° F) por razones de seguridad. Época

recomendada reacción varía de 1 a 8 horas; en condiciones normales la velocidad de reacción se

duplicará con cada aumento de 10 ° C en la temperatura de reacción. El exceso de alcohol se utiliza

normalmente para garantizar la conversión total de la grasa o aceite para sus ésteres.

6.8.3 APLICACIONES:

Uno de los primeros usos de la transesterificación de aceites vegetales (biodiesel) fue al poder-deber

vehículos pesados en el sur de África antes de la Segunda Guerra Mundial. El nombre de "biodiesel" se

ha dado a transesterificación de aceite vegetal para describir su uso como combustible diesel.

Fue patentado en la EE.UU. en la década de 1950 por Colgate, aunque transesterificación de biolipidos

puede haber sido descubierto mucho antes. En la década de 1940, los investigadores estaban buscando

un método para producir más fácilmente la glicerina, que se utilizó para producir explosivos de la

Segunda Guerra Mundial. Muchos de los métodos utilizados actualmente por los productores y los

caseros tienen su origen en la década de 1940 la investigación original.

La transesterificación de Biolipidos también se ha demostrado recientemente por investigadores

japoneses a ser posible utilizando una metodología de metanol supercrítico, por el que la temperatura

alta, los buques de alta presión se utilizan para catalizar físicamente el biolipido / reacción de metanol a

ésteres metílicos de ácidos grasos.

6.9 DEGRADACION DEL POLIETILENTEREFTALATO (PET)

Cuando se degrada el PET, suceden varias cosas, principalmente la formación de acetaldehído y

enlaces cruzados-("gel" o "de ojo de pez" la formación). Acetaldehyde is normally a colorless gas with a

fruity smell. El acetaldehído es normalmente un gas incoloro con un olor afrutado. It forms naturally in

fruit, but it can cause an off-taste in bottled water. Se forma de manera natural en la fruta, pero puede

provocar un fuera de sabor en el agua embotellada. Acetaldehyde forms in PET through the "abuse" of

the material. El acetaldehído formas en PET a través del "abuso" del material. High temperatures (PET

decomposes above 300°C or 572°F), high pressures, extruder speeds (excessive shear flow raises

temperature) and long barrel residence times all contribute to the production of acetaldehyde. Las altas

temperaturas (PET se descompone por encima de 300 ° C o 572 ° F), las altas presiones, velocidades

de extrusión (flujo de tensiones excesivas eleva la temperatura) y tiempo de residencia del cañón largo,

todo ello contribuye a la producción de acetaldehído.

La principal virtud de la PET es que es totalmente reciclable. A diferencia de otros plásticos, sus

cadenas de polímeros se pueden recuperar para el uso adicional. PET tiene un código de identificación

de resina de 1. PET puede ser semi-rígido a rígido, dependiendo de su grosor, y es muy ligero. Hace

una buena barrera contra la humedad, así como una buena barrera al alcohol (requiere adicionales

"barrera" de tratamiento) y disolventes.

Una de las características más importantes de la PET se conoce como IV (Viscosidad Intrínseca) El IV

del material depende de la longitud de sus cadenas de polímero. Cuanto más larga sea la cadena, el

más rígido sea el material, y por lo tanto cuanto mayor sea el IV. La longitud media de la cadena de un

lote particular de resina puede ser controlada durante la polimerización.

7 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL:

7.1 PREPARACION DE LA MUESTRA DE PET:

Lavar las botellas y secar al ambiente

Recortar lo más fino posible las botellas

7.2 CARACTERIZACION DE LOS REACTIVOS:

PET:

Análisis elemental

Espectroscopia infrarroja

Glicerina

Densidad e Índice de Refracción

Temperatura de Ebullición

7.3 DEGRADACION DEL PET MEDIANTE GLICEROLISIS:

En un balón de 3 bocas de 500 ml añadir 50 ml de glicerina y calentar a 150ºC

Una vez alcanzada la temperatura de 150ºC agregar 2g de Hidróxido de Potasio previamente secado

Observar que el KOH se haya consumido en su totalidad, inmediatamente agregar la muestra de PET

preparada anteriormente

Terminado este proceso armar un aparato de destilación , recoger todo lo que se pueda obtener de

destilado en un balón previamente pesado

Repetir el proceso anterior a 200ºC y a 250ºC respectivamente

7.4 CARACTERIZACION DE LOS PRODUCTOS DE LA DEGRADACION DEL PET

Realizar pruebas de:

Densidad e índice de refracción del destilado, compararlo con etilenglicol

Análisis de insaturaciones

Análisis Elemental

Espectroscopia Infrarrojo

8 MATERIALES Y REACTIVOS:

8.1 MATERIALES

Gradilla y Tubos de Ensayo varios volúmenes

2 Erlenmeyers de 250 mL

2 Vasos de precipitación de 250 mL

1 Balón tres bocas de 250mL

1 Balón esmerilado de 1 boca de 150 mL

2 refrigerantes

2 termómetros de -10 a 360 ºC

Adaptadores de Termómetros

Tapones de vidrio

1 Cabeza de Klaisen

1 Cola de Destilación

2 mangueras de latex

Refractómetro

Placa calefactora

8.2 REACTIVOS:

50 mL Glicerina 87%

2 g Hidróxido de Potasio (grano)

20 g de PET

Agua Destilada

9 RESULTADOS Y OBSERVACIONES

9.1 CARACTERIZACION DE LOS REACTIVOS:

PET:

Ensayos Preliminares:

Residuo negro

Vapores no inflamables

Vapores blancos de olor picante y dulce

Glicerina

Líquido incoloro, altamente viscoso de olor dulce.

Índice de refracción: 1,466

Densidad:

ρglicerina=23.7970−10.941221.1012−10.9412

=1.2653 g/ml

9.2 DEGRADACION DEL PET MEDIANTE GLICEROLISIS:

El proceso de degradación del Polietilentereftlato (PET) mediante la glicerolisis se realizó de forma experimental en

2 ocasiones debido a la pérdida del primer destilado por un accidente con el balón que lo contenía, durante el

segundo ensayo se presento las siguientes observaciones:

TEMPERATURA 150 ºC

Durante los 2 ensayos a 150 ºC cambia de coloración desde una tonalidad acuosa incolora y pasa a ser ámbar , se

mantiene constante la mezcla y el reflujo, el sistema empieza a desprender vapores.

TEMPERATURA 200 ºC

En este segundo paso no ocurren variantes con respecto al primero

TEMPERATURA 230-270 ºC

Debido a que se elevo de manera brusca la temperatura durante esta fracción se empezó apercibir la destilación de

un líquido incoloro, que luego de llegar a mantenerse constante a 270 ºC durante 2 horas, se han recolectado

únicamente 18 mL aproximadamente.

Para concentrar aun más el calor durante los calentamientos se aplico una manta de papel aluminio que

utilizamos para homogenizar el calor en el reactor

9.3 CARACTERIZACION DE LOS PRODUCTOS DE LA DEGRADACION DEL PET

DESTILADO:

Masa de destilado= 57, 76 g

% Rendimiento:

%R=MPET x PFETILENGLICOLM producto x PFPET

x 100

%R=20 g x 60 g /mol57 .76g x 192g /mol

x 100

%R=10 .82%

Índice de refracción

(destilado)(20 ºC)= 1,420

(etilenglicol) (20 ºC)= 1,4358

Pruebas Organolépticas:

Olor a plástico quemado

Incoloro

Ensayos Químicos

Temperatura de Ebullición: 82 ºC

RESIDUO:

Masa de residuo= 173.58 g.

Pruebas Organolépticas:

Color ámbar

Alta viscosidad

Pruebas Químicas:

Al añadir una solución acida de HCl se observa la formación de un precipitado color blanco al inicio,

que cambia si se añade mayo cantidad de acido, a un precipitado color café.

Al filtrarse la solución se obtienen un precipitado color café y el filtrado al estar en reposo se deposita

una masa color blanca.

10 INTERPRETACION DE RESULTADOS

Debido a los datos recolectados y las observaciones realizadas podemos decir que el líquido

destilado se trata de etilenglicol, debido a que los índices de refracción son similares y las

temperaturas de ebullición coinciden con este compuesto, si bien no son los mismos, ese dato se

da a causa de impurezas arrastradas en el proceso de destilación

El estudio de la composición del residuo es más complejo debido a la variedad de resultados

obtenidos, la reacción con el acido revela la formación de un precipitado blanco.

La alta viscosidad indica que aun existe restos de glicerina puesto que al enfriarse el sistema se

presenta un cuajo de color café ámbar parecido a la miel, que gelifica a temperatura ambiente.

El olor es característico a plástico quemado, lo que indica que el producto sufrió una

descomposición térmica antes de la ruptura química que generaría los reactivos de los cuales

formaban parte cuando era plástico.

11 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De manera cualitativa y cuantitativa se demostró que la temperatura influye de manera positiva a la

glicerolisis del PET.

Se preparo la muestra de PET, a partir de botellas desechables marcadas como PET 1, lavándolas y

recortándolas para poder utilizar el plástico

La caracterización del PET recolectado se realizo mediante pruebas físicas y quimicas

Se degrado el PET mediante glicerólisis a las diferentes temperaturas (150, 200 y 250 ºC),

obteniéndose los resultados descritos anteriormente

Parcialmente se caracterizar y determinar el rendimiento de los productos de la glicerólisis.

12 ANEXOS:

10/06/2010: Degradación Química del PET

Antes del Calentamiento

Durante 2 horas de calentamiento a 150ºC

23/06/2010 – 9/07/2010. Caracterización de los Productos

Precipitado después del ataque acido

Filtrado después del ataque acido

Ensayo con el acido clorhídrico en solución

Ensayo con el Acido clorhídrico concentrado

13 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA:

Internet:

1. BECERRA, Paola; Estudio Cinético de la degradación del Polietilen Tereftalato con Acido Fosfórico a

Diferentes Temperaturas, Tesis de Grado para obtener el titulo de Química, Abril 2007.

2. GLICERINA, Wikipedia, Consultado en el sito: http: Glicerina/wikipedia/com.doc, Mayo 2010

3. POLIETILENTEREFTALATO (PET), Wikipedia, consultado en el sitio http: PET/wikipedia/com.doc,

Mayo 2010

4. Gilbert, Arnold, Transterification, Wikipedia, consultado en el sitio: http:

Transterfification/wikipedia/com.doc, Mayo 2010