Espectroscopia NIR en la industria de los polímeros: la herramienta ideal para el control de calidad y la detección de productos: parte 3

14 jun. 2021

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Este artículo es Parte 3 de una serie.

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Tereftalato de polietileno (PET): una breve introducción

El PET es un plástico muy común, que se encuentra principalmente en nuestras vidas como botellas de PET y como material de envasado de alimentos. En este artículo, aprenderá cómo la espectroscopia NIR puede mejorar la eficiencia de su análisis de PET en diferentes pasos a lo largo del ciclo de producción. Antes de adentrarnos en esto, presentemos algunos antecedentes sobre el PET.

Tereftalato de polietileno (PET)

El tereftalato de polietileno (PET) es un polímero termoplástico de uso general que pertenece a la familia de los poliésteres. Las resinas de poliéster son conocidas por su excelente combinación de propiedades como la resistencia mecánica, térmica y química, así como la estabilidad dimensional.

Figure 1. Estructura molecular del PET lineal.

El PET es uno de los termoplásticos más reciclados y tiene como símbolo de reciclaje el número 1. El PET reciclado se puede convertir en fibras, telas, láminas para embalaje y para la fabricación de piezas de automóviles. El PET es una resina altamente flexible, incolora y semicristalina en su estado natural. Dependiendo de cómo se procese, puede ser semirrígido a rígido. Presenta buena resistencia al impacto, humedad, alcoholes y solventes.

La fórmula química del PET es (C₁₀H₈O₄)_norte y su estructura molecular se muestra en Figura 1.

Figure 2. Estructura molecular del ácido isoftálico.

Además del PET lineal, también existe una versión ramificada del polímero. El PET ramificado normalmente se mezcla con un pequeño porcentaje de ácido isoftálico (C₈H₆O₄), porque el ácido isoftálico purificado (PIA, Figura 2) reduce la cristalinidad del PET, sirviendo para mejorar su claridad y aumentar la productividad de los procesos de fabricación de botellas.

El dietilenglicol (DEG) como aditivo también reduce la tasa de cristalización del PET cuando cristaliza a partir de la masa fundida, isotérmica y dinámicamente.

Las propiedades y ventajas clave de la resina PET son numerosas:

muy fuerte y ligero, y por lo tanto fácil y eficiente de transportar
tiene buenas propiedades de barrera contra los gases (oxígeno, dióxido de carbono) y la humedad, lo que significa una baja permeabilidad a los gases (particularmente frente al CO₂)
exhibe excelentes propiedades de aislamiento eléctrico
amplio rango de temperatura de uso (-60 a 130 °C)
alta temperatura de distorsión térmica (HDT)
adecuado para fines de aplicación transparentes
prácticamente resistente a los golpes: el PET no se rompe ni se fractura y se usa para reemplazar el vidrio en algunas aplicaciones
material reciclable
transparente a la radiación de microondas
muy resistente a los alcoholes, hidrocarburos alifáticos, aceites, grasas y ácidos diluidos
moderadamente resistente a los álcalis diluidos, hidrocarburos aromáticos y halogenados
PET está aprobado como seguro para el contacto con alimentos y bebidas por la FDA, Health Canada, EFSA y otras agencias de salud.

¿Para qué se utiliza el tereftalato de polietileno (PET)?

El tereftalato de polietileno se usa en varios tipos de aplicaciones de empaque, como se muestra en figura 3. Debido a su resistencia, peso ligero y muchas otras propiedades atractivas, el PET se destaca como material de envasado de alimentos.

Figure 4. El PET constituye una parte importante del tejido de poliéster producido.

El poliéster constituye casi dos tercios de las fibras sintéticas producidas. Hay muchos tipos diferentes de poliéster, pero el tipo que se produce con mayor frecuencia para su uso en textiles es el PET. Cuando se usa en una tela, se suele denominar «poliéster» o «poli» (Figura 4). Este material cuesta muy poco de producir, lo que es el principal impulsor de su uso en la industria textil.

Aproximadamente el 60 % de la producción mundial de PET se utiliza para fabricar fibras para textiles, mientras que alrededor del 30 % se utiliza para fabricar botellas para diversos fines. Su capacidad para reciclarse es especialmente atractiva para los fabricantes que buscan ahorrar costos y operar de una manera más ecológica.

Figure 5. El PET se utiliza a menudo en la fabricación de diversas piezas de automóviles.

En En la industria electrónica, el PET es elegido para reemplazar materiales menos ideales debido a sus excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y resistencia a la distorsión incluso a altas temperaturas. El PET también se utiliza para fabricar muchas piezas en el industria automotriz (Figura 5).

NIRS como herramienta para evaluar la calidad del PET

Durante más de 30 años, la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) ha sido un método establecido para el control de calidad rápido y confiable dentro de la industria del PET. A pesar de esto, muchos productores aún no consideran de manera consistente la implementación de NIRS en sus laboratorios de QA/QC. La experiencia limitada con respecto a las posibilidades de aplicación o una vacilación general sobre la implementación de nuevos métodos son algunas de las razones detrás de esto.

Las ventajas de utilizar la espectroscopia NIR para QA/QC son numerosas. Una de las principales ventajas de NIRS es la determinación de múltiples parámetros en tan solo 30 segundos con sin preparación de muestras! La interacción luz-materia no invasiva utilizada por NIRS, influenciada por las propiedades físicas y químicas de la muestra, hace que NIRS sea un método adecuado para la determinación de varios parámetros críticos de calidad en estos polímeros y muchos más.

En el resto de este artículo, se presenta una breve descripción general de las aplicaciones de PET, seguida de las soluciones llave en mano disponibles para PET, desarrolladas de acuerdo con las pautas de implementación de NIRS de ASTM E1655.

Para obtener información más detallada sobre NIRS como técnica secundaria, lea nuestras publicaciones de blog anteriores sobre este tema.

Beneficios de NIRS: Parte 1

Beneficios de NIRS: Parte 2

Beneficios de NIRS: Parte 3

Beneficios de NIRS: Parte 4

Aplicaciones y parámetros para PET con NIRS

Durante la producción de PET es importante verificar ciertos parámetros para garantizar la calidad. Estos parámetros incluyen la contenido de dietilenglicol, contenido de ácido isoftálico, viscosidad intrínseca (ASTM D4603), y el número de ácido (AN). La determinación de estos parámetros es un proceso largo y desafiante debido a la solubilidad limitada de la muestra y la necesidad de utilizar diferentes métodos analíticos.

Las aplicaciones más relevantes para el análisis NIRS de PET se enumeran en tabla 1.

Polímero	Parámetro	Notas de aplicación de NIRS relacionadas
Tereftalato de polietileno (PET)	Dietilenglicol, Viscosidad intrínseca, Numero de acido, ácido isoftálico	AN-NIR-023

¿Dónde se puede utilizar NIRS en el proceso de producción de PET?

Figura 6 muestra los pasos de producción individuales desde el productor de plástico pasando por el compuesto de plástico y el convertidor de plástico hasta el productor de piezas de plástico. El primer paso en el que se pueden utilizar instrumentos de laboratorio de infrarrojo cercano es cuando se producen polímeros puros como el PET y es necesario confirmar su pureza. NIRS también es una técnica muy útil durante el siguiente paso en el que los polímeros se combinan en productos intermedios que se utilizarán para su procesamiento posterior.

Fácil implementación de la espectroscopia NIR para productores de plástico

Metrohm tiene una amplia experiencia en el análisis de PET y ofrece una solución llave en mano en forma de Analizador de polímeros DS2500 (Figura 7). Este instrumento es una solución lista para usar para determinar múltiples parámetros de calidad en PET.

Ejemplo de aplicación: Precalibraciones disponibles para la industria del PET en el analizador de polímeros DS2500

Debido a la solubilidad limitada del tereftalato de polietileno y la necesidad de utilizar varios métodos analíticos diferentes, la determinación de los parámetros enumerados en Tabla 2 es un proceso largo y desafiante con técnicas de laboratorio convencionales.

**Tabla 2.** Método primario vs. NIRS para la determinación de diversos parámetros de calidad en muestras de PET.
Parámetro	Método principal	Tiempo hasta el resultado (método principal)	Beneficios NIRS
Contenido de dietilenglicol	Extracción + HPLC-MS	45 minutos preparación + 40 min. MS-HPLC	Los cuatro parámetros se miden simultáneamente en un minuto, sin preparación de muestras ni necesidad de reactivos químicos
Contenido de ácido isoftálico	Disolver + HPLC	45 minutos preparación + 40 min. HPLC
Viscosidad intrínseca	Disolver + viscosímetro	90 minutos preparación + 1 min. viscosímetro
Índice de acidez	Disolver + Titulación	90 minutos preparación + 10 min. titulador

los Modelos de predicción NIRS creados para PET se basan en una gran colección de espectros de productos reales y se desarrollan de acuerdo con Prácticas estándar de ASTM E1655 para análisis cuantitativo multivariante infrarrojo. Para obtener información más detallada sobre este tema, descargue el libro blanco gratuito.

White Paper: Espectroscopia de infrarrojo cercano: análisis cuantitativo según la norma ASTM E1655

Para obtener más información sobre las precalibraciones para PET, descarga nuestro folleto y visite nuestra página web dedicada.

Folleto: Control de calidad de los polímeros (PE, PP, PET, poliamida): resultados rápidos con precalibraciones NIR

Precalibración para PET

El resultado de esta solución llave en mano para la determinación rápida y no destructiva de los parámetros clave de calidad para PET enumerados en Tabla 2 se muestra en Figura 8.

Esta solución demuestra la viabilidad de la espectroscopia NIR para el análisis de múltiples parámetros en PET en menos de un minuto sin preparación de muestras ni uso de reactivos químicos. Conoce más sobre el procedimiento en nuestro Nota de aplicación gratuita:

Control de calidad del PET: determinación del dietilenglicol, el ácido isoftálico, la viscosidad intrínseca y el índice de acidez en un minuto con NIRS

Otras entregas de esta serie

Este artículo es una descripción detallada del uso de la espectroscopia NIR como la herramienta de control de calidad ideal para el análisis de tereftalato de polietileno (PET). Otras entregas de esta serie están dedicadas a:

Descripción general de NIRS en la producción de polímeros

Polietileno y Polipropileno (PE & PP)

Poliamida (PA)

Polioles e Isocianatos para producir Poliuretano (PU)

Más información sobre las soluciones de espectroscopia proporcionadas por Metrohm

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¿Para qué se utiliza el tereftalato de polietileno (PET)?

NIRS como herramienta para evaluar la calidad del PET

Aplicaciones y parámetros para PET con NIRS

¿Dónde se puede utilizar NIRS en el proceso de producción de PET?

Fácil implementación de la espectroscopia NIR para productores de plástico

Ejemplo de aplicación: Precalibraciones disponibles para la industria del PET en el analizador de polímeros DS2500

Tabla 2. Método primario vs. NIRS para la determinación de diversos parámetros de calidad en muestras de PET.

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