Guia do polietileno tereftalato (PET)

Aplicações em fibras

Nas primeiras fases de seu desenvolvimento, o PET era usado principalmente na produção de fibras sintéticas (cerca de 70% do consumo de PET).

O poliéster, conhecido pela alta resistência da fibra e pelo bom desempenho no uso, é atualmente a fibra sintética mais produzida. As fibras cortadas podem ser misturadas com algodão, lã ou linho para fabricar tecidos de vestuário ou de decoração, enquanto os filamentos servem para vestuário ou usos industriais, como tecidos filtrantes, lonas para pneus, paraquedas, correias transportadoras e cintos de segurança.

Aplicações fora das fibras

Além das fibras, o PET é usado sobretudo em três categorias: filmes e chapas, garrafas e plásticos de engenharia.

2.2.1 Filmes e chapas

Usados principalmente em embalagens de alimentos e medicamentos e em embalagens sanitárias atóxicas e estéreis; em embalagens de alto padrão para têxteis, instrumentos de precisão e componentes eletrônicos; como substrato de fitas de áudio e vídeo, filmes fotográficos e cinematográficos, discos, CDs e cartões magnéticos; e em filmes para capacitores, placas de circuito impresso flexíveis e teclados de membrana.

Os filmes de PET se destacam pela transparência, resistência a óleos, retenção de aromas, segurança higiênica e ampla faixa de temperatura de uso (servem tanto para esterilização em alta temperatura quanto para embalagens congeladas). Porém, têm baixa soldabilidade a quente e precisam ser combinados com outros filmes (camadas termossoldáveis), e o preço mais alto em relação aos filmes plásticos comuns limita seu uso em embalagens.

2.2.2 Garrafas

Como o PET atinge facilmente, por resfriamento rápido, um estado quase amorfo, altamente transparente e fácil de estirar, ele pode ser usado para produzir filmes de embalagem biorientados ou, a partir de pré-formas amorfas, garrafas de alta resistência e alta transparência por injeção-estiramento-sopro. O PET também pode ser extrudado ou soprado diretamente em recipientes ocos sem estiramento. As garrafas de PET têm alta transparência e boas propriedades de barreira, o que as torna adequadas para embalagens que preservam o frescor de produtos como cerveja, bebidas destiladas, refrigerantes, óleo comestível, alimentos, condimentos, medicamentos, cosméticos e suplementos.

2.2.3 Plásticos de engenharia

Os tipos de PET reforçado são usados principalmente nas seguintes áreas:

• EletroeletrônicosConectores, carretéis de bobinas, invólucros de circuitos integrados, de capacitores e de transformadores, peças de TV, sintonizadores, interruptores, carcaças de temporizadores e relés.
• Peças automotivasTampas de caixas de distribuição, válvulas, peças de escapamento, tampas de distribuidor, carcaças de pequenos motores elétricos, componentes estruturais como carcaças de retrovisores e componentes elétricos como refletores de faróis.
• Peças mecânicasEngrenagens, cames, carcaças de bombas, polias, estruturas de motores, peças de relógios, carcaças de motores, conectores elétricos, relés, interruptores, peças internas de fornos de micro-ondas etc.
• Aplicações industriaisCarcaças de bombas, ferramentas manuais e materiais para zíperes. O PET é o material de zíper de terceira geração, depois da PA e do POM, e pode ser usado em especificações largas e estreitas.

Transesterificação (processo DMT)

Nesse processo, o tereftalato de dimetila (DMT) reage com o etilenoglicol (EG) em uma reação de transesterificação, seguida de policondensação para formar o PET. No início, a pureza do monômero PTA não era alta e ele era difícil de purificar, o que impossibilitava produzir PET de qualidade por policondensação direta. Por isso, o TPA impuro reagia primeiro com metanol para formar tereftalato de dimetila (DMT), mais fácil de purificar. O DMT de alta pureza (≥ 99,9%) reage então com o EG por transesterificação para produzir BHET, que em seguida é polimerizado em PET.

Esterificação direta (processo PTA)

Nesse método, o ácido tereftálico de alta pureza (PTA) ou de média pureza (MTA) reage diretamente com o etilenoglicol (EG) para formar o poliéster por esterificação e policondensação. O método se desenvolveu rapidamente depois que a Amoco conseguiu purificar o ácido tereftálico bruto em 1965, e a produção de PET cresceu na mesma proporção.

Com o PTA como matéria-prima, a produção do polímero PET envolve duas reações principais: primeiro, o PTA reage com o EG em uma esterificação que produz o tereftalato de bis(2-hidroxietila) (BHET); depois, o BHET passa por policondensação na presença de um catalisador e forma o PET.

Por suas várias vantagens sobre o processo DMT — menor consumo de matérias-primas, sistema de recuperação de EG menor, ausência de metanol como subproduto, produção mais segura, fluxo de processo mais curto, menor investimento, menores custos de utilidades e de produção, taxas de reação mais regulares e controle de produção mais estável —, a maior parte da capacidade mundial de produção de PET usa hoje o processo PTA.

Adição de óxido de etileno (processo EO)

Como o etilenoglicol é produzido a partir do óxido de etileno (EO), o PET também pode ser obtido fazendo o EO reagir diretamente com o PTA para formar BHET, seguido de policondensação. Esse método é chamado de adição de óxido de etileno.

O processo elimina a etapa de produção de etilenoglicol a partir do EO, o que reduz custos e acelera a reação, tornando-o superior à esterificação direta. No entanto, o EO sofre facilmente abertura de anel, formando poliéteres, e gera muito calor de reação (cerca de 100 kJ/mol); além disso, é um gás à temperatura ambiente que se decompõe termicamente com facilidade, o que dificulta transporte e armazenamento. Por isso, o método ainda não foi amplamente adotado.

Modificação do PET com cargas

A modificação com cargas é uma das formas mais diretas e eficazes de melhorar de modo global as propriedades do material, usando componentes inorgânicos totalmente diferentes da matriz polimérica.

PET modificado com nanopartículas

A pesquisa sobre compósitos de PET modificado com nanopartículas já está bastante madura. Ke et al. modificaram o PET com argila lamelar e obtiveram nanocompósitos de PET/argila por polimerização por intercalação. Os resultados mostraram que, com 5% em massa de argila, a temperatura de deflexão térmica do compósito aumentou cerca de 20 °C a 50 °C em relação ao PET puro, e o módulo do compósito dobrou em relação ao PET.

PET modificado com fibra de vidro

Em comparação com as nanopartículas, a fibra de vidro (FV) micrométrica tem grandes vantagens de custo e controlabilidade, o que a torna amplamente usada na modificação de materiais poliméricos com cargas.

Modificação do PET por blendas

Dois ou mais polímeros, entre eles o PET, são misturados em proporções adequadas, sob condições específicas de temperatura e tensão de cisalhamento, para formar ligas ou blendas poliméricas com novas propriedades. A compatibilidade entre os polímeros é o ponto-chave na preparação desses materiais.

PET modificado com poliolefinas

O PET e o PE têm estruturas químicas muito diferentes e são incompatíveis. Blendas binárias simples dos dois mostram que, para melhorar a resistência ao impacto do PET por meio de blendas, é necessária a compatibilização. Em blendas de PEAD/PET, a resistência ao impacto melhora com a adição de EVA e EAA.
Quando o PET é misturado ao PP, a liga resultante reúne as vantagens dos dois e melhora as propriedades: o PET aumenta a resistência ao calor do PP, e o PP reduz a sensibilidade do PET à umidade. Sem compatibilizantes, as blendas de PET/PP apresentam fraca adesão interfacial e propriedades mecânicas ruins.

O PET/PS também é um sistema incompatível e exige um compatibilizante para que a blenda seja compatível. Pesquisas mostram que adicionar o copolímero de estireno e metacrilato de glicidila P(S-GMA) como compatibilizante reativo ao sistema PET/PS resulta em boa adesão interfacial e melhores propriedades mecânicas no sistema PET/PS/P(S-GMA).

PET modificado com poliésteres

O PBT é um plástico de engenharia relativamente novo, que se desenvolveu rapidamente na década de 1970. Cristaliza mais rápido que o PET e tem boa tenacidade e moldabilidade, mas resiste menos ao calor que o PET e é mais caro. Segundo a Teijin, adicionar 0,5% de talco como agente nucleante à blenda de PET e PBT resulta em uma blenda com boa resistência ao impacto e baixa contração de moldagem.

O PC tem excelentes propriedades mecânicas, boa tenacidade e alta temperatura de transição vítrea, mas baixa fluidez e baixa resistência ao envelhecimento. Misturar PET com PC melhora a resistência ao impacto. A blenda de PET e PC já é produzida industrialmente fora da China e é amplamente usada em peças automotivas.

PET tenacificado com elastômeros

O ABS é um dos polímeros mais usados: além de boa tenacidade, tem desempenho global superior ao do PSAI. Misturar PET com ABS melhora a resistência ao impacto do PET.

As pesquisas mostraram que a massa molar do PET na blenda é muito sensível à temperatura de processamento. A hidrólise da cadeia do PET está relacionada aos resíduos de catalisador presentes no ABS. A redução da massa molar do PET causa grande perda de resistência ao impacto e de alongamento na ruptura, mas não afeta o módulo nem a resistência à flexão.

Vantagens da extrusora de dupla rosca USEON na modificação do PET

• Mistura e dispersão eficientesA extrusora de dupla rosca corrotante USEON oferece alto torque e excelente capacidade de mistura e dispersão, garantindo a distribuição uniforme de aditivos, cargas e reforços na matriz de PET e melhorando a uniformidade e o desempenho do material.
• Controle preciso de temperaturaEquipada com sistema de controle de temperatura de fornecedores europeus, a extrusora de dupla rosca corrotante USEON permite controlar com precisão as temperaturas de processamento, garantindo que o material seja processado na temperatura ideal e evitando a degradação.
• Alta flexibilidadeO projeto modular da extrusora de dupla rosca corrotante USEON permite combinar e ajustar com flexibilidade os elementos de rosca conforme as exigências de processamento de cada material, com grande adaptabilidade a diferentes processos.
• AutolimpezaA extrusora de dupla rosca corrotante USEON tem boa capacidade de autolimpeza, o que reduz as paradas para limpeza e aumenta a eficiência da produção.

Reciclagem química de PET

A síntese do PET envolve inicialmente a reação de condensação do ácido tereftálico purificado (PTA) com o etilenoglicol (EG), ou a transesterificação do tereftalato de dimetila (DMT) com o EG, resultando no tereftalato de bis(2-hidroxietila) (BHET), que em seguida passa por policondensação entre diésteres.

A essência da reciclagem química de garrafas PET é a reação de despolimerização do PET, que, sob determinadas condições, degrada o PET completamente em monômeros, como PTA, DMT, BHET e EG, ou parcialmente em oligômeros. Os reagentes mais comuns na despolimerização do PET são a água (hidrólise), o metanol (metanólise) e o EG (glicólise).

Vantagens

• Os resíduos de PET podem ser decompostos em monômeros e/ou oligômeros e outros produtos químicos.
• Em comparação com outros métodos de reciclagem, segue plenamente o princípio da “sustentabilidade”.
• O PET repolimerizado a partir dos monômeros recuperados atinge a massa molar (viscosidade intrínseca) exigida.
• Fluxos de resíduos contaminados e muito complexos podem ser reciclados em produtos que atendem às especificações exigidas.
• Na reciclagem química do PET, a processabilidade dos produtos finais, como imprimibilidade e tingibilidade, pode atingir os níveis esperados.
• Os produtos de PET não amarelam durante a reciclagem química.

Desvantagens

• O custo de produção da despolimerização química do PET é maior que o da produção direta de PET; sem incentivos econômicos, o PET reciclado quimicamente sai mais caro.
• É preciso produzir em grande escala para que o processo seja viável e economicamente vantajoso.

Reciclagem física de PET

A reciclagem física é o processo que transforma produtos de PET descartados em flakes de PET profundamente limpos, por meio de moagem, triagem, lavagem e secagem. Esses flakes são então plastificados e granulados para virar grãos (chips) de PET, que são moldados termoplasticamente em garrafas de PET reciclado.

A viscosidade intrínseca (VI) exigida para o sopro de PET não deve ser inferior a 0,74 dl/g. No entanto, a qualidade das garrafas PET pós-consumo cai durante a reciclagem, e a viscosidade intrínseca costuma diminuir na extrusão no estado fundido. Por isso, normalmente é necessária uma policondensação em estado sólido (SSP) ou um aumento de viscosidade na fase fundida para elevar a massa molar do PET e atender às exigências do sopro.

Vantagens

• Tecnologia de processamento simples; baixo custo de investimento.
• Impacto ambiental negativo mínimo.

Desvantagens

• A complexidade dos contaminantes dificulta a reciclagem física do PET.
• A descoloração e a perda de desempenho dos resíduos de PET a cada ciclo de reciclagem são os principais problemas da reciclagem física.
• A formação de oligômeros cíclicos e lineares durante a reciclagem física pode reduzir a imprimibilidade e a tingibilidade do produto final.
• O PET reciclado fisicamente tende a amarelar devido a reações de reticulação intramolecular e de oxidação.

Atualmente, a tecnologia de reciclagem física consiste principalmente na extrusão com degasagem e no aumento de viscosidade de flakes de garrafas PET, produzindo pellets de PET reciclado superlimpos. O grau de limpeza depende em grande parte de parâmetros de processo como temperatura, pressão, fluxo de ar e tempo de residência.

Comprometida com o desenvolvimento sustentável, a USEON está na vanguarda das soluções circulares desde 2008. Hoje, a USEON é a primeira empresa da China a reciclar produtos de PET com tecnologia de dupla rosca, sem cristalização nem secagem. Depois de ampla experiência prática, o processo mantém a queda da viscosidade intrínseca abaixo de 0,03 dl/g, permitindo a reciclagem primária de resíduos de PET.

Até junho de 2024, a USEON já havia instalado 130 linhas de reciclagem de PET e granulação para clientes no mundo todo, abrangendo diversas soluções de reciclagem de PET, como flakes de garrafas, resíduos de tecidos, fios, filmes e chapas. Entre elas, a tecnologia bottle-to-bottle pode reciclar 2 milhões de toneladas de garrafas de bebidas por ano, economizando 70 milhões de quilowatts-hora de eletricidade.