PET. Trabajo Final Fenomenos

2012

Luz Cecilia Ariza Pertúz

Alejandra Margarita Blanco Rojas

Lina Angélica Doce Domínguez

P.E.T

, Diciembre 06 de 2012.

El PET, Botella fenomenal

Luz Cecilia Ariza Pertúz

Alejandra Margarita Blanco Rojas Lina Angélica Doce Domínguez

Ing. SigifredoJose Cervera Cahuana

Docenteacadémico.

Universidad del Atlántico

Facultad de Ingeniería.

Ingeniería Química.

Barranquilla, Colombia.

6 de diciembre de 2012


INDICE

Pág.

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………...1

OBJETIVOS .......................................................................................................................2

1. El negocio del agua .................................................................................................3

2. Elaboración de botellas plásticas ............................................................................3

2.1. Materias Primas ................................................................................................4

2.2. Fabricación…………………………………………………………………………….5

2.2.1. Transporte de materias primas a los equipos de extrusión y soplado…………..5

2.2.2. Extrusión y soplado………………………………………...…………………………5

2.2.3. Envasado integral……………………………………………………………………..6

3. Preliminares Históricos (PET)……………………………...…………………………….7

4. Propiedades y características……………………………………………………………8

4.1. Propiedades……………………………………………………………………………8

4.2. Desventajas……………………………………...…………………………………….9

4.3. Ventajas………………………………………………………………………………..9

4.4. Características……………………………………………………………………….10

5. Formación del Ftalato de polietileno…………………………………………………...10

5.1. Producción del P-Xileno…………………………………………………………….10

5.1.1. Desalación……………………………………………………………………………11

5.1.2. Refinación…………………………………………………………………………….11

5.1.3. Reformado……………………………………………………………………………11

5.1.4. Mezclado……………………………………………………………………………...12

5.2. Polimerización………………………………………………………………………..12

6. Aditivos y plastificantes………………………………………………………………….14

7. Peligros de la producción del PET……………………………………………………..16

8. Costos totales de producción del PET…………………………………………………16

9. ¿Tienen un riesgo tóxico los envases de agua embotellada?................................17

10. Antimonio y sus generalidades…………………………………………………………18

10.1. ¿Qué le sucede al antimonio cuando entra al medio ambiente?......................18

10.2. ¿Cómo se puede estar expuesto al antimonio?................................................18

10.3. ¿Cómo puede afectar el antimonio a la salud?.................................................18

10.4. Concentración máxima permisible del antimonio en las botellas de PET…….19

11. Se plantea un modelo para hallar difusión de la concentración de antimonio en la

botella de PET……………………………………………………………………………20

11.1. Primer cambio de situación…………………………………………………………20

11.2. Segundo cambio de situación……………………………………………..……….29


11.3. Tercer cambio de situación…………………………………………………………33

12. Análisis y discusión de resultados…………………………………………………..35

CONCLUSIÒN.…………………………………………………………………………………....36

BIBLIOGRAFÍA.…………………………………………………………………………………...37


1

INTRODUCCION

Muchos de los materiales que utilizamos y desechamos cotidianamente son plásticos.

Los plásticos pertenecen a una categoría de materiales más amplia que son los

polímeros, los cuales se caracterizan por ser moléculas muy grandes y se forman como

resultado de la unión química de muchas moléculas pequeñas (monómeros). La unión de

los monómeros en forma consecutiva da lugar a la formación de cadenas de cientos o

miles de moléculas.

Las propiedades de los polímeros son completamente diferentes a las de los

monómeros que los formaron originalmente, debido, justamente, a que son moléculas

extremadamente grandes.

En el presente trabajo se dará a conocer una de estas macromoléculas, el

polietilentereftalato o PET, sus generalidades, usos en la fabricación de envases plásticos

y la forma como estos inciden en la vida y salud humana.


2

OBJETIVOS

Objetivo general:

Conocer las implicaciones que puede causar el antimonio, utilizado en la fabricación de

los envases PET, en la salud humana.

Objetivos específicos

1. Determinar las propiedades que caracterizan al PET.

2. Identificar el proceso de producción de los envases PET.

3. Analizar el comportamiento que tiene la botella PET con el producto que contenga en

su interior.

4. Reconocer las materias primas y los aditivos que conforman los envases PET y de

donde provienen.


3

1. El negocio del agua.

A mediados del siglo XX, si alguien hubiese propuesto montar una empresa para vender

agua, lo más seguro es que habría sido objeto de burlas. No obstante, al finalizar el siglo

la venta de agua embotellada era y es, cada vez más, un prospero negocio en todo el

mundo; se ha convertido en una de la bebidas más solicitadas por el público.

Las ventas mundiales de agua embotellada se estimaban (en el año 2001) en 22.000

millones de dólares, para un volumen cercano a los 90.000 millones de litros anuales. En

el año 2004, el consumo superaba los 120.000 millones de litros. El mercado mundial de

agua embotellada es dominado por las transnacionales Danone, Nestlé, Coca-Cola y

PepsiCo.1

2. Elaboración de Botellas Plásticas.

En torno al 85% del agua envasada que se comercializa en el mundo lo hace en

envases de plástico.

Los materiales plásticos destinados a envases y embalajes deben presentar las

siguientes propiedades o características:

Baja densidad:supone bajo peso específico y ello implica costes razonables para

el transporte y distribución.

Flexibilidad:soporta grandes esfuerzos sin llegar a fractura, recobrando algunos

sus dimensiones originales.

Resistencia a la fatiga: algunos plásticos resisten esfuerzos dinámicos severos.

Bajo coeficiente de fricción: eliminando el uso de lubricantes en determinadas

aplicaciones.

Baja conductividad térmica: que puede ser positivo a la hora de controlar las

variaciones de las temperaturas exteriores.

Resistencia a la corrosión:producida por la humedad, oxígeno, ácidos débiles o

soluciones salinas.

Resistencia al impacto:especialmente cuando se le ha mejorado con la

incorporación de determinados aditivos.

[1] Brugés, P.J., “Venenos en el hogar”. universidad Santo Tomás. capítulo 5. pág. 205.


4

Propiedades ópticas:existen plásticos transparentes, translúcidos y opacos, que

se obtienen mediante la adición de pigmentos o colorantes.

Integración del diseño: los procesos de producción del plástico permiten una

gran versatilidad.

Economía: la materia prima necesaria para su fabricación es relativamente

barata.

Higiene: un diseño adecuado en cuanto a materias primas y hermeticidad lo

convierten en altamente higiénico.

Seguridad:no suele plantear problemas de cortes u otras lesiones para el

consumidor.

Sin embargo, no todo son ventajas. También presentan inconvenientes, como:

Baja resistencia a temperaturas elevadas: pudiendo llegar a fundir o deformar

el material, con la consiguiente pérdida de propiedades.

Deterioros en la superficie: la mayoría de los termoplásticos pueden rayarse

con objetos duros.

Resistencia variable a la abrasión: dependiendo de las condiciones de uso.

Inflamabilidad: todos los plásticos son combustibles, en mayor o menor medida.

Deformación térmica: los plásticos cambian sus dimensiones debido a cambios

de temperatura.

Orientación: las moléculas de los plásticos tienden a alinearse en la dirección en

que fluye el material durante el proceso de fabricación.

2.1. Materias Primas.

Existen más de 30 tipos de plásticos utilizados para la fabricación de envases, pero los

más comunes son lo que se citan a continuación:

Poliolefinas:

- Polietileno (PE): - de baja densidad (LDPE/ PEBD)

-Lineal de baja densidad (LLDPE)

- De alta densidad (HDPE/PEAD)

- De peso molecularultraelevado (UHMW-PE)

- De muy baja densidad (VLPE)


5

- De densidad ultrabaja (ULDPE)

- modificados: - entrecruzados

- ionómeros

- clorados

- copolímeros

- Polipropileno (PP)

- Copolímeros (EVA, EVOH, PVA…).

Poliésteres (PET, PETG, PBT, PEN)

Poliamidas (PA)

Polímeros vinílicos (PVC, PVdC)

Policarbonatos.2

2.2. Fabricación.

La fabricación de las botellas plásticas consta de las siguientes etapas:

2.2.1. Transporte de materias primas a los equipos de extrusión y soplado.

La materia prima en forma de granzas es depositada en una tolva tronco-piramidal,

construida en acero inoxidable. Desde la base de la tolva, las granzas son transportadas

hasta los equipos de extrusión por medio de un tornillo sinfín, construido en acero

inoxidable.

2.2.2. Extrusión y soplado.

El proceso de extrusion soplo es en una sola etapa. Aquí no existe la inyeccion, sólo es

aire, y por medio de una tira de plástico se determina la longitud que debe tener para que

cuando cierre el molde, se inicie el proceso de inyectar aire para que la resina empiece a

tomar la forma del molde que la contiene.

1. Partiendo de

un tubo o línea de

forma continua.

2. Éste es cortado y

aprisionado por un molde

refrigerado.

[2] Cervera, F.A.,” Envase y Embalaje, la venta silenciosa”. Editorial ESIC. España. 2da edición. Capítulo 3. pág. 166.


6

3. Y mediante la

introducción de aire

comprimido en su

interior.

4. Se le obliga a

adquirir la forma del

molde que lo contiene.

5. En otra fase, se expulsa

la botella.

6. Terminado este ciclo,

pasa a la estación de

“desbardado” donde se le

desprende de los sobrantes,

automática y manualmente.

2.2.3 Envasado integral.

El sistema de llenado de envases es por gravedad a nivel apropiado para productos muy

finos. La máquina tiene un pequeño depósito, construido en acero inoxidable, en la parte

superior.

Los envases llegan por la cinta transportadora y un

tornillo de selección los distribuye en la entrada.

Mediante la estrella de entrada se reparten a la

plataforma giratoria; esta consta de unos soportes

sobre los que se colocan los envases. Los soportes

elevan los envases hasta que se colocan el grifo

correspondiente de la llenadora en el interior del

envase. El llenado se realiza hacia las paredes. El

movimiento se produce por medio de un motor-

variador electrónico de velocidad, previsto de embargue automático.

Junto con la llenadora e integrada a la misma estructura se encuentra la taponadora de

envases. Una estrella situada a la salida de la llenadora es la encargada se sincronizar el

funcionamiento de las maquinas.

La taponadora que consta de cabezales roscadores regulables, lleva acoplada un

alimentador de tapones de plástico. El equipo capsulador está compuesto de tolva de

tapones, disco distribuidor, rampa de bajada y disco de cierre.


7

Una vez que el envase este cerrado no es necesario que permanezca en un ambiente

aséptico. Los envases, por medio de una cinta transportadora, salen de la cabina de

envasado y son conducidos hasta la etiquetadora.3

3. Preliminares Históricos (PET).

Los químicos británicos John RexWhinfield y James TennantDickson, empleados de la

CalicoPrinter’sAssociation de Manchester patentaron el "poli (etilentereftalato)" (también

llamado PET o PETE) en 1941 al continuar las primeras investigaciones de Wallace

Carothers.

El PET tiene sus orígenes en escritos de 1929 de Wallace Carothers. Sin embargo,

DuPont eligió concentrarse en la investigación del Nylon, que era más prometedora.

John RexWhinfield y James TennantDickson observaron que Carothers no había

investigado el poliéster formado a partir de etilenglicol y ácido tereftalico. Winfield y

Dickson junto con los inventores W.K. Birtwhistle y C.G.Ritchie crearon la primera fibra de

poliéster llamada Terylene en 1941, fabricada por primera vez por Imperial Chemical

Industries o ICI. La segunda fibra de poliéster fue el Dacron de DuPont. El poli

(etilentereftalato), por tanto, es la base de fibras sintéticas como poliéster Dacron y

Terylene.

Según DuPont "al final de la década de 1920, DuPont estaba en competencia directa con

la empresa británica Imperial Chemical Industries". DuPont e ICI acordaron en octubre de

1929 compartir información sobre patente e investigaciones. En 1952 la alianza de

compañías se disolvió. Cuando DuPont retomo su investigación del poliéster ICI había

patentado el poliéster Terylene, para el cual DuPont adquirió los derechos en 1945 para

posterior desarrollo.

En 1950 una planta piloto, en las instalaciones de Seaford, Delaware, produjo una fibra

poliéster llamada Dacron, con tecnología de nylon modificada.

Las investigaciones del poliéster de DuPont condujeron a una gran variedad de

productos registrados, un ejemplo es Mylar (1952), una película de PET

extraordinariamente fuerte, que surgió del desarrollo del Dacron a principios de los 50

(1952). Sin embargo la aplicación que le significó su principal mercado fue en envases

[3]Sánchez, M.T., “Procesos de Elaboración de Alimentos y Bebidas”. Ediciones Mundi-Prensa. España. 1era edición (2003). Capítulo 3. pág.

84.


8

rígidos, a partir de 1976; puedo abrirse camino gracias a su particular aptitud para el

embotellado de bebidas carbonatadas.

Hoy día, la imagen que se tenía de las fibras de poliéster de baratas e inconfortables,

está empezando a cambiar con el surgimiento de las prendas de lujo de poliéster

(basadas en microfibras de poliéster). Una de las marcas comerciales actuales en este

sector es Polartec, dedicada a la fabricación de ropa para su uso a temperaturas bajas4.

4. Propiedades y Características.

Las propiedades físicas del PET y su capacidad para cumplir diversas especificaciones

técnicas han sido las razones por las que el material haya alcanzado un desarrollo

relevante en la producción de fibras textiles y en la producción de una gran diversidad de

envases, especialmente en la producción de botellas, bandejas, flejes o zunchos y

láminas.

4.1. Propiedades

Entre las principales propiedades se encuentran:

Cristalinidad y transparencia, aunque admite cargas de colorantes.

Buen comportamiento frente a esfuerzos permanentes

Alta resistencia al desgaste

Muy buen coeficiente de deslizamiento

Buena resistencia química

Buenas propiedades térmicas

Muy buena barrera a CO2, aceptable barrera a O2 y humedad.

Compatible con otros materiales barrera que mejoran en su conjunto la calidad

barrera de los envases y por lo tanto permiten su uso en marcados específicos.

Totalmente reciclable

Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto con productos

alimentarios.

Alta rigidez y dureza.

Altísima resistencia a los esfuerzos permanentes.

Superficie barnizable.

[4] “HISTORIA DEL PET”, ¿Sabes cómo se inventó el PET? ¿conoce las primeras aplicaciones del PET? Articulo. 22-nov-2005.


9

Gran indeformabilidad al calor

Muy buenas características eléctricas y dieléctricas.

Alta resistencia a los agentes químicos y estabilidad a la intemperie.

Propiedades ignifugas en los tipos aditivados.

Alta resistencia al plegado y baja absorción de humedad que lo hacen muy

adecuado para la fabricación de fibras.

4.2. 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.

4.3. Ventajas

Propiedades únicas: Claridad, brillo, transparencia, barrera a gases u aromas,

impacto, termoformabilidad, fácil de imprimir con tintas, permite cocción en

microondas.

Costo/Performance: El precio del PET ha sufrido menos fluctuaciones que el de

otros polímeros como PVC-PP-LDPE-GPPS en los últimos 5 años.

Disponibilidad: Hoy se produce PET en Sur y Norteamérica, Europa, Asia y

Sudáfrica.

Reciclado: El PET puede ser reciclado dando lugar al material conocido como

RPET, lamentablemente el RPET no puede emplearse para producir envases

para la industria alimenticia debido a que las temperaturas implicadas en el


10

proceso no son lo suficientemente altas como para asegura la esterilización del

producto.

4.4. Características.

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.

5. Formación del Ftalato de Polietileno.

Actualmente la ruta para la producción de cualquier plástico comienza en un carburante

fósil: aceite, gas natural o carbón. La mayoría de los polímeros se producen a partir de

materia prima petroquímica que constituyen los productos finales del refino y reformado

del petróleo crudo.

Mientras que los combustibles se pueden comercializar directamente (gasolina,

keroseno, y diesel) para ser rentables, los otros componentes del petróleo crudo,

especialmente el gasoil y los residuos necesitan ser convertidos en productos

comerciales. Este es el papel del reformado.

Los reactivos de partida de la síntesis del PET derivan por tanto de la industria

petroquímica. Así el etilenglicol es obtenido a partir del eteno y el tereftalato de dimetilo

(DMT) ó el ácido tereftalico del p-xileno. A continuación se explica la obtención de las 2

materias primas a través del petróleo.

5.1. Producción del P-Xileno.

Los dimetilbencenos, comúnmente conocidos como xilenos, son importantes productos

químicos industriales. Se usan en la fabricación de tintes, y en la producción de ácido

benzoico, anhídrido ftálico y los ácidos iso y tereftálicos. Los ésteres dimetilo de éstos

ácidos se usan en reacciones de polimerización para producir una amplia familia de

poliésteres. La producción del tereftalato de polietileno comienza con el isómero para del

xileno. Los tres isómeros del xileno se pueden obtener a partir del alquitrán por

destilación, pero la fuente principal es el petróleo crudo. A partir de un carburante fósil se


11

obtiene una mezcla de isómeros, que contiene de 50-60% delmeta-xileno y un 20-25% de

cada uno de los isómeros orto y para. El primer paso en la recuperación del p-xileno,

empleado para la producción de polímeros, es su separación de los otros isómeros. Como

puede verse, a partir de los datos de la familia de xilenos, presentada debajo, los puntos

de ebullición de los isómeros meta y para son muy similares. La diferencia entre estos y el

punto de ebullición del isómero orto permite separarlos de éste por destilación

fraccionada. Cuando el destilado se enfría, el isómero para cristaliza permitiendo su

separación del isómero meta por cristalización fraccionada.

Aunque existen otras aplicaciones de los xilenos en las industrias de tintes y

perfumerías, como disolvente y en la producción de algunos herbicidas, casi todo el p-

xileno producido se emplea en la fabricación del ácido tereftálico purificado (PTA). El PTA

se convierte en fibras de poliéster, resinas y films y en tereftalato de dimetilo (DMT). Los

xilenos junto con otros innumerables productos petroquímicos importantes, se obtienen a

partir del petróleo crudo mediante cuatro procesos:

5.1.1. Desalación

En este proceso se lava el crudo para eliminar el agua en suspensión, sales, barro y

otras impurezas no-orgánicas que pueden formar parte del crudo o que pueden haberlo

contaminado durante su extracción.

5.1.2. Refinación.

El crudo desalado entra después en este proceso donde se destila tanto bajo

condiciones de presión atmosférica como de vacío. El refino se realiza en una torre de

refinería, que no es más que una enorme columna de destilación. Los componentes con

los puntos de ebullición menores salen por la parte superior de la torre, mientras que los

que tienen punto de ebullición mayor permanecen en la base de la misma. De esta

manera, los componentes del petróleo se separan por su punto de ebullición, de acuerdo

con su peso. Estos productos se conocen como productos de destilación directa. A

continuación se muestra un esquema del proceso de refinado.

5.1.3. Reformado.

En la destilación se obtienen productos directamente comerciales y otros muchos

componentes. Estos últimos requieren una conversión en la cual su composición y

estructura molecular son modificadas. Incluye, por tanto, la transformación química de los


12

productos procedentes de la destilación. Las reacciones que tienen lugar cambian el

tamaño y la estructura de las moléculas en las fracciones del destilado, produciendo

materiales útiles a partir del residuo y convirtiendo algunos productos en otros de mayor

valor comercial. Estas reacciones incluyen la acción del calor y presión, con frecuencia en

presencia de catalizadores y se las llama reacciones de procesado.

5.1.4. Mezclado.

Los productos del reformado se someten a este proceso.

5.2. Polimerización.

Industrialmente, se puede partir de dos productos intermedios distintos:

TPA ácido tereftálico;

DMT dimetiltereftalato

Haciendo reaccionar por esterificación TPA o DMT con glicol etilénico se obtiene el

monómero Bis-beta-hidroxi-etil-tereftalato, el cual en una fase sucesiva, mediante

policondensación, se polimeriza en PET según el esquema.

En la esterificación:

En la Policondensación:


13

En la reacción de esterificación, se elimina agua en el proceso dl TPA y metanol en el

proceso del DMT.

La reacción de policondensación se facilita mediante catalizadores y elevadas

temperaturas (arriba de 270°C).

La eliminación del glicol etilénico es favorecida por el vacío que se aplica en la

autoclave; el glicol recuperado se destila y vuelve al proceso de fabricación.

Cuando la masa del polímero ha alcanzado la viscosidad deseada, registrada en un

reómetro adecuado, se romperá el vacío, introduciendo nitrógeno en la autoclave. En este

punto se detiene la reacción y la presencia del nitrógeno evita fenómenos de oxidación.

La masa fundida, por efecto de una suave presión ejercida por el nitrógeno, es obligada a

pasar a través de una matriz, en forma de spaghetti que, cayendo en una batea con agua

se enfrían y consolidan. Los hilos que pasan por una cortadora, se reducen a gránulos,

los cuales, tamizados y desempolvados se envían al almacenamiento y fabricación

El gránulo así obtenido es brillante y transparente porque es amorfo, tiene baja

viscosidad, o sea un bajo peso molecular, I.V. = 0.55 a 0.65; para volverlo apto para la

producción de botellas serán necesarios otros dos pasos.


14

6. Aditivos y Plastificantes.

Los polímeros, como el PET, son la materia base de los plásticos pero la industria no los

utiliza en general en su estado puro, sino mezclados con otros productos que mejoran sus

propiedades, facilitan su procesado o le dan un determinado color o textura.

Los aditivos de los plásticos suelen pertenecer a alguno de los siguientes grupos:

Antioxidantes

Son aditivos que retardan o inhiben la oxidación del material durante su procesado o

para unas determinadas condiciones de uso.

Agentes antiestáticos.

Se añaden para disminuir la creación de cargas electrostáticas en el producto final.

Agentes biodegradables

Son productos que se pueden incorporar a materiales duros y resistentes pero que, una

vez en contacto con la humedad del suelo, se biodegradan y el material pierde peso,

solidez y otras propiedades.


15

Colorantes

Los ingredientes usados para colorear los materiales plásticos son tintes, pigmentos

orgánicos o inorgánicos, o ciertos compuestos especiales como escamas metálicas o

pigmentos fluorescentes. Los tintes se usan en general para obtener colores brillantes en

materiales plásticos transparentes o translúcidos. Los pigmentos orgánicos están

formados por partículas sólidas discretas constituidas por agregados de moléculas de

tinte. Los pigmentos inorgánicos con sales y óxidos metálicos y no son brillantes.

Estabilizantes

Estos productos se utilizan para prevenir la degradación del material cuando la

temperatura de procesado es alta o para alargar la vida del producto en entornos

degradantes.

Lubricantes

Se emplean para mejorar el procesamiento del material y la apariencia del producto

plástico.

Plastificantes

Son productos estables desde el punto de vista químico y térmico que se añaden al

polímero para mejorar la flexibilidad, maleabilidad y el procesamiento del plástico.

Retardantes de llama

Son productos que actúan de cuatro formas distintas:

- Produciendo una reacción química que da lugar a productos menos combustibles

- Produciendo gases pesados que tienen un efecto sofocante o aislante del fuego.

- Impidiendo el paso del oxígeno

- Produciendo un descenso de la temperatura por adsorción del calor en una

reacción endotérmica.

Rellenos

Estos productos tienen una función múltiple: reducen el coste, proporcionan solidez,

aumentan la velocidad de endurecimiento o curado, minimizan la concentración de bebida

a la polimerización que dificulta el moldeo del material, reducen el agrietamiento, mejoran

la resistencia térmica y proporcionan determinadas propiedades eléctricas, mecánicas o


16

químicas. La siguiente tabla recoge los rellenos usados más habitualmente y su efecto

sobre las propiedades de los materiales plásticos resultantes.

7. Peligros de la producción del PET.

El PET se usa generalmente para envases (ej. botellas) y a menudo contienen aditivos,

como estabilizantes de rayos ultravioletas y pirorretardantes. El porcentaje total de

pigmentos y aditivos puede alcanzar el 30% (DTI, 1993), cantidad pequeña respecto al

PVC.

En la síntesis del PET, se utilizan sustancias que producen irritación de ojos y vías

respiratorias, también su fabricación se asocia a un pequeño aumento de incidencia de

cáncer (debido a los restos que puedan quedar de oxido de etileno u óxido de propileno).

Los metales pesados se pueden emplear como catalizadores durante el proceso de

producción y finalmente acaban en el medio ambiente. Sin embargo, según el Instituto de

Tecnología danés, el PET no presenta riesgos de impactos severos.

Comparado con el PVC, el PET presenta menos peligros para los trabajadores y el

medio ambiente, y tiene ventajas en el tratamiento de los residuos, incluyendo el reciclaje,

además de menores riesgos de accidentes. Los porcentajes de reciclaje del PET son más

altos en comparación con otros plásticos.

8. Costos totales de producción del PET.

Los costos totales de producción de una botella de PET están compuestos por diferentes

factores. Además de los costos específicos e inversión de la máquina y de los moldes,

deben de considerarse también los costos de material y de producción de preformas. Los

costes de producción de la botella misma, incluyen entre otros: gastos de producción y de

mantenimiento de la máquina sopladora, de personal, así como gastos adicionales de la

nave donde se produce por ejemplo, renta o en su caso depreciación, calefacción,

limpieza, y alumbrado.


17

Aproximadamente el 80 por ciento de los costos totales de una botella son costos de

material (Fig. 1), es claro entonces, que éste es el factor más importante si es que se trata

de optimizar. En la distribución de material hay frecuentemente un potencial de ahorro,

que puede incrementarse mejorando el diseño de la preforma.

La distribución del material debe cumplir con dos requisitos: por un lado la botella

terminada debe tener todas las características deseadas y por otro alcanzar el menor

peso posible. El material tiene entonces que estar distribuido de manera que en todas

partes se tenga el mínimo requerido en espesor de pared sin que como consecuencia en

otras, haya entonces espesores gruesos innecesarios.5

9. ¿Tienen un riesgo tóxico los envases de agua embotellada?

De acuerdo con la información publicada por el JEM, geoquímicos alemanes han

señalado que las botellas de plástico liberan continuamente antimonio por el fenómeno de

lixiviación en el agua que contienen.

Una investigación encabezada por investigadores de la Universidad de Heidelberg

llevada a cabo en Canadá, mostró que el agua embotellada en envases de PET contenía

hasta 375 ppt de antimonio, mientras que la envasada en polipropileno sólo contenía 8.2

ppt de esta sustancia. Tres meses después de esta valoración inicial, otra nueva medida

puso de manifiesto que el agua contenida en PET alcanzó hasta 626 ppt de antimonio. La

explicación consiste en que el tereftalato de polietileno (PET) se fabrica usando un

catalizador de antimonio. El análisis se llevo a cabo por espectrometría de ICP-SMS. El

[5]Redacción PU. El análisis de costos totales de inversión es una herramienta positiva en el cálculo de costes. Articulo. Revista Digital

plástico, 15/10/2006.


18

estudio se realizo analizando el agua de botellas de 48 marcas comerciales distintas de

Canadá y Europa (entre los que se incluyen marcas comerciales de agua española)6.

10. Antimonio y Generalidades.

El antimonio (Sb), es un metal de color blanco plateado que se encuentra en la corteza

terrestre.

Masa atómica: 121,75 g/mol. Solubilidad en agua: ninguna

Punto de ebullición: 1635°C Presión de vapor, Pa a 886°C: 133

Punto de fusión: 630°C Temperatura de autoignición: Ca. 900°C

Densidad relativa (agua=1): 6,77

10.1. ¿Qué le sucede al antimonio cuando entra al medio ambiente?

El Sb es liberado al medio ambiente desde fuentes naturales e industriales, puede

permanecer en el aire adherido a partículas muy pequeñas por muchos días. La mayoría

de antimonio en el aire se deposita en el suelo, en donde se adhiere firmemente a

partículas que contienen hierro, manganeso o aluminio.

El antimonio se encuentra en bajos niveles en algunos ríos, lagos y arroyos.

10.2. ¿Cómo se puede estar expuesto al antimonio?

Debido a que el antimonio ocurre naturalmente en el medio ambiente, la población

general está expuesta diariamente a bajos niveles de esta sustancia principalmente en los

alimentos, el agua potable y el aire. Se puede encontrar en el aire cerca de industrias que

lo procesan o lo liberan, tales como fundiciones, plantas donde se quema carbón y donde

se incinera basura; en aéreas contaminadas que contienen altos niveles de antimonio,

puede encontrarse el aire, el agua y el suelo. Trabajadores en industrias que procesan o

usan minerales de antimonio pueden estar expuestos a niveles de antimonio más altos.

10.3. ¿Cómo puede afectar el antimonio a la salud?

La exposición a altos niveles de antimonio puede producir una variedad de efectos

perjudiciales para la salud. Respirar altos niveles de antimonio por largo tiempo puede

[6]“Peligros de la producción del PET, ¿Tienen un riesgo tóxico los envases de agua embotellada?”. Artículo.

[7]Fichas internacionales de seguridad. Antimonio. ICSC: 0775. Pdf.


19

irritar los ojos y los pulmones, y puede causar trastornos del corazón y de los pulmones,

dolor de estómago, diarrea, vómitos y úlceras estomacales.

En estudios de exposición breve, los animales que respiraron niveles muy altos de

antimonio fallecieron. Los animales que respiraron altos niveles sufrieron daño a los

pulmones, el corazón, el hígado y los riñones. Los animales que respiraron niveles muy

bajos de antimonio por largo tiempo sufrieron irritación en los ojos, caída del pelo, daño al

pulmón y trastornos al corazón. También se observaron efectos sobre la fertilidad en ratas

que respiraron niveles muy altos de antimonio por unos meses.

Ingerir grandes cantidades de Sb puede causar vómitos, sin embargo, no se sabe que

otros efectos pueden ocurrir al ingerir el antimonio. Los estudios de larga duración en

animales han demostrado lesiones de hígado y alteraciones en la sangre. El antimonio

puede irritar la piel si no se remueve prontamente.

El antimonio puede tener efectos beneficiosos cuando se usa por razones médicas.se ha

usado en medicina para tratar gente infectada con parásitos8.

10.4. Concentración máxima permisible de antimonio en las botellas PET.

Numerosos estudios han sido publicados sobre el contenido de antimonio de la botella

de PET o de concentraciones de antimonio en bebidas como agua mineral, gaseosas o

jugos. Según Duh (2002), las concentraciones de antimonio en plásticos PET puede variar

entre 190 mg/Kg a 300 mg/Kg. En la literatura, otros estudios pueden confirmar que este

intervalo de concentración de antimonio en donde se ha utilizado como catalizador.

Los datos de las concentraciones de antimonio encontradas experimentalmente en las

botellas de PET se resumen en la tabla 1.9

Tabla 1. Datos de la literatura para concentraciones de antimonio

determinadas en botellas de PET.

Concentraciones determinadas de

antimonio Referencias

160 ppm y 230 ppm Fordham 1995

168 ppm a 216 ppm

58 ppm[a]

<2ppm

Nishioka 2002

[8] ATSDR, agencyfortoxicsubstances and diseaseregistry. “Antimonio (antimony)”. CAS # 7440-36-0.Septiembre 1995.Pdf.

[9] Welle F. y Franz R. “Migration of antimony from PET bottles into beverages: Determination of the activation energy of diffusion and

migration modeling compared to literature data”. Food additives and contaminants.Artìculo. 20-sep-2010. Pdf.


20

188 ppm a 268 ppm

<2ppm{b]

189 ppm a 264 ppm

<2ppm[c]

Ohkado 2005

154 ppm a 275 ppm Takahashi 2008

213±35 ppm

210 ppm a 290 ppm

Westerhoff 2008

Keresztes 2009 [a]

PET reciclado, [b]

pellets vírgenes de PET con germanio como catalizador (41 ppm a 80 ppm ), [c]

botellas de PET vírgenes con germanio como catalizador (49 ppm a 82 ppm).

11. Se plantea un modelo para hallar difusión de la concentración de

antimonio en la botella de PET.

En este modelo se aplican los respectivos balances de masa a

una envoltura cilíndrica para así determinar el perfil de

concentración de antimonio presente en la botella PET y un

modelo para hallar la densidad de flujo de materia en la superficie

de la botella.

Presunciones:

Estado estacionario

Balance en coordenadas cilíndricas DSW(r)

Velocidad de difusión en forma radial

t = 0

Componente W está estancado

11.1. Primer cambio de situación: la botella se encuentra en un cuarto oscuro a

30°C y la temperatura se eleva cada día 6°C durante el día, y en la noche

vuelve nuevamente a 30°C por lo que este cambio de temperatura es

constante a lo largo del tiempo.

Hallar la concentración promedio de antimonio en la botella de agua a 1 mm de

distancia, durante un mes, y extenderlo hasta dos años.

Cálculos.

Tomando: Antimonio = S y Agua = W


21

De la primera ley de Fick escrita para :

Tenemos que para cuando la

Luego:

Se realizan los respectivos balances:

Área del cilindro: 2πrL

Los balances se aplican a las interfaces liquido-gas y solido-liquido debido a que

la difusión del antimonio va desde la superficie a toda la corriente del fluido.

Balance de masa (interface liquido-gas)

Dividiendo por y aplicando límite:

Sustituyendo la ecuación (1) en (2):

es constante en una mezcla a temperatura constante:


22

Integrando

Integrando nuevamente:

Aplicando las condiciones limites:

CL1: @ →

CL1: @ →

Tenemos las siguientes relaciones:

C.L. (1):

C.L. (2):

Igualando los dos valores de la constante :


23

Luego, reemplazando la ecuación (5) en (4)

De en la ecuación (3):


24

La ecuación anterior corresponde a la fracción de agua, ahora hallaremos la fracción

promedio:

Para facilitar los cálculos se hace un cambio de variable y con esto un cambio en los

límites de integración, con lo que tenemos:

→

→

Utilizando estos valores en la fracción de agua promedio tenemos:

La fracción promedio de agua es la siguiente:


25

Luego calculamos la densidad de flujo de materia en la superficie con la ecuación (1),

esto es:

Se tiene que:

Luego tenemos que:

De la expresión de la fracción promedio del agua se tiene:

Se sabe que la concentración se encuentra en mol/litro y utilizando la ley de los gases

ideales se tiene que:


26

A temperatura constante, tenemos:

Ahora se tiene la presión parcial obtenida de la expresión para la fracción molar como se

muestra a continuación:

Con esta ecuación se define la densidad de flujo de materia como sigue:

Las expresiones anteriores representan la difusividad en la interface liquido-gas.

Interface sólido-líquido

La difusión, además, tiene lugar en el sólido, esto porque el antimonio pasa desde la

superficie del sólido hasta la corriente del agua que la rodea, por ende la densidad de flujo

de materia en la superficie está dada por la siguiente ecuación:

De igual forma:

La densidad total de flujo de antimonio se muestra como:

Esto es:


27

Después de haber realizado los respectivos balances se procede a obtener la

concentración promedio de antimonio en la botella de agua, a una distancia de 1 mm

desde la superficie del recipiente hasta el liquido, durante un mes y extendiéndolo hacia

dos años.

La concentración del antimonio presente en las botellas de agua PET se encuentre entre

un rango de 210 a 290 ppm, para hacer los cálculos se toma una concentración promedio,

en este caso una de 250 ppm y se procede como sigue:

Esto se aplica a una botella PET de 500 ml de volumen:

Luego la concentración de antimonio a lo largo de la película para se tiene que es

de 4 ppm por día, por lo tanto:

Luego la concentración total del antimonio viene dada por:

Ahora se hallan las respectivas fracciones molares:

Es decir, la fracción promedio de antimonio es:


28

Tenemos que:

Con esto se tiene que:

Este valor corresponde a la concentración de antimonio presente en la botella PET por

cada día.

A continuación se halla la concentración promedio durante un periodo de tiempo de 2

años.

Para un mes:

Para dos años:

11.2. Segundo cambio de situación: la botella se agita en el transcurso del día,

pero en las noches cesa esta perturbación.

Se requiere determinar la concentración promedio en el seno del líquido a lo largo del

tiempo.


29

Cálculos.

Tomando: antimonio = S y agua = W.

Presunciones:

No es posible despreciar la densidad de flujo del agua

De esta manera y partiendo de las ecuaciones para la densidad de flujo en función de

y , se tiene:

Sumando esta serie de ecuaciones e igualando a cero, se obtiene:

Siendo:

Entonces:

Por lo que:

Aplicando la primera ley de Fick de la difusión, que establece:


30

Ahora bien, se procede a remplazar esta ecuación en el balance de materia para la

densidad de flujo en el envase.

Se tiene que:

Entonces la ecuación se reduce a:

Para determinar las dos constantes de integración, se utilizan las siguientes condiciones

limites:


31

Al establecer matemáticamente estas condiciones limites y despejando las constantes

C1 y C2 se obtiene:

Reemplazando la ecuación (3) en (2) y despejando C1:

Reemplazando la ecuación (4) en (3)

Y las ecuaciones (5) y (4) en (1)


32

El perfil de fracción molar de Sb se determina eliminando la expresión de la ecuación

ya que está presente en cada término y reemplazando .

Una vez que se conoce el perfil de fracción molar, puede calcularse fácilmente la

siguiente magnitud:

Valor medio de , < .


33

11.3. Tercer cambio de situación: cálculo del número total de teteros que se toma

un niño hasta la edad de 4 años. Análisis de la cantidad de antimonio

posiblemente ingerida por una persona de 20 años de edad. Asumiendo un

factor de retención del antimonio en el organismo y determinando cuanto

queda del mismo en el organismo de la persona.

En promedio un bebe toma 4 teteros al día. Extendiendo este dato a 4 años

manteniendo constante esta cantidad, a esta edad este niño toma en total 7 500 teteros

cada uno con un volumen de 0,6 L, es decir, el niño ha consumido 4 500 L de tetero.

Se tiene que el líquido en el interior del tetero, en este caso la leche, tiene una

concentración de antimonio de 3,5 ppm. Con esto se calcula la cantidad de antimonio

ingerida durante los 4 años como se muestra a continuación:

Se encontró que el valor de antimonio que queda retenido en el organismo es de 0,5

mg/L por día, el cálculo de retención para el niño de 4 años es el siguiente:

Este resultado muestra que la cantidad de antimonio que se retiene en el organismo es

pequeña comparada con la que este desecha del contaminante.

Ahora se procede a calcular esta concentración a un joven de 20 años de edad,

asumiendo que este ha consumido muchas bebidas en botellas PET. Esto se hace

tomando el hecho que a los 5 años el niño empieza a tomar bebidas en este tipo de

botellas:


34

A la edad de 20 años el joven tendrá en su organismo 1350 L de bebidas contenidas en

botellas PET.

Se sabe que la cantidad de antimonio consumido durante un día es de 4 mg/L por lo

tanto:

Este valor obtenido es la cantidad de antimonio consumido por un joven de 20 años a

partir de los 5 años. Desde los 5 años de edad un niño tiene en su organismo la siguiente

cantidad de antimonio:

Ahora se halla la cantidad total de antimonio que es retenida en el organismo como se

muestra a continuación:

El porcentaje de antimonio retenido por el organismo se puede calcular así:

Es decir la mayor parte del antimonio que ingiere el organismo se desecha.


35

12. Análisis y discusión de resultados

Se denomina bioacumulación al proceso de acumulación de sustancias químicas en

organismos vivos de forma que estos alcanzan concentraciones más elevadas que las

concentraciones en el medio ambiente o en los alimentos.

El antimonio no es una sustancia que tienda a bioacumularse, sin embargo puede ocurrir

que algún organismo que se ingiera, lo contenga en alta concentración, pues puede tener

de un metabolismo diferente.

De los resultados anteriores se puede decir que en realidad no es muy peligroso ingerir

bebidas en envases PET, aunque sería mucho mejor si se pudiera evitar dicho consumo.

De la difusividad del antimonio, proveniente del PET, en el agua, se puede decir que su

velocidad de transporte es directamente proporcional a la temperatura, es decir, al

aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de difusión.

También se puede anotar que las condiciones de movimiento de todo el sistema, no

alcanzan a afectar mucho la difusividad del antimonio en el agua, es decir, que si la

botella de agua esta en reposo tiene una difusividad relativamente igual que cuando se

encuentra en movimiento. El factor que sí altera el movimiento es el transporte del

antimonio, así que, cuando la botella se esta agitando, el antimonio que se desprende,

migra más rápidamente hacia el centro de la botella, que si esta estuviera en reposo, pero

en términos generales, el desprendimiento de antimonio de la pared de la botella, no

cambia con el movimiento, sino, con la temperatura.


36

CONCLUSIÓN

Finalmente, es claro que consumir bebidas envasadas en PET, no resulta amenazante

para la salud humana, ni siquiera para la de un bebe recién nacido, sin embargo, es

interesante realizar este tipo de estudios, en los cuales se obtienen datos aproximados de

los fenómenos que ocurren a diario en la vida de cualquier persona y de los que casi

nadie se detiene a analizar.

En la actualidad, la industrialización y procesado de la mayoría los alimentos que

consumimos, permite obtener azucares más refinadas, sales más yodadas, lácteos larga

vida, bebidas con gran variedad de sabores, entre otros; sin embargo cada uno de estos

procesos utiliza sustancias e instrumentos que dejan una pequeña huella en el organismo

humano, la cual por sí sola puede ser insignificante e inofensiva, pero que sumada a otras

huellas que dejan otros alimentos y al, cada vez mas alto, consumo de éstos, puede

resultar siendo algo serio.

Si de cada alimento natural, procesado y/o empacado que es ingerido por una persona a

diario, se realizara este estudio de transporte de masa, sería sencillo encontrar los

balances adecuados para el cuidado ideal de nuestro organismo, teniendo en cuenta,

cómo es la difusión de una sustancia, para obtener su concentración / tiempo y conocer

que tanto demora en ser metabolizada; así, por ejemplo, se podría saber cada cuanto

consumir ciertos alimentas para que no afecten la salud humana.


37

BIBLIOGRAFÍA

Brugés, P.J., “Venenos en el hogar”. Universidad Santo Tomás. Capítulo 5. Pág. 205.

Cervera, F.A.,” Envase y Embalaje, la venta silenciosa”. Editorial ESIC. España. 2da edición. Capítulo 3. Pág. 166.

Sánchez, M.T., “Procesos de Elaboración de Alimentos y Bebidas”. Ediciones Mundi-Prensa. España. 1era edición (2003). Capítulo 3. Pág. 84.

“HISTORIA DEL PET”, ¿Sabes cómo se inventó el PET? ¿conoce las primeras aplicaciones del PET? Articulo. 22-nov-2005.

Redacción PU. El análisis de costos totales de inversión es una herramienta positiva en el cálculo de costes. Articulo. Revista Digital plástico, 15/10/2006.

“Peligros de la producción del PET, ¿Tienen un riesgo tóxico los envases de agua embotellada?”. Artículo.

Fichas internacionales de seguridad. Antimonio. ICSC: 0775. Pdf.

ATSDR, agency for toxic substances and disease registry. “Antimonio (antimony)”. CAS # 7440-36-0. Septiembre 1995. Pdf.

Welle F. Y Franz R. “Migration of antimony from PET bottles into beverages: Determination of the activation energy of diffusion and migration modeling compared to literature data”. Food additives and contaminants. Artìculo. 20-sep-2010. Pdf.

PET. Trabajo Final Fenomenos

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