Química del polímero PET: IV, policondensación y su efecto en el género de punto
El tacto, la resistencia y la caída de un género de punto de poliéster se deciden en el reactor mediante una sola cifra —la viscosidad intrínseca— antes incluso de que exista el hilo.
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Lo que llamamos poliéster es químicamente el poli(tereftalato de etileno), es decir, PET. Las calidades para fibra, película y botella comparten la misma cadena principal; lo que las diferencia es sobre todo la longitud de la cadena, o sea, el peso molecular. Para entender por qué un género de punto se comporta de una manera determinada, hay que observar cómo se construye la cadena y cuánto se la deja crecer.
Una síntesis en dos etapas: esterificación y luego policondensación
La producción moderna arranca con la esterificación directa del ácido tereftálico purificado (PTA) con monoetilenglicol (MEG); esta etapa da como intermedios el bis(2-hidroxietil) tereftalato (BHET) y oligómeros cortos, y libera agua como subproducto. En la segunda etapa, la policondensación transcurre a vacío y a alta temperatura: los oligómeros se acoplan, el MEG en exceso se destila de forma continua y el equilibrio se desplaza hacia el crecimiento de la cadena. La retirada continua del glicol del sistema es la verdadera fuerza motriz que permite que la cadena crezca.
Aquí las reacciones secundarias no son inocuas. El dietilenglicol (DEG), formado cuando el MEG reacciona consigo mismo, se incorpora a la cadena; a medida que sube su contenido, la temperatura de transición vítrea (Tg) baja, el comportamiento de fusión y la afinidad tintórea cambian, y la resistencia a la hidrólisis se debilita. Por eso el DEG es un parámetro crítico que el sector mantiene bajo control en un porcentaje bajo (habitualmente del orden del ~1 %).
Catalizador y deslustrante: dos decisiones escritas en la resina
Un catalizador es imprescindible para acelerar la policondensación. Durante muchos años la elección dominante del sector ha sido el trióxido de antimonio (Sb2O3), con un nivel de uso típico del orden de 200-300 ppm de Sb. Las preocupaciones ambientales y la búsqueda de un color más limpio han aumentado el interés por los catalizadores a base de titanio, que pueden ser eficaces con dosis mucho menores (típicamente del orden de ~25 ppm); el titanio es rápido, pero su tendencia al amarilleamiento exige una estabilización cuidadosa. El germanio se reserva para los nichos que requieren una transparencia elevada.
La segunda decisión es el brillo. El dióxido de titanio (TiO2) se añade al fundido como deslustrante (delustrant) y hace que la fibra disperse la luz. Con un tamaño de partícula de unas 0,2-0,3 micras, el TiO2 fija la clase de brillo según su dosis: por debajo del ~0,1 % en la fibra brillante (bright), ~0,3-0,5 % en la semimate (semi-dull) y típicamente ~1,5-2,0 % en la mate plena (full-dull). Esta elección ya no se puede cambiar después; el brillo del género de punto empieza en la resina.
IV: la única cifra que llega hasta el género de punto
El peso molecular no se mide de forma directa; en la práctica se representa mediante la viscosidad intrínseca (IV, dL/g). Cuanto más alta es la IV, más larga es la cadena y mayor el peso molecular. El filamento textil trabaja típicamente con una IV de aproximadamente 0,60–0,68 dL/g; las calidades de hilo técnico y de botella son claramente superiores. Esa pequeña cifra en la punta de la hilera lleva consigo toda la historia de la cadena, desde la hilabilidad hasta la resistencia final.
Medir la IV: ASTM D4603 e ISO 1628-5
La medición de la IV está normalizada. La ASTM D4603 disuelve el PET al 0,50 % de concentración en un disolvente fenol/1,1,2,2-tetracloroetano 60/40, mide los tiempos de flujo a 30 C con un viscosímetro capilar de vidrio tipo Ubbelohde y calcula la viscosidad inherente; la ISO 1628-5 es la norma hermana que trata el mismo asunto (con diferencias como las opciones de disolvente y la notificación de un número de viscosidad). Por eso, al comparar las cifras de «IV» de dos proveedores, importa qué método y qué disolvente se han empleado.
| Calidad | IV típica (dL/g) | MW relativo | Uso típico / motivo |
|---|---|---|---|
| Filamento/fibra cortada textil | ~0,60-0,68 | Bajo-medio | Flujo de fundido regular, hilatura estable, denier fino |
| Hilo técnico/industrial | ~0,90-1,00+ | Alto | Tenacidad elevada, cordón para neumáticos/cinturones de seguridad |
| Botella (envase) | ~0,72-0,84 | Medio-alto | Endurecimiento por deformación, resistencia a la presión |
| rPET tras SSP | elevada | Elevado | Se recupera la procesabilidad en fundido |
Qué determina la IV: hilabilidad, resistencia, pilling, hidrólisis
Una IV muy baja vuelve el fundido demasiado fluido; el filamento se desestabiliza, las roturas aumentan y la resistencia final (tenacidad) cae. Una IV muy alta eleva la viscosidad del fundido y la presión de hilatura, y dificulta el denier fino. El intervalo textil mantiene ese equilibrio. El comportamiento frente a la abrasión y al pilling también depende de aquí, de forma indirecta: sin un peso molecular suficiente y un termofijado adecuado, la superficie tiende más a la formación de pelusa y de bolitas; a nivel de género de punto, las evaluaciones de pilling Martindale (p. ej. ISO 12945-2) hacen visible ese resultado.
La hidrólisis es el talón de Aquiles del PET. El agua rompe el enlace éster y crea en cada escisión un extremo carboxílico (-COOH) y otro hidroxílico (-OH); como los grupos terminales carboxílicos aceleran ellos mismos la hidrólisis, el proceso es autocatalítico. El resultado es una IV que baja, un peso molecular que disminuye y una pérdida de resistencia. Por eso el secado de los chips antes de la hilatura (humedad normalmente por debajo de ~50 ppm) y un bajo contenido inicial de grupos terminales carboxílicos son los determinantes silenciosos de la calidad.
Estructura semicristalina, transiciones térmicas y SSP
El PET es un polímero semicristalino: coexisten regiones ordenadas (cristalinas) y desordenadas (amorfas). La temperatura de transición vítrea (Tg) está típicamente en ~70-80 C y la temperatura de fusión (Tm) en ~255-260 C; estas transiciones se miden por calorimetría diferencial de barrido (DSC) según la ISO 11357 (Parte 2 para la Tg y la altura del escalón, Parte 3 para la entalpía de fusión/cristalización). El grado de cristalinidad gobierna la resistencia, la estabilidad dimensional, la afinidad tintórea y el comportamiento en el termofijado. La Tg define además las ventanas de termofijado y de planchado del género de punto.
Cuando se necesita un peso molecular más alto —sobre todo en las calidades recicladas (rPET) y técnicas— entra en juego la policondensación en estado sólido (SSP). Los chips se calientan por debajo de la fusión, a vacío o con barrido de nitrógeno inerte; a medida que los subproductos de reacción (etilenglicol, acetaldehído) difunden desde el interior del gránulo hacia la superficie y se retiran, el equilibrio se desplaza hacia el crecimiento de la cadena. La SSP eleva la IV y reduce los grupos terminales carboxílicos y el acetaldehído; es la vía principal para recuperar, de cara a la procesabilidad en fundido, la IV perdida en el reciclaje mecánico.
En definitiva, la viscosidad intrínseca es el parámetro del polímero con mayor efecto palanca en manos de un comprador de género de punto: con el mismo denier y la misma estructura de punto, las decisiones de IV, DEG, catalizador y TiO2 de la receta predeterminan la resistencia, el tacto, el brillo y la durabilidad a largo plazo del artículo. Preguntar al proveedor «¿cuál es la IV, con qué método se mide, y cuáles son los niveles de grupos terminales carboxílicos y de DEG?» es la vía más rápida para ir más allá del lenguaje comercial superficial.