Tesis ¿COMO INFLUYE LA ECOGRAFIA EN EL FETO MEDIANTE LOS FENOMENOS ONDULATORIOS?final
PET. Trabajo Final Fenomenos
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Transcript of 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
, Diciembre 06 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
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11.3. Tercer cambio de situación…………………………………………………………33
12. Análisis y discusión de resultados…………………………………………………..35
CONCLUSIÒN.…………………………………………………………………………………....36
BIBLIOGRAFÍA.…………………………………………………………………………………...37
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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.
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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.
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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.
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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)
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- 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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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:
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
, Diciembre 06 de 2012.
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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:
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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 :
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Luego, reemplazando la ecuación (5) en (4)
De en la ecuación (3):
, Diciembre 06 de 2012.
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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:
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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:
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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:
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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:
, Diciembre 06 de 2012.
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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.
, Diciembre 06 de 2012.
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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:
, Diciembre 06 de 2012.
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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:
, Diciembre 06 de 2012.
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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)
, Diciembre 06 de 2012.
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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 , < .
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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:
, Diciembre 06 de 2012.
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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.
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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.
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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.
, Diciembre 06 de 2012.
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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.