De la invención a la utilización global: explorando la historia y el desarrollo del PET

El tereftalato de polietileno (PET) destaca entre los polímeros plásticos, valorado por su excepcional estabilidad química, su amplio potencial de aplicación y su notable reciclabilidad. 

El PET se sintetizó por primera vez en 1941

A lo largo de la historia, los seres humanos han utilizado polímeros naturales como resinas, caucho natural y celulosa para crear herramientas, utensilios y decoraciones. Sin embargo, estos materiales tenían limitaciones en cuanto a rendimiento y suministro, lo que impulsó la exploración de alternativas sintéticas.

A principios del siglo XX, con el rápido avance de la ciencia y la tecnología, existía una necesidad urgente de nuevos materiales para satisfacer las demandas industriales y cotidianas. En 1907, el químico belga Leo Baekeland inventó la baquelita, el primer plástico totalmente sintético. La baquelita se utilizó ampliamente en electrodomésticos, piezas de automóviles y artículos para el hogar, superando las limitaciones de los materiales naturales. Este invento marcó el inicio de la industria del plástico y los albores de los polímeros sintéticos.

El tereftalato de polietileno (PET), actualmente uno de los tres principales polímeros sintéticos, fue sintetizado con éxito en 1941 por los científicos británicos J. Rex Whinfield y James T. Dickson en el laboratorio de la Calico Printers' Association. Se basaban en trabajos anteriores de Wallace Carothers, un químico estadounidense que había identificado la familia del poliéster en la década de 1930. El avance de Whinfield y Dickson implicó la polimerización de etilenglicol con ácido tereftálico, lo que dio como resultado la creación de PET, un polímero que luego se usaría ampliamente en fibras para ropa, contenedores para líquidos y alimentos, y termoformado para la fabricación.

Inicialmente, la investigación y aplicaciones del PET se centraron principalmente en los textiles, evaluando su rendimiento e idoneidad como fibra. Los resultados demostraron que las fibras de PET tenían excelentes propiedades mecánicas y estabilidad química, lo que las estableció rápidamente como un actor importante en el mercado de fibras sintéticas y allanó el camino para su expansión a otras áreas de aplicación.

Avance de los textiles al embalaje

A medida que los científicos investigaban y desarrollaban PET para textiles, adquirieron un profundo conocimiento de sus propiedades físicas y químicas superiores, como la estabilidad química, la facilidad de moldeo, la alta resistencia y la tenacidad. 

En 1965, el PET logró un gran avance en las aplicaciones de botellas cuando la empresa suiza Vetrotex lo utilizó por primera vez para contenedores de agua embotellada, mostrando el potencial del PET en la industria del embalaje, particularmente sus características ligeras, duraderas y transparentes. En 1973, Nathaniel Wyeth inventó la botella de PET y recibió una patente en Estados Unidos, lo que marcó un importante punto de inflexión en la aplicación del PET en los envases. Las botellas de PET comenzaron a atraer una gran atención y gradualmente entraron en producción comercial.

Las botellas de vidrio tradicionales eran propensas a romperse durante el transporte y el uso, mientras que la fuerte resistencia mecánica y dureza del PET lo convertían en un material de embalaje alternativo ideal, reduciendo las pérdidas durante el transporte y los riesgos de seguridad.

En la década de 1980, con las mejoras en la tecnología de producción, la creciente demanda de envases livianos y duraderos y los avances en la tecnología de moldeo por soplado, se impulsó la producción a gran escala y el uso generalizado de botellas de PET. Estos factores cambiaron profundamente el panorama de la industria del envasado de bebidas, convirtiendo a las botellas de PET en el material principal para el envasado de bebidas.

A nivel mundial, la producción de PET supera los 70 millones de toneladas anuales. Más de la mitad de las bebidas del mundo se envasan en botellas de PET, lo que subraya su papel fundamental en las soluciones de envasado. Además, las tasas de reciclaje de botellas de PET superan el 50 % en numerosos países, y varios de ellos alcanzan tasas superiores al 80 %.

Tendencias de desarrollo actuales

Frente a los crecientes desafíos ambientales globales, el PET está progresando constantemente hacia un alto rendimiento, multifuncionalidad y desarrollo sostenible.

Capacidad de producción concentrada en Asia, especialmente China

Asia es la región líder mundial en producción de PET y cuenta con la mayor capacidad a nivel mundial. China, en particular, ostenta el puesto de principal productor de PET del mundo, y su capacidad de PET grado botella constituye aproximadamente el 40% del total mundial. Las proyecciones indican que China seguirá liderando la expansión de la capacidad mundial de PET, y se espera que represente el 40 % de las construcciones y ampliaciones de nuevas plantas para 2028.

El importante crecimiento de la capacidad de China subraya su posición dominante en el mercado mundial de PET como uno de sus mayores productores. El país desempeña un papel fundamental en el comercio internacional de resina PET de calidad embotellada, aprovechando las economías de escala y los precios competitivos para mantener el favor en los mercados globales. Al mismo tiempo, la industria del PET de China está avanzando hacia estándares de calidad más altos, reforzando su competitividad internacional a través de una mayor eficiencia de producción y excelencia de productos.

I+D e innovación continua en materiales PET

La modificación del PET da como resultado mejoras significativas en el rendimiento y un potencial de aplicación más amplio, estableciendo las prácticas de modificación como una tendencia clave de la industria. Al perfeccionar las propiedades del PET, los fabricantes pueden lograr resultados de rendimiento específicos, impulsar la innovación y satisfacer las demandas especializadas de diversos sectores. 

El equipo de investigación de Wankai New Materials Co., Ltd. ha identificado que el alto volumen libre de cadenas de polímeros del PET limita su rendimiento de barrera en comparación con los metales y las cerámicas, lo que permite una permeación más fácil de las sustancias. Actualmente, el PET no cumple con los estrictos requisitos de barrera para aplicaciones como cerveza, bebidas, electrónica, OLED y envasado al vacío contra el oxígeno y el vapor de agua. Para mejorar las propiedades de barrera, el equipo utiliza la polimerización in situ para dispersar mejor las nanopartículas inorgánicas en la matriz. Esto reduce el volumen libre de la cadena de PET, fortalece las vías de permeación de gas y mejora las barreras del material. También optimizan el procesamiento ajustando las concentraciones de nanopartículas, la viscosidad del poliéster y los grupos terminales carboxilo, mejorando la cristalización para el estiramiento de películas de poliéster y el moldeo térmico. Además, Wankai también ha logrado avances significativos en la modificación de otros aspectos del poliéster.

A través de la modificación del PET para aprovechar sus fortalezas inherentes y abordar las limitaciones, el objetivo es impulsar su adopción en aplicaciones emergentes. En el sector de la automoción, impulsado por la tendencia al aligeramiento, añadiendo refuerzos de fibra de vidrio se puede mejorar significativamente la resistencia y rigidez del PET, haciéndolo adecuado para aplicaciones de alta resistencia y resistentes al desgaste, como piezas de carrocería y capós de motores. mejorando así la eficiencia del combustible y la seguridad de los vehículos. En el campo de la electrónica, los tratamientos de superficie o la adición de supresores de estática pueden mejorar las propiedades de aislamiento eléctrico del PET en productos electrónicos, protegiendo los componentes de la electricidad estática y mejorando la estabilidad y durabilidad de los dispositivos, como en carcasas de dispositivos electrónicos y placas de circuito.

Los nuevos compuestos de PET han ampliado significativamente su aplicación en sectores de tecnología avanzada, demostrando un rendimiento excepcional en entornos corrosivos, de alta temperatura y alta presión.

El Boeing 787 Dreamliner incorpora materiales compuestos de PET en sus estructuras internas y componentes externos, lo que contribuye a reducir el peso de la aeronave, mejora la eficiencia del combustible y proporciona una excelente resistencia a la corrosión para satisfacer las demandas de las operaciones de vuelo a largo plazo. Además, en el sector de la energía nuclear, los materiales compuestos de PET se utilizan en la fabricación de vasijas de contención de reactores nucleares, equipos de protección contra la radiación y contenedores de almacenamiento de combustible nuclear. Estos materiales proporcionan protección contra la radiación esencial y la estabilidad química necesaria para operaciones nucleares seguras.

El desarrollo sostenible como dirección clave para el PET

Equilibrar el desarrollo económico con la protección ecológica es primordial. Guiada por los objetivos globales de desarrollo sostenible, la industria del PET busca activamente la utilización eficiente de los recursos y la implementación de modelos de economía circular.

Siguen surgiendo diversos métodos de reciclaje de PET, y las tecnologías de reciclaje químico permiten la mejora y regeneración del PET. Innovaciones como las enzimas y los microorganismos presentan un potencial sustancial para avanzar en los procesos de reciclaje de PET ambientalmente sostenibles y eficientes. Estas sofisticadas tecnologías de reciclaje y regeneración convierten los materiales de PET desechados en fibras de PET recicladas, materiales de botellas de PET u otras materias primas químicas valiosas, lo que prolonga de manera efectiva los ciclos de vida de los materiales y mitiga la huella ambiental.

Recientemente, Zhink Group, empresa matriz de Wankai New Materials, se ha asociado con la francesa Carbios para desarrollar rPET utilizando la tecnología de despolimerización enzimática de Carbios. Planean establecer una instalación de reciclaje de residuos de PET en China con una capacidad de procesamiento anual que supere las 50.000 toneladas. Esta iniciativa estratégica, que aprovecha tecnologías avanzadas de reciclaje biológico, tiene como objetivo promover la economía circular en plásticos y textiles, proporcionando beneficios sustanciales a los mercados globales de embalaje y textiles.

La producción de PET está avanzando activamente hacia prácticas sostenibles con un fuerte énfasis en objetivos ecológicos y bajos en carbono.

El uso de energía limpia y renovable proporciona un importante poder verde para la producción de poliéster. Wankai New Materials utiliza generación de energía fotovoltaica en tejados, recuperación de calor residual por esterificación, utilización de biogás y sistemas integrales de gas natural para mitigar sustancialmente las emisiones de carbono en el proceso de producción de poliéster. Además, el desarrollo de tecnologías de ahorro de energía conserva aún más la energía y reduce la huella ambiental de la producción. Por ejemplo, el tratamiento de gases residuales de etilenglicol (EG) de Wankai desempeña un papel fundamental en la conservación de energía y la minimización del impacto ambiental de la producción. 

El desarrollo de PET de base biológica y PET biodegradable significa un avance hacia materiales de PET más respetuosos con el medio ambiente y sostenibles, satisfaciendo la demanda urgente de sostenibilidad en la sociedad. 

Conclusión

La evolución del PET destaca su resiliencia y versatilidad en todas las industrias. Inicialmente valorado por su estabilidad química y reciclabilidad, el PET ha revolucionado el sector del embalaje y se ha expandido hacia aplicaciones de alta tecnología a través de avances en la producción. A medida que las industrias adoptan prácticas ecológicas y crece la demanda global de materiales sostenibles, el futuro del PET depara más innovaciones hacia un mundo más verde.