Estructura química del poliéster: C10H8O4, enlaces éster y por qué son importantes

Una unidad repetida del poliéster utilizado en textiles contiene diez átomos de carbono, ocho átomos de hidrógeno y cuatro átomos de oxígeno: C10H8O4, aproximadamente 192 g/mol. Cerca del 46 por ciento de esa masa se encuentra dentro de dos grupos éster, los eslabones -COO- que mantienen unida la cadena. Ese solo hecho explica por qué el mascota se funde cerca de los 255C, por qué recoge sólo alrededor del 0,4 por ciento de humedad, por qué hay que teñirlo a 130 C bajo presión y por qué la sosa cáustica caliente lo disolverá.

La misma columna vertebral pasa por un hilo DTY 75D/72F en una máquina de tejer circular, un chip de grado botella con una viscosidad intrínseca de 0,80 dl/g y un filamento reciclado reconstruido a partir de glucólisis. Lea desde la unidad repetida hacia arriba, la química sigue siendo simple. Las consecuencias comerciales no.

¿Cuál es realmente la estructura química del poliéster?

Un poliéster es cualquier polímero cuyas unidades repetidas están unidas por enlaces éster, y el poliéster detrás de casi todas las etiquetas textiles es poli(tereftalato de etileno), para abreviar PET.

Dos monómeros forman PET. El ácido tereftálico suministra dos grupos -COOH en un anillo de benceno para-sustituido y el etilenglicol suministra dos grupos -OH. El ácido se encuentra con el alcohol, se separa una molécula de agua, se forma un enlace éster y la secuencia se repite en ambas direcciones.

La unidad repetida -[O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO]- es un sándwich de dos segmentos de etileno, un anillo aromático y dos carbonos carbonilo con sus oxígenos éster. La colocación para del anillo importa más que su tamaño: mantiene la cadena recta, por lo que el PET se empaqueta en cristalitos y se funde cerca de 255C. Cámbielo por una cadena alifática flexible, como en el poli(adipato de etileno), y el punto de fusión cae a aproximadamente 50-60 C.

Cómo se construye el enlace éster: polimerización por condensación en cuatro etapas

El PET se produce mediante polimerización por condensación, y cada enlace éster que se forma a lo largo del camino libera una pequeña molécula, generalmente agua o metanol.

Los productores de fibra eligen entonces entre virutas normales de calidad SD, FD, CD y TBR, porque el brillo y el comportamiento de teñido ya están fijados en la fase de viruta.

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De la estructura al rendimiento: cristalinidad, viscosidad intrínseca y punto de fusión

Dos números predicen la mayor parte de lo que hará un hilo de poliéster: la viscosidad intrínseca, que mide la longitud de la cadena, y la cristalinidad, que mide qué tan apretadas se aprietan esas cadenas.

La viscosidad intrínseca es el indicador práctico del peso molecular. Un espacio de 0,02 dl/g entre dos chips es aproximadamente del 8 al 10 por ciento del peso molecular promedio en peso, y se manifiesta como tenacidad, alargamiento, absorción de tinte y roturas de filamentos durante el texturizado.

Por qué la columna vertebral decide cómo se tiñe el poliéster

El PET estándar no lleva grupos laterales iónicos, por lo que no se puede teñir como el algodón. Los colorantes dispersos deben disolverse en las regiones amorfas de la fibra, y eso sólo ocurre a unos 130 C y 2 a 3 bar de presión.

Los éster carbonilos son débilmente polares, pero no son sitios colorantes. Por debajo de una temperatura de transición vítrea cercana a 70-80 C, las cadenas amorfas se congelan y las moléculas de tinte no pueden pasar entre ellas. Por encima de los 130 C, la estructura se abre, el tinte se difunde y queda atrapado mientras la fibra se enfría.

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Dónde se rompe la estructura: hidrólisis, reciclaje y longitud de la cadena

El enlace éster es el punto débil del poliéster y cada ruta de reciclaje comercial lo ataca deliberadamente.

El reciclaje mecánico mantiene la columna vertebral pero la acorta. Calor, humedad y cizallamiento durante la refundición de las cadenas cortadas, por lo que un filamento 100 por ciento reciclado puede llegar a tener entre 0,05 y 0,10 dl/g por debajo de la viscosidad virgen. Sin extensores de cadena ni una mezcla virgen, la tenacidad y la uniformidad del tinte se desvanecen.

• Glucólisis: el etilenglicol a 180-240 C rompe las cadenas para formar tereftalato de bis(2-hidroxietilo), que puede repolimerizarse en un nuevo PET.
• Metanólisis: el metanol a 180-280 C y 20-40 bar devuelve tereftalato de dimetilo y glicol.
• Hidrólisis: vapor o agua a alta temperatura y presión devuelve ácido tereftálico y glicol.

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Lectura de una especificación de poliéster: lo que le dice la estructura

Una hoja de datos de poliéster es un informe estructural disfrazado y cuatro valores contienen la mayor parte de la información que necesita un comprador.

• Viscosidad intrínseca: 0,62-0,68 dl/g es el grado de fibra normal. Los valores más bajos giran más frío pero se rompen con más frecuencia durante el texturizado, mientras que los valores más altos necesitan más calor para dibujar.
• Número de deniers y filamentos: 75D/72F brinda un tacto suave y drapeado, mientras que 150D/48F brinda volumen y cobertura. El número de filamentos también cambia la forma en que se refleja la luz, lo que cambia el tono aparente.
• Contenido de comonómero: ácido isoftálico, dietilenglicol o 5-sulfoisoftalato de sodio reducen la cristalinidad y mueven el punto de fusión. Por encima de aproximadamente el 3% molar, el PET ya no es apto para botella.
• Humedad y acabado: el PET recupera alrededor del 0,4 por ciento de humedad, por lo que se seca rápidamente pero genera estática, y el acabado del centrifugado decide cómo funciona en la máquina de tejer.

Los compradores que necesitan versiones estándar, catiónicas, muy elásticas y recicladas del mismo hilo en un solo programa suelen acortar la etapa de prueba y error trabajando con un proveedor de hilo diferencial que recorre las cuatro líneas.

Estructura de poliéster: preguntas frecuentes

¿Cuál es la fórmula química del poliéster?

Para el PET textil, la unidad de repetición es C10H8O4 y el polímero se escribe (C10H8O4)n. Una resina comercial no tiene una fórmula molecular única, porque cada lote es una distribución de longitudes de cadena en lugar de una molécula. La notación en sí se descomprime en esta explicación de la poliéster PET fórmula C10H8O4 .

¿El poliéster textil es químicamente igual que el poliéster para botellas?

Sí, ambos son PET. La diferencia radica en la longitud de la cadena y los aditivos: el grado de fibra tiene una viscosidad intrínseca de 0,62 a 0,68 dl/g, el grado de botella a 0,75-0,85 dl/g, y los grados de fibra a menudo llevan dióxido de titanio para opacar o comonómeros para teñir.

¿El poliéster reciclado mantiene la misma estructura?

La columna vertebral es idéntica, pero la distribución de la longitud de la cadena es más amplia. El PET reciclado mecánicamente suele mostrar un mayor contenido de oligómeros y una viscosidad intrínseca entre 0,05 y 0,10 dl/g menor, razón por la cual muchas fábricas lo mezclan con resina virgen o añaden extensores de cadena.

¿Por qué el poliéster necesita teñido a alta temperatura?

Debido a que la fibra no ofrece sitios de tinte iónico y sus regiones amorfas están congeladas por debajo de una temperatura de transición vítrea cercana a 70-80 C. El tinte disperso necesita aproximadamente 130 C y 2-3 bar para difundirse. Los grados catiónicos que se pueden teñir agregan grupos sulfonato a la cadena, por lo que se puede generar el mismo tono a aproximadamente 100 C.