La transparencia, la resistencia mecánica, el efecto barrera pueden variar al cambiar el grado de cristalinidad

Hemos abordado, en artículos anteriores, algunos aspectos importantes en el uso de PET para la producción de artículos manufacturados, como el viscosidad y peso molecular o el principales fenómenos de degradación del PET.

En este artículo vemos otro aspecto importante, que se refiere a la gestión del grado de cristalinidad del PET y cómo, su variación, puede influir en muchos factores estructurales, como la transparencia de los artículos fabricados, los aspectos estructurales y mecánicos y el efecto barrera hacia los componentes que contendrá el producto.

Para ir directamente a los aspectos técnicos, podemos decir que el PET es un polímero semicristalino, esto significa que su estructura sólida se compone de una fase amorfa, en la que las macromoléculas que la constituyen se disponen en bolas estáticas, y de una fase cristalina, en la que las cadenas se disponen en una forma geométrica precisa.

Dicho esto, podemos ver que el PET es un polímero que se puede someter a cristalización, pero, como todos los polímeros, es nunca lo alcanzará por completo debido a la propia naturaleza de las macromoléculas que lo componen y su irregularidad.

Las cadenas, de hecho, tienden a ordenarse hacia distancias intermoleculares mínimas, ya que el principio general que regula la agregación de macromoléculas para la formación de una estructura cristalina es la formación de interacciones inter e intracadena, a través de la regularidad de los ángulos de torsión de la macromolécula.

La relación entre las dos fases depende de muchos factores, como las características intrínsecas del material y los procesos térmicos que ha sufrido.

Durante la fase de cristalización del PET, las macromoléculas forman una estructura laminar, en la que las cadenas se repliegan sobre sí mismas de manera ordenada , pero, al mismo tiempo, se produce la creación de áreas externas desordenadas.

El PET, al estar formado por estas dos fases, se dispone y organiza en dominios, en los que coexisten las dos fases, creando un límite máximo de cristalización térmica de los 50 -60% y, en algunos casos, es necesario utilizar agentes de nucleación para alcanzar el valor límite.

Recordando que la cristalización no óptima de los polímeros puede dar lugar a una cierta opacidad de los artículos fabricados, podemos decir que el PET tiene una baja velocidad de cristalización y, por ello, combinado con otras propiedades, ha tenido una rápida difusión en el mundo del packaging.

Durante el procesamiento de PET, el pico de cristalización se puede alcanzar a una temperatura de aproximadamente 160 - 170 °C, pero también hay otro sistema para alcanzar esta fase, que es el mecanico.

De hecho, con operaciones de estirado mecánico a una temperatura determinada, se crea una cristalización inducida, que consiste en una orientación forzada del macromoléculas en la dirección del estiramiento.

En la orientación uniaxial, en la que el esfuerzo se aplica en una sola dirección, se forman unas estructuras denominadas fibrillas, en la biaxial, en la que el esfuerzo tiene dos componentes perpendiculares entre sí, se forman cristales grandes y planos (placas).

Este fenómeno está influenciado por cuatro factores principales:

- La cantidad de estiramiento

- La velocidad del planchado

- La temperatura

- El peso molecular

La combinación de estas cuatro entidades determina las características del PET y, en consecuencia, la calidad del mismo, de esta manera, definir un parámetro que puede caracterizar el producto como resultado de estas combinaciones, se utiliza un indicador definido como "grado de cristalinidad", con el que queremos indicar el porcentaje de material que se encuentra en fase cristalina con con respecto a la cantidad total tenida en cuenta.

En particular, un aumento en el grado de cristalinidad conduce a un mayor empaquetamiento y, gracias a la presencia de dominios cristalinos que actúan como nodos físicos de la red, se produce una mejora en las propiedades mecánicas.

Al mismo tiempo, como ya hemos dicho, se produce un aumento en la cristalinidad de la producto puede conducir a una cierta opacidad del mismo, debido a los diferentes índices de refracción, de hecho, esto debe tenerse muy en cuenta si se desea producir botellas transparentes.

Pero también hay que fijarse en el tamaño de los cristales, de hecho, dos recipientes con el mismo grado de cristalización pueden tener diferentes transparencias u opacidades, por lo tanto, cuanto más grandes sean los cristales, mayores serán las posibilidades de producir botellas opacas.

La cristalización por estirado está ligada al fenómeno del endurecimiento por deformación, que implica un aumento de las propiedades mecánicas, térmicas y de barrera de resistencia de tereftalato de polietileno, determinando el éxito en la producción de envases.

el punto que identifica el inicio de este fenómeno se define como Natural Stretch Ratio (NSR).

En consecuencia, al soplar una preforma, debe alcanzarse un grado de deformación (relación de estiramiento) igual o ligeramente superior a la NSR, para poder tener el aumento de propiedades necesario para obtener un producto ligero y conforme.

Otro factor importante a tener en cuenta al soplar preformas, que afecta a la cristalización del material, es la presencia de agua.

De hecho, si el contenido de agua en el PET teóricamente puede llegar al 1% de su peso, hay que tener en cuenta que su presencia puede variar las propiedades físicas, mecánicas y de barrera. .

Esto se produce porque el agua es un plastificante lo que afecta a la orientación del material, a la estabilidad térmica y, por tanto, también a la cristalización inducida. por estiramiento, creando una situación de flujo entre las macromoléculas, reproduciendo una similitud con un polímero de menor viscosidad.

El porcentaje de agua también afecta a la relación de estiramiento natural y, por tanto, a las propiedades del producto acabado, con el mismo estiramiento axial y radial, una preforma que contenga agua tendrá propiedades inferiores, como si fuera soplada a mayor temperatura.

Traducción automática. Nos disculpamos por cualquier inexactitud. Artículo original en italiano.