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El Poliéster

El Poliéster  ¿Es tela o es botella?

Muy a menudo surge la anterior pregunta, y cuando se le responde que es lo mismo; el asombro y la incredulidad en la cara es digno de ser publicada en el perfil de Facebook!
 

El origen del Poliéster tiene un fallido nacimiento en el año 1929 en los laboratorios de Dupont, cuando Wallace Carothers en su búsqueda de fibras sintéticas comienza a experimentar con etilenglicol y  ácido tereftálico, pero descarta estas investigaciones ya que los resultados con aminas le parecían más prometedoras que con los glicoles. Dupont y Carothers, por un lado acertaron con esa decisión, ya que los llevó al desarrollo de las Poliamidas, mejor conocidas como Nylon, pero por otro lado dejó el camino libre para que otras personas desarrollaran el Poliéster.

La caza por nuevas fibras sintéticas para rivalizar con el Nylon y el Rayón había comenzado; el camino hacia los poliésteres lo consiguieron Jhon Rex Whinfield y James Tennant Dickson a finales de la década de 1930.

J. R. Whinfield (left) and J. T. Dickson (right) (photograph circa 1942)

 

Whinfield y su asistente Dickson trabajaban para una empresa textil británica de nombre: Calico Printer’s Association ubicada en la ciudad de Manchester. Ellos  descubrieron cómo condensar el ácido tereftálico y el etilenglicol para producir un nuevo polímero que pudiera caer dentro de la clasificación de una fibra. Whinfield y Dickson patentaron su invento en julio de 1941 bajo el nombre de “Polyethylene Terephthalate, PET” (Tereftalato de Polietileno), pero debido a restricciones de secreto en tiempos de guerra no se hizo público hasta 1946.

En 1926 se funda en Londres, la Imperial Chemical Industries (ICI); la misma surge de la fusión de cuatro compañías: Brunner Mond, Nobel Explosives, United Alkali Company, y British Dyestuffs Corporation. La ICI comienza a producir químicos, explosivos, fertilizantes, insecticidas y colorantes entre otros, con lo cual pasa a competir con la Dupont e IG Farben. En octubre de 1929 DuPont e ICI acordaron compartir información sobre las patentes y los avances de la investigación.

Como nos indica su nombre, la Calico Printer’s Association, se especializaba en la impresión y acabado de textiles, y no contaba con el interés ni el potencial financiero para desarrollar la nueva fibra sintética, por lo que cedieron  la licencia a ICI donde el equipo conformado por W.K. Birtwhistle y C.G. Ritchiethey se dedicaron a llevar del laboratorio al proceso industrial la producción de la fibra de Poliéster. ICI patenta la fibra bajo la denominación comercial de Terlyne.

Al finalizar la guerra, Dupont conocía el potencial de las fibras sintéticas por su experiencia con la medias al sustituir la seda por Nylon, y viendo el potencial del Tereftalato de Polietileno como sustituto del algodón, regresa a sus investigaciones sobre los Poliésteres, pero ya la ICI había registrado la patente a su nombre, por lo que en el año 1945 tuvo que comprar los derechos para comercializarla en los Estados Unidos; en 1950 inició su producción bajo la denominación “Dacrón”.

Tanto DuPont como ICI continuaron sus investigaciones a partir del poliéster, pero ahora no como fibra sino como películas, DuPont patenta en 1952 el Mylar  y  posteriormente ICI lo registra como Melinex. Estas películas (PET Films) gracias a sus propiedades, le permitieron al PET incursionar en nuevas aplicaciones como cintas de audio magnéticas, cintas de videos, dieléctricos de condensadores y empaques.

 

poliester doy pack

Por la década de los 1970, la película de Mylar representaba la mayor venta de DuPont en el área de películas, sustituyendo al Celofán. A nivel de los empaques flexibles, las películas de PET como el Mylar y Melinex son ampliamente utilizadas en empaques flexibles por su resistencia a las perforaciones y excelente barrera al oxígeno.

En los años de 1975 y 1976 en medio de los problemas de racionamiento de gasolina en los EE.UU. por la crisis del petróleo, hace su aparición paradójicamente un nuevo envase rígido derivado del petróleo: la botella de PET para las bebidas carbonatadas. El desarrollo para el uso del poliéster (PET) en botellas plásticas de uso comercial inició en la década de 1960 y se intensificó durante el período 1971-1975 gracias a Nathaniel Wyeth.

 

Wyeth trabajaba como ingeniero de campo para DuPont, y un día se preguntó: ¿Por qué no podemos colocar una soda (refresco o bebida carbonatada) en una botella?  Su curiosidad lo llevó a experimentar con una botella de detergente; evidentemente el envase no soportó la presión interna, posteriormente experimentó con otros materiales hasta que llegó al Tereftalato  de Polietileno (PET), recibiendo la patente en 1973 por el desarrollo de un proceso que permitía la alineación en dos dimensiones de las moléculas de este material.

El proceso consta de dos etapas; en la primera, se crea una “preforma” por inyección y en la segunda el material se sopla sobre el molde final; de esta forma se logra la alineación biaxial del material, obteniendo un producto final ligero, transparente y resistente.

botellas pet

Hoy en día el Tereftalato  de Polietileno, es uno de lo materiales de mayor uso a nivel de los empaques, no solo en las botellas de PET, sino en muchos empaques flexibles que son sometidos a altas temperaturas, así como las bandejas de comida preparada que  introducimos en el microondas.

 Para los que todavía se confunden, el término “PET” es más utilizado en envases y el término “Poliéster” está comúnmente asociado a telas o prendas de vestir, aunque realmente en ambos casos estamos hablando de Tereftalato  de Polietileno.

 logo reciclaje petEl desarrollo de la botella de PET desechable, destronó el concepto de las botellas reutilizables de vidrio. Este cambio en la cultura de consumidor, motivado a la comodidad de desechar en vez de reutilizar, tiene todavía sus consecuencias en el medio ambiente. Nuestra determinación y acción para contar con un buen sistema de recolección es lo que permitirá incluir al PET como un gran benefactor de la humanidad.
 

  Videos:

Mylar Plastic Film (BoPET): “Whats It to You” 1955 Dupont 24min

 

Bibliografía y Webgrafía:

http://www.whatispolyester.com: http://www.whatispolyester.com/history.html

About Inventors:

 http://inventors.about.com/library/inventors/blpolyester.htm

Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Vallalodid:

http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-6/pet/un_poco_de_historia.htm

Fibras sintéticas y artificiales.webnode:

http://fibras-articiales.webnode.mx/poliester/historia-antecedentes/

madehow.com:  http://www.madehow.com/Volume-2/Polyester.html

cemguide.comhttp://www.chemguide.co.uk/organicprops/esters/polyesters.html

Dupont.com:

http://www2.dupont.com/Phoenix_Heritage/en_US/1952_detail.html

http://www2.dupont.com/Products/en_RU/Mylar_en.html

plastictechnologies.comhttp://www.plastictechnologies.com/company/history/pet_industry

Wikipedia:   www.wikipedia.com

 

 

 

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El Nylon

El Nylon: no vamos hablar de medias, 

pero a medias, !hablaremos de ellas!

 

Aunque cuando hablamos del Nylon todos pensamos en medias, ésta no es su única aplicación. Hay enormes usos de este polímero de la familia de las poliamidas, como en los engranajes y en los empaques, especialmente aquellos que tienen aplicaciones muy sofisticadas.

 

Esta historia tiene simplemente dos nombres:Wallace Hume Carothers y la empresa DuPont.

Sobre la empresa Dupont ya hemos hablado de sus orígenes en el artículo del Celofán; por lo tanto ahora vamos hacerle los honores a Wallace.

El 27 de abril de1896 nace en Burlington, Iowa, Wallace Hume Carothers, uno de los grandes químicos orgánicos; su destacado desempeño académico fue evidente en la Universidad Tarkio College en Missouri. Comenzó su experiencia docente en la Universidad de Dakota del Sur, posteriormente recibió una Maestría y Doctorado en la Universidad de Illinois. En 1924 era profesor en la Universidad de Harvard, donde comenzó sus investigaciones sobre las estructuras químicas de los polímeros.

En 1928, la compañía química DuPont abrió un laboratorio de investigación para el desarrollo de materiales artificiales, decidiendo con mucho coraje que la investigación básica era el camino a seguir en ese momento y comenzó un reclutamiento de reconocidos académicos para guiar estas investigaciones.

Entre los académicos contactado se encontraba Wallace Carothers; la oferta fue tentadora, pero la principal motivación para aceptar, fue el hecho de que la enseñanza no era lo que le más gustaba; él estaba en la Universidad porque le permitía  tener contacto con los laboratorios.

A los 32 años, Wallace dejó su puesto en la Universidad de Harvard para dirigir la división de investigación de DuPont; él y sus colaboradores se centraron en el estudio de la composición de polímeros naturales, tales como la celulosa, la seda y el caucho, con la idea de producir materiales sintéticos parecidos a estos.

Este equipo comenzó a trabajar sobre una adquisición de patente la que realizó DuPont a la Universidad de Notre Dame; esta patente estaba basada en la química del acetileno y del divinilacetileno, una sustancia que se convertía en un compuesto elástico similar al caucho o goma elástica. 

En abril de 1930 uno de los ayudantes de Carothers, Arnold M. Collins, aisló un nuevo compuesto líquido, Cloropreno, que espontáneamente se polimeriza para producir un sólido gomoso. El nuevo polímero inicialmente se llamó Dupreno para posteriormente cambiar a Neopreno y es similar químicamente al caucho natural, lo que animó a DuPont para explotarla y se convirtió en el primer éxito de este laboratorio, aunque comercialmente no fue competencia para el caucho natural debido a sus altos costos de producción; hoy en día es ampliamente conocido en los trajes para submarinistas.

Poco después del desarrollo del Neopreno, el equipo de investigación vuelve a sus esfuerzos en pro de una fibra sintética que pudiera sustituir a la seda. Japón era la principal fuente de la seda y las relaciones comerciales entre los dos países se estaban deteriorando por la inminente guerra que se avecinaba.

Carothers junto a otro colaborador Julian W. Hill, crearon una fibra sintética fuerte y elástica en base a la reacción de glicoles y ácidos dibásicos con ácidos fuertes a presión reducida; Wallace estaba a punto de desarrollar el Poliéster (PET), pero lo veía problemático para un textil, debido a que tenían bajo punto de fusión y una alta solubilidad en disolventes. Después de algunos intentos suspendió esta línea de investigación; esta decisión tuvo la consecuencia de que más tarde DuPont tuvo que comprar la patente del Poliéster a la Imperial Chemical Industries (ICI) para poder comercializarla en los Estados Unidos.

DuPont animó a Carothers para no rendirse en el campo de las fibras sintéticas, y a principios de 1934 él y su equipo utilizaron las aminas en lugar de glicoles para producir poliamidas en vez de poliésteres. Las poliamidas son proteínas sintéticas y son más estables que los poliésteres, que son estructuralmente similares a las grasas y aceites naturales.

Nylon obtenciónCarothers como buen científico tenía la costumbre de numerar sus especímenes; en este caso lo hizo en base al número de átomos de carbono que contenían los reactivos. El 28 de Febrero de 1935 le tocó el turno al espécimen número 66 el cual estaba constituido por la resina del ácido adípico y hexametilendiamina. Hill, el asistente de Carothers, observa que del polímero fundido se pueden extraer fibras con apariencias sedosas, a continuación hizo un importante e inesperado descubrimiento: una vez enfriados estos filamentos podían ser estirados para formar fibras muy fuertes. Esto atrajo su atención y la de los otros que trabajaban con él y se cuenta que un día, mientras Carothers había ido al centro de la ciudad, Hill y sus compañeros intentaron ver lo lejos que podrían llegar estirando una de estas muestras. Tomaron una bola pequeña en una varilla de agitar, bajaron corriendo al vestíbulo y la estiraron formando una larga cuerda. Mientras hacían esto, notaron la gran apariencia sedosa de los filamentos extendidos y se dieron cuenta que con el proceso efectuado la resistencia del producto se incrementó; supusieron que lo que estaba ocurriendo a nivel molecular, es que estaba ocurriendo una reorientación de las moléculas.

El grupo de Carothers  descubrió una fibra de poliamida excepcional; su primera aplicación fue en cepillos de dientes y la fibra se le conoció como Tiber 66 hasta septiembre de 1938.

Con respecto al origen del nombre Nylon ( Nailon en español), hay varias y curiosas versiones entre las cuales tenemos:

–          Había dos ciudades en las que se esperaba que tuviese gran éxito este invento, y por las cuales le pusieron el nombre a la fibra: New York(Ny) y Londres(Lon).

–          Otros dicen que su nombre no es un juego de palabras; que no hace referencia a dos ciudades (Nueva York y Londres), que conjugadas en idioma inglés dan como resultado NyLon, sino que según John W. Eckelberry (DuPont), “nyl” es una sílaba elegida al azar y “on” es en inglés un sufijo de muchas fibras.

–          Otra versión dice que el nombre debería haber sido “no-run”, indicando que las medias hechas por este material no se rompían con facilidad pero por razones jurídicas fue cambiado a Nylon.

–          Otra leyenda atribuye el nombre a abreviaciones de exclamaciones como “Now You Lousy Old Nipponese“ (o “Now You Look Old Nippon“) como sustituto de la seda y en contra de los japoneses que habían ocupado a China en la Segunda Guerra Mundial.

El Nylon, la primera fibra sintética con éxito, se hizo tan familiar para el mundo como la lana o la seda. Desafortunadamente, Wallace Hume Carothers murió demasiado pronto para ver el impacto que su invento tendría en la industria y la vida cotidiana. Se obsesionó con la idea de que el trabajo de su vida no tenía sentido; estuvo batallando con ataques de depresión hasta que el 29 de abril de 1937; dos días después de su cuadragésimo primer cumpleaños Wallace Hume Carothers se quitó la vida por el consumo de una ración de cianuro venenoso.

Dada la escasez de seda motivada a la Segunda Guerra Mundial, Dupont había decidido comercializar el nylon como sustituto de la seda en la medias para damas, dejando otras aplicaciones para más adelante. El Nylon entró en producción en 1939, y la presentación de las medias de Nylon en la Feria Mundial de Nueva York de ese año, fue una sensación, bajo el lema “tan fuerte como el acero, tan fino como una tela de araña”.

Dupont dentro de una gran estrategia de mercadeo decide registrar el proceso de fabricación del Nylon,  pero no lo registra como marca; de esta forma el nombre se convierte en un genérico sinónimo de medias. El 15 de mayo de 1940 durante su lanzamiento, la historia del Nylon da un salto abismal hacia su éxito: las mujeres hacían fila en las tiendas de todo el país para comprar estas medias hechas con un sustituto de la seda. Con un precio de un dólar el par, se vendieron 5 millones de pares ¡el primer día!

Con el inicio de la Segunda Guerra Mundial, el uso posiblemente banal del Nylon cambió; toda la producción fue orientada hacia la fabricación de paracaídas, sogas, ropa de combate, cauchos de aviones, redes, hamacas y balsas salvavidas. Culminada la Segunda Guerra, las ventas de medias de nylon regresaron a ritmos más altos, inclusive que antes de la guerra.

Después de la guerra, Dupont comenzó a desarrollar el Nylon para aplicaciones  industriales y de ingeniería. Registró la marca Zytel y la comercializó como resina de bajo peso, de alta resistencia al calor, y resistente a los corrosivos químicos.

Los Nylons han encontrado campos de aplicación como materiales plásticos en aquellos sectores o usos particulares donde se requiere más de una de las propiedades siguientes: alta tenacidad, rigidez, buena resistencia a la abrasión, buena resistencia al calor. Debido a su alto costo no han alcanzado, naturalmente, la aplicabilidad de materiales tales como polietileno o poliestireno, los cuales tienen un precio tres veces más bajo que el del Nylon.

Las aplicaciones de los Nylon en el área industrial, las podemos encontrar en: asientos de válvulas, engranajes, cojinetes, rodamientos, etc. El principal beneficio de elaborar esas piezas en Nylon, es que pueden funcionar sin lubricación y son silenciosas comparadas con las metálicas.

 

En el mundo del empaque, específicamente en el empaque flexible, las películas de Nylon son utilizadas por sus excelentes propiedades de resistencia química, resistencia a la penetración y resistencia térmica, lo cual permite la esterilización.

Las películas de Nylon o Poliamidas más utilizadas en envases flexibles destacan la PA6 y PA66; la PA66 mantiene un buen balance entre la resistencia mecánica, rigidez, resistencia a la temperatura y al desgaste. Sin embargo, la PA6 es más fácil de procesar por requerir menores temperaturas. Son muy comunes encontrarlas dentro de películas extruidas multicapas para el envasado de embutidos y quesos

Otro gran uso de las Poliamidas en envases flexibles  para productos alimenticios y farmacéuticos gracias a su resistencia a altas temperaturas, es la posibilidad de hervir la bolsa con los alimentos adentro o la esterilización del producto dentro de la bolsa en autoclaves. El Nylon laminado junto a otros materiales ha originado un material sustituto a los tradicionales envases de conservas de vidrio y latas metálicas; estos envases flexibles para conservas se conocen como empaques retortables.

Empaque retortable

 

 

 

 

 

 

 

 

Videos:

Chemistry Lesson Idea: What is Nylon and how is it made?

 

Bibliografía y Webgrafía:

Chemical Heritage Foundation:

http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/petrochemistry-and-synthetic-polymers/synthetic-polymers/carothers.aspx

Biographical  memoir of Wallace Hume Carothers by Roger Adams. National Academy of Science:

books.nap.edu/html/biomems/wcarothers.pdf

Dupont.com:

http://www2.dupont.com/Phoenix_Heritage/en_US/1939_c_detail.html

http://www2.dupont.com/Phoenix_Heritage/en_US/1927_detail.html

 

The Nylon Drama: by David A. Hounshell and John Kenly Smith, Jr.

http://invention.smithsonian.org/centerpieces/whole_cloth/u7sf/u7materials/nylondrama.html

Plastics Historical Society:

http://www.plastiquarian.com/index.php?id=77

Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Vallalodid:

http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/nylon/Nylon_file/page0001.htm

Tecnologías de los Plásticos:

http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/07/nylon.html

Wikipedia:

http://es.wikipedia.org/wiki/Wallace_Carothers

Inventors About.com:

http://inventors.about.com/od/nstartinventions/a/nylon.htm

California Polytechnic Pomona University:

http://www.csupomona.edu/~nova/scientists/articles/caro.html

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