Métodos

6.2.1. Síntesis de PET asistida por microondas

6.2.1.1. Síntesis a partir de EG y TPA

Para la MAS se utilizó un reactor monomodal Monowave 300 de Anton Paar. La reacción se llevó a cabo en un vial sellado de 10 mL de vidrio de borosilicato (sistema cerrado), durante 45 minutos, con agitación magnética de 1200 rpm. Para alcanzar la temperatura de reacción se utilizó la modalidad de calentamiento de potencia constante a 200 W, después de haber alcanzado la temperatura de reacción el equipo regula la potencia, la cual disminuye progresivamente durante la reacción, hasta alcanzar valores de 30 W o menores al final de la MAS.

Una mezcla de reacción de 5 g formada por EG, TPA y 1.5 mg de trióxido de antimonio (Sb2O3) se introdujo en el vial de reacción y posteriormente fue burbujeada con nitrógeno para remover el exceso de oxígeno. Generalmente, para la etapa de esterificación entre el EG y el TPA, no se hace uso de catalizadores, ya que como se mencionó anteriormente ésta es catalizada por grupos ácidos[9]. Para la etapa posterior, la policondensación del BHET,

39 uno de los catalizadores más utilizados es el Sb2O3[12]. Este catalizador se agregó desde el inicio de la reacción por dos razones, la primera es que a nivel industrial usualmente se hace de esta manera[5, 49] ya que en esta etapa la viscosidad de la mezcla de reacción es baja en relación a etapas posteriores, lo cual ayudará a que el catalizador tenga una mejor dispersión, y la segunda es que se ha encontrado que tiene un efecto nulo o menor sobre la esterificación[7, 49].

Se llevaron a cabo reacciones a 250, 260, 270 y 280 °C a relaciones molares de monómeros EG/TPA de 1.6, 1.8 y 2.0. La selección de intervalos de temperatura y relación molar, se hizo con base en las condiciones que se utilizan generalmente en los procesos de síntesis convencional reportadas en la literatura [5, 9, 10, 50–53]. El tiempo de reacción de 45 minutos está delimitado por el tiempo máximo durante el que es posible operar de manera segura el reactor microondas a 280 °C, y para efectos de comparación se utilizó para las tres temperaturas restantes.

Las condiciones de reacción fueron identificadas de la siguiente manera, T y R hacen referencia a la temperatura de reacción y relación molar, respectivamente. Los subíndices que preceden a las letras mayúsculas, indican a que temperatura fue llevada a cabo la reacción, en el caso de T, y la relación molar EG/TPA utilizada cuando van después de R.

De esta manera la etiqueta T270R1.6, por ejemplo, hace referencia a la reacción que fue llevada a 270 °C y relación molar EG/TPA de 1.6.

6.2.1.2. Síntesis a partir de Bis-2-hidroxietil tereftálato (BHET)

La síntesis de PET a partir de BHET se realizó utilizando 5 g de BHET y 300 ppm de Sb2O3

como catalizador, en un vial sellado de 10 mL, durante 45 minutos de reacción, con agitación magnética de 1200 rpm, en la modalidad de calentamiento de potencia constante de 200 W.

40 6.2.2. Síntesis de PET/TiO2 asistida por microondas

Para la MAS del PET en presencia de NP-TiO2, también se utilizó el reactor monomodal Monowave 300 de Anton Paar. La reacción se llevó a cabo en un vial sellado de 10 mL de vidrio de borosilicato (sistema cerrado) con agitación magnética de 1200 rpm y con 5 g de mezcla de reacción. El tiempo de reacción fue de 45 minutos, a 270 °C y relación molar de monómeros EG/TPA de 1.8, que fueron las condiciones determinadas como óptimas en la MAS de PET en ausencia de NP-TiO2. El nanocompuesto (NC) PET/TiO2 fue sintetizado utilizando 0.5, 1 y 2 % de NP-TiO2, porcentajes seleccionados en base a los valores reportados en la literatura de la elaboración de nanocompuestos poliméricos con TiO2 [19, 54–57]. Se llevaron a cabo reacciones con y sin catalizador para determinar la existencia de alguna interferencia entre el NP-TiO2 y éste, y en los casos en que sí se utilizó, se agregaron 1.5 mg de Sb2O3 (300 ppm). Previamente a ser llevada al reactor, la mezcla de reacción fue burbujeada con gas nitrógeno para remover el exceso de oxígeno.

6.2.3. Purificación de PET y PET/TiO2

Se disolvió la mezcla de reacción en 200 mL de metanol y se llevó a agitación magnética por 4 h, posteriormente se filtró a vacío utilizando un filtro Whatman no. 6 dónde se recuperó una mezcla sólida de PET no enlazado a las nanopartículas, las nanopartículas modificadas (NP-TiO2/PET) y TPA sin reaccionar, y en el filtrado quedaron disueltos EG, agua y el prepolímero bis-2-hidroxyetil tereftálato (BHET). El TPA se separó de la mezcla sólida constituida por PET y NP-TiO2/PET con un procedimiento similar, pero utilizando 25 mL de dimetilsulfóxido. De este proceso el TPA quedó disuelto en el filtrado y en la parte sólida se obtuvo una mezcla de PET y NP-TiO2/PET. En el caso de la síntesis de PET a partir de BHET, fue necesario únicamente el primer paso de esta separación, es decir, disolverlo en metanol y la posterior filtración a vacío. Y en el caso de las reacciones llevadas a cabo en ausencia de NP-TiO2, aquí terminó la etapa de separación, ya que no había presencia de NP- TiO2/PET.

41 6.2.4. Extracción de TiO2/PET del Nanocompuesto PET/TiO2

En lo que respecta a los nanocompuestos (NC), el PET no enlazado a las nanopartículas (PET extraído) fue separado del NP-TiO2/PET, con un procedimiento similar a los anteriores, pero utilizando 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-isopropanol (HFIP) y cloroformo en una relación en volumen 90/10, las membranas utilizadas en esta parte de la separación fueron de politetrafluoroetileno (PTFE), con un diámetro de 47 mm y un tamaño de poro de 0.2 μm.

En el filtrado quedó disuelto el PET no enlazado (PET extraído) que fue recuperado por precipitación con metanol, este último procedimiento se repitió al menos 3 veces y hasta que no se observó precipitación de PET en el filtrado. De este procedimiento se recuperó como sólido el NP-TiO2/PET. El PET, PET extraído y NP-TiO2/PET fueron posteriormente caracterizados con las técnicas descritas en la sección “6.3. Técnicas de caracterización”.