Garrafa de refrigerante

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Antecedentes

A garrafa de refrigerante tão comum hoje em dia é feita de tereftalato de polietileno (PET), um plástico forte, porém leve. PET é usado para fazer muitos produtos, como tecido de poliéster, envoltórios de cabos, filmes, isolamento de transformadores, peças de geradores e embalagens. Ele representa 6,4% de todas as embalagens e 14% de todos os recipientes de plástico, incluindo a popular garrafa de refrigerante. Representando 43% das vendas, PET é a embalagem de refrigerante mais usada. O alumínio, em segundo lugar, é 34 por cento, enquanto o vidro, que costumava ser 100 por cento das garrafas, é apenas uma pequena porcentagem das vendidas hoje.

Os plásticos foram feitos pela primeira vez em 1800 a partir de substâncias naturais que eram caracterizadas por terem cadeias de moléculas. Quando essas substâncias foram combinadas com outros produtos químicos em laboratório, formaram produtos de natureza plástica. Embora saudados como uma invenção revolucionária, os primeiros plásticos tiveram sua cota de problemas, como inflamabilidade e fragilidade. Os poliésteres, o grupo de plásticos ao qual pertence o PET, foram desenvolvidos pela primeira vez em 1833, mas eram usados ​​principalmente em vernizes líquidos, muito longe da forma sólida e versátil que assumiram posteriormente.

Os plásticos puramente sintéticos, que representaram uma grande melhoria em relação aos plásticos anteriores, chegaram no início do século XX, mas ainda assim tinham aplicações limitadas. A experimentação continuou, com a maioria das centenas de novos plásticos criados nas décadas seguintes falhando comercialmente. O PET foi desenvolvido em 1941, mas foi somente no início dos anos 1970 que a garrafa de refrigerante de plástico se tornou uma realidade. Nathaniel C. Wyeth, filho do conhecido pintor N. C. Wyeth e um engenheiro da Du Pont Corporation, finalmente desenvolveu uma garrafa utilizável após muita experimentação.

A descoberta crucial de Wyeth foi uma maneira de aprimorar a técnica de moldagem por sopro para fazer garrafas de plástico. A moldagem por sopro é antiga, tendo sido usada na tecnologia de fabricação de vidro por aproximadamente dois mil anos. A fabricação de garrafas plásticas por moldagem por sopro não aconteceu até que os plásticos adequados fossem desenvolvidos por volta de 1940, mas a produção dessas garrafas era limitada por causa da espessura inconsistente da parede, gargalos de garrafa irregulares e dificuldade em aparar o produto acabado. A invenção da moldagem por sopro extensível da Wyeth em 1973 resolveu esses problemas, produzindo uma garrafa forte, leve e flexível.

O enorme sucesso das garrafas PET de refrigerante - em 1991, mais de oito bilhões de garrafas foram fabricadas nos EUA - resultou em um problema de descarte, mas a reciclagem das garrafas está crescendo e os fabricantes estão encontrando novas maneiras de usar PET reciclado.

Matérias-primas

O PET é um polímero, uma substância que consiste em uma cadeia de moléculas orgânicas repetitivas com grande peso molecular. Como a maioria dos plásticos, o PET é basicamente derivado de hidrocarbonetos de petróleo. É criado por uma reação entre o ácido tereftálico (C ₈ H ₆ 0 ₄ ) e etilenoglicol (C ₂ H ₆ 0 ₂ )

O ácido tereftálico é um ácido formado pela oxidação do para-xileno (C ₈ H ₁₀ ), um hidrocarboneto aromático, usando apenas ar ou ácido nítrico. O para-xileno é derivado do alcatrão de carvão e do petróleo por destilação fracionada, um processo que utiliza os diferentes pontos de ebulição dos compostos para fazer com que eles "caiam" em diferentes pontos do processo.

Na fabricação de garrafas de refrigerante de plástico, o plástico - tereftalato de polietileno (PET) - é primeiro polimerizado, o que envolve a criação de longa cadeias de moléculas. Uma vez que o plástico é preparado, ele passa por moldagem por sopro e estiramento. Nesse processo, um tubo longo (parison) de PET é colocado em um molde, e uma haste de aço (mandril) é inserida nele. Em seguida, o ar altamente pressurizado atira através do mandril e força o parison contra as paredes do molde. Uma peça de fundo separada é inserida no molde para dar forma à garrafa de forma que ela possa ficar em uma superfície plana.

O etilenoglicol é derivado do etileno (C ₂ H ₄ ) indiretamente por meio de óxido de etileno (C ₂ H ₄ 0), uma substância também encontrada no anticongelante. O etileno é um hidrocarboneto gasoso que está presente no petróleo e no gás natural, mas geralmente é derivado industrialmente por aquecimento de etano ou de uma mistura de etano-propano.

O processo de fabricação

Polimerização

• 1 Antes que as garrafas possam ser feitas, o próprio PET deve ser fabricado, ou polimerizado. Na polimerização, moléculas menores são combinadas para formar substâncias maiores. Para fazer PET, o ácido tereftálico é primeiro combinado com metanol (CH ₃ OH). Esta reação produz tereftalato de dimetila e água. Em seguida, o dimetil tereftalato é combinado com um excesso de etilenoglicol a 305 graus Fahrenheit (150 graus Celsius) para produzir outra substância, bis 2-hidroxietil tereftalato e metanol.
• 2 A etapa final da polimerização envolve a polimerização de condensação do bis 2-hidroxietil tereftalato. Nesse processo, um polímero é formado enquanto outra molécula é liberada ou "cai". A polimerização de condensação de bis 2-hidroxietil tereftalato é realizada em vácuo a 530 graus Fahrenheit (275 graus Celsius) e resulta em cadeias de PET e etilenoglicol (ver etapa # 1 acima); a última substância é continuamente removida durante a polimerização e usada para fazer mais PET. Depois que a mistura de PET atinge a viscosidade necessária (espessura), ela é resfriada para evitar degradação e descoloração. Posteriormente, pode ser reaquecido para seus diversos usos.

Fabricação de garrafas

• 3 garrafas PET de bebidas são feitas usando um processo conhecido como moldagem por sopro e estiramento (também denominado moldagem por sopro de orientação). Primeiro, os pellets PET são moldados por injeção - aquecidos e colocados em um molde - em um tubo de plástico de parede fina, chamado de parison. O parison é então resfriado e cortado no comprimento adequado.
• 4 Em seguida, o tubo parison é reaquecido e colocado em outro molde, que tem o formato de uma garrafa de refrigerante, completo com tampa de rosca. Uma haste de aço (um mandril) é inserida no parison. O ar altamente pressurizado então dispara através do mandril e preenche o parison, pressionando-o contra as paredes internas do molde. A pressão do ar estica o plástico tanto radialmente ("para fora") quanto axialmente ("para baixo"). A combinação de alta temperatura e alongamento na direção desejada faz com que as moléculas se polarizem, se alinhem e se cristalizem essencialmente para produzir uma garrafa de resistência superior. Todo o procedimento deve ser feito rapidamente, e o plástico deve ser pressionado firmemente contra a parede, ou o frasco sairá deformado. Para dar ao fundo da garrafa sua forma côncava apropriada - para que possa ficar em pé - uma peça separada do fundo é fixada ao molde durante o processo de sopro.
• 5 O molde deve então ser resfriado. Diferentes métodos de resfriamento são usados. A água nos canos pode fluir ao redor do molde, ou dióxido de carbono líquido, ar úmido altamente pressurizado ou ar ambiente é injetado na garrafa para resfriá-la mais diretamente. O procedimento é preferencialmente feito rapidamente, para endurecer a garrafa antes que ocorra o deslizamento (fluxo).
• 6 A garrafa é então removida do molde. Na produção em massa, pequenas garrafas são formadas continuamente em uma série de garrafas anexadas que são separadas e aparadas. Outros cortes devem ser feitos sempre que o plástico vazou pelas rachaduras do molde (como acontece com a massa de panqueca quando espremida em uma máquina de waffles). Dez a 25 por cento do plástico é perdido dessa forma, mas pode ser reutilizado.
• 7 Alguns produtores de refrigerantes fazem suas próprias garrafas, mas geralmente as garrafas acabadas são enviadas de fabricantes especializados para empresas de refrigerantes em caminhões. O plástico é barato para transportar porque é leve. Acessórios como tampas e etiquetas são fabricados separadamente. Ocasionalmente, o fabricante da garrafa de plástico colocará rótulos fornecidos pela empresa de refrigerantes nas garrafas antes de enviá-las.

Controle de qualidade

A polimerização é uma reação delicada que é difícil de regular uma vez que as condições são estabelecidas e o processo é colocado em movimento. Todas as moléculas produzidas durante a reação, algumas das quais podem ser efeitos colaterais e impurezas, permanecem no produto acabado. Depois que a reação começa, é impossível interrompê-la no meio e remover as impurezas, e também é difícil e caro eliminar produtos indesejados quando a reação é concluída. A purificação de polímeros é um processo caro e a qualidade é difícil de determinar. Variações no processo de polimerização podem causar mudanças que são indetectáveis ​​em testes de controle de rotina.

A polimerização do ácido tereftálico e do etilenoglicol pode produzir duas impurezas:dietilenoglicol e acetaldeído. A quantidade de dietilenoglicol é mantida em um mínimo, para que as propriedades finais do PET não sejam afetadas. O acetaldeído, que se forma tanto durante a polimerização como durante a produção da garrafa, dará um sabor estranho ao refrigerante se for produzido em grandes quantidades. Usando técnicas de moldagem por injeção ideais que expõem o polímero ao calor por um curto período de tempo, concentrações muito baixas de acetaldeído aparecem e o sabor da bebida não é afetado.

Os testes são realizados nas características específicas do PET que o tornam perfeito para garrafas de bebidas. Vários padrões e testes foram desenvolvidos para plásticos ao longo dos anos. Por exemplo, o PET deve ser à prova de estilhaçamento em condições normais, de modo que as garrafas são submetidas a testes de resistência ao impacto que envolvem deixá-las cair de uma altura específica e atingi-las com uma força especificada. Além disso, a garrafa deve manter seu formato, bem como resistir à pressão enquanto empilhada, de modo que a resistência à deformação é medida por meio de testes de deformidade sob pressão. Além disso, os refrigerantes contêm dióxido de carbono; é isso que dá a eles sua efervescência. Se o dióxido de carbono conseguisse escapar pelas paredes de plástico da garrafa, a maioria das bebidas compradas já estaria vazia. Portanto, a permeabilidade da garrafa ao dióxido de carbono é testada. Até sua transparência e brilho são testados. Todos os testes visam a consistência de tamanho, forma e outros fatores.

Reciclagem

Grande parte dos bilhões de garrafas PET produzidas a cada ano são jogadas fora, gerando uma séria preocupação ambiental. Já foram realizadas ações para conter o fluxo de resíduos, principalmente na área de reciclagem. Apenas o alumínio tem um preço mais alto no centro de reciclagem do que o PET, então, com uma taxa de recuperação de um a dois centavos, o PET é o plástico mais amplamente reciclado. Os produtos feitos de garrafas PET recicladas incluem carpete, concreto isolamento e automóvel partes. Ainda assim, foi só em 1991 que apareceu a primeira garrafa PET de refrigerante usando PET reciclado. Consistindo em 25% de PET reciclado, a garrafa foi lançada pela Coca-Cola e Hoechst Celanese Corporation para uso na Carolina do Norte. Em 1992, essa garrafa estava sendo usada em 14 outros estados, e outros fabricantes (como a Pepsi, em parceria com a Constar International Inc.) haviam produzido uma garrafa semelhante.

Apesar da alta taxa de reciclagem do PET em comparação com outros plásticos, muitas empresas e autoridades querem torná-la ainda maior. Os planos atuais são examinar a incineração de PET, na qual se afirma que, se feito de maneira adequada, os produtos da combustão completa são apenas dióxido de carbono e água. As metas atuais dos governos estadual e federal são que 25 a 50 por cento do PET seja reciclado, que a reciclagem do PET seja disponibilizada para metade da população dos Estados Unidos e que 4.000 programas de reciclagem sejam implementados em um futuro próximo. Em 1990, de acordo com a National Association for Plastic Container Recovery, havia 577 programas de PET na calçada.