I poliesteri sono polimeri sotto forma di fibre, usati negli anni settanta per realizzare quei bellissimi abiti per la discoteca, quelli che vedete sulla vostra destra. Da allora tutte le nazioni si sono impegnate per studiare utilizzi più raffinati per il poliestere, come quelle eleganti bottiglie infrangibili che contengono le vostre bevande preferite. Come potete notare i poliesteri sono sia plastica che fibre. Il poliestere si trova anche nei palloni. Non in quelli più economici che si usano per giocare, quelli sono in gomma naturale. Parlo di quelli speciali che si trovano in ospedale. Sono realizzati con un film di poliestere prodotto da DuPont chiamato Mylar. I palloni sono formati da un "sandwich" composto da Mylar e foglio di alluminio. Materiali come questo, formati da due tipi di materiale, sono detti compositi
Una speciale famiglia di poliesteri sono i policarbonati.
Il poliestere ha catene principali di idrocarburi contenenti legami esteri, da cui deriva il nome.
La struttura della figura viene detta polietilentereftalato o PET, poiché è formato da gruppi di etilene e da gruppi di tereftalato (duh?). Capisco che tereftalato non è un termine molto semplice da pronunciare per chi è di madre lingue inglese ma con la pratica sarete in grado di pronunciarlo solo con una leggera sensazione di imbarazzo quando sentite la lingua che si arrotola.
I gruppi estere nella catena del poliestere sono polari, l'atomo di ossigeno carbonilico ha una carica in un certo senso negativa ed il carbonio carbonilico ha una carica in un certo senso positiva. Le cariche positive e negative dei diversi gruppi esteri si attraggono l'una con l'altra. Questo permette ai gruppi esteri delle catene vicine di allinearsi una con l'altra in forma cristallina, è il motivo per cui formano fibre resistenti.
L'inventore che ha scoperto per primo come realizzare le bottiglie in PET è stato Nathaniel Wyeth. E' il fratello di Andrew Wyeth, il famoso pittore. Altri ci avevano provato prima. Andate a leggere questa storia della prima persona che ha cercato di produrre bottiglie infrangibili.
Sono sicuro che ognuno di voi ha molte domande da porre. La prima è:
La seconda che sono sicuro tutti vi state facendo è:
Sono domande molto affascinanti così come lo sono le risposte. La risposta è che il PET ha una temperatura di transizione vetrosa troppo bassa, è la temperatura alla quale il PET rammollisce. Per riutilizzare una bottiglia da bibita morbida è necessario sterilizzarla prima dell'uso. Significa lavarla a temperature molto elevate, temperature troppo elevate per il PET. Anche il riempimento di un barattolo con marmellata è un procedimento che richiede temperature molto elevate. Alla fabbrica locale di marmellata la stessa viene introdotta molto calda nei barattoli, a temperature che farebbero diventare il PET troppo molle. Il PET non può essere utilizzato per i barattoli di marmellata.
Esiste un nuovo tipo di poliestere che è proprio il tipo necessario per i barattoli di marmellata e per le bottiglie riutilizzabili. Si tratta del polietilennaftalato o PEN.
Il PEN ha una temperatura di transizione vetrosa più elevata rispetto al PET. La temperatura alla quale i polimeri rammolliscono. La temperatura di transizione vetrosa del PEN è abbastanza elevata tanto da sopportare sia il calore del lavaggio per sterilizzazione che la marmellata di fragole bollente. Il PEN è talmente resistente al calore che non è nemmeno necessario utilizzare solo il PEN per fare le bottiglie. Basta miscelare un po’ di PEN con il vecchio PET e si ottiene una bottiglia in grado di sopportare il calore molto meglio del PET.
D'accordo ma come si ottiene?
Così
Nei grandi impianti dove viene prodotto il poliestere, si inizia con un composto chiamato dimetiltereftalato. In seguito viene fatto reagire con il glicole etilene con una reazione chiamata transesterificazione. Si ottiene il bis-(2-idrossietil)tereftalato ed il metanolo. Se scaldiamo intorno ai 210°C, il metanolo verrà eliminato con l'ebollizione e non dovremo più preoccuparcene.
In seguito il bis-(2-idrossietil)tereftalato viene riscaldato fino alla "modesta" temperatura di 270°C e reagisce per dare origine al polietilentereftalato e, stranamente, al glicole etilenico, come sottoprodotto. Strano davvero, abbiamo iniziato con il glicole etilenico!
Se volete sapere come avvengono tutte queste reazioni cliccate qui.
Ma in laboratorio, il PET è sintetizzato con altre reazioni. L'acido tereftalico ed il glicole etilenico possono polimerizzare per dare il PET, quando li scaldi in presenza di un acido come catalizzatore. E' possibile sintetizzare il PET a partire dal cloruro di tereftoile e dal glicole etilenico. Questa reazione è facile, ma il cloruro di tereftoile è più caro che l'acido tereftalico ed è più pericoloso.
Ci sono altri due poliesteri sul mercato che sono legati al PET. Sono il polibutilentereftalato, o PBT, ed il politrimetilentereftalato. Sono comunemente usati per produrre le stesse cose fatte con il PET, ma in certi casi questi due mostrano migliori proprietà fisico-meccaniche.