Efecto de la polimerización en estado sólido en el desarrollo de la estructura de la fibra en el hilado por fusión de PET reciclado mecánicamente

Convertir residuos de botellas en nuevas fibras resistentes

Las botellas de plástico para bebidas están por todas partes y la mayoría están hechas de PET, un material versátil pero persistente que no se descompone en la naturaleza. Gran parte de este plástico acaba en vertederos o en el medio ambiente. Este estudio explora si las botellas de PET usadas, tras un reciclado mecánico sencillo, pueden mejorarse hasta convertirse en fibras industriales fuertes y fiables—como las empleadas en cinturones de seguridad, geotextiles y telas industriales—para que la botella de ayer pueda ser de forma segura el hilo de alto rendimiento de mañana.

Por qué el PET reciclado suele quedarse corto

Cuando las botellas de PET se reciclan mecánicamente, se recogen, limpian, trituran en escamas y se remelen para obtener nuevos gránulos. Este proceso es más barato y simple que el reciclado químico, pero el calor y la humedad implicados dañan discretamente las largas cadenas de PET, partiéndolas en fragmentos más cortos. Ese daño reduce una medida clave llamada viscosidad intrínseca, que los científicos usan como sustituto del peso molecular y, en última instancia, de la resistencia. Como resultado, el PET reciclado mecánicamente (mr‑PET) suele ser adecuado para usos de menor valor, pero tiene dificultades para alcanzar la resistencia y durabilidad exigidas para fibras industriales.

Restaurar las cadenas con calor moderado

Para reparar esas cadenas acortadas, los investigadores emplearon un proceso llamado polimerización en estado sólido (SSP). En lugar de fundir el plástico, calentaron los gránulos de PET a temperaturas por encima de su punto de transición vítrea pero por debajo de su punto de fusión, y los mantuvieron así durante varias horas en un reactor rotatorio al vacío. En estas condiciones, los extremos de las cadenas poliméricas se reconectan lentamente, aumentando la longitud de cadena sin la degradación severa que puede ocurrir en un procesamiento de fusión completa. El equipo probó una gama de temperaturas (220, 230 y 240 °C) y tiempos (6, 12 y 18 horas) tanto para PET virgen (v‑PET) como para mr‑PET. Luego midieron la facilidad con que el material fluía al fundirse, la viscosidad de sus disoluciones y cómo cambiaba su peso molecular, para seguir cómo se reconstruían las cadenas.

Encontrar el punto óptimo para reciclar

Los análisis mostraron que tanto la longitud de cadena como la cristalinidad—el grado de orden en la estructura polimérica—aumentaban conforme se elevaban la temperatura y el tiempo de SSP. Sin embargo, tratamientos más largos y más calientes también implicaban mayor consumo energético y producción más lenta. Los investigadores identificaron 230 °C durante 6 horas como un punto óptimo práctico: bajo esta condición, el mr‑PET alcanzó una viscosidad intrínseca de aproximadamente 1,1 dL/g, el nivel que suele buscarse para fibras industriales de alta resistencia, manteniendo al mismo tiempo un tiempo de proceso razonable. En este ajuste, el peso molecular medio del PET reciclado coincidió de cerca con el del PET virgen tratado de la misma manera, aunque el material reciclado aún contenía trazas de impurezas procedentes de su vida anterior como botellas.

Hilado rápido para construir la estructura

A continuación, el equipo fundió tanto los gránulos tratados como los no tratados y los extrudió a través de orificios diminutos para formar filamentos, que se tiraron a alta velocidad—un método conocido como hilado por fusión. Al cambiar la velocidad de recogida de 1000 a 4000 metros por minuto, pudieron controlar cuánto se estiraban los hilos fundidos mientras se enfriaban. Mediante análisis térmico y difracción de rayos X, encontraron que velocidades de hilado más altas fomentaban la alineación de las cadenas de PET y su cristalización a lo largo del eje de la fibra, lo que a su vez elevaba el punto de fusión y el orden interno de las fibras. Curiosamente, las fibras procedentes de PET tratado por SSP mostraron estructura cristalina clara a velocidades más bajas que el PET no tratado, lo que indica que las cadenas reparadas y más largas estaban más preparadas para organizarse en regiones fuertes y ordenadas durante el hilado.

Resistencia comparable al plástico virgen

Las pruebas mecánicas de los filamentos resultantes confirmaron lo que sugerían las mediciones estructurales. Al aumentar la velocidad de hilado, todas las fibras se hicieron más resistentes (mayor tenacidad) pero se estiraron menos antes de romperse, característica de un material más orientado y cristalino. Tras la SSP, tanto el PET virgen como el reciclado mostraron un mejor rendimiento en general. Lo más notable fue que, cuando el mr‑PET sometido a SSP a 230 °C durante 6 horas se hiló por fusión a 3000 m/min, su tenacidad fue esencialmente la misma que la de las fibras de PET virgen procesadas de forma similar, en torno a 4,4 gramos por denier. En otras palabras, a pesar de su historia de uso, recolección y reprocesado, el material reciclado pudo ser diseñado para igualar la resistencia del PET “nuevo” en hilos de grado industrial.

Qué implica esto para los productos de uso cotidiano

Para el público general, la conclusión es clara: con tratamientos térmicos y condiciones de hilado bien ajustados, las botellas de plástico pueden convertirse en fibras de alto rendimiento aptas para usos industriales exigentes, no solo en productos de bajo valor. Al usar la SSP para reconstruir las cadenas poliméricas y optimizar la velocidad de hilado para alinearlas, este estudio demuestra que el PET reciclado mecánicamente puede superar sus debilidades habituales y estar a la altura del material virgen. Eso abre la puerta a un uso más circular del PET, donde textiles técnicos de trabajo duro—piense en piezas de automóviles, telas para construcción y cuerdas de gran resistencia—pueden fabricarse a partir de las mismas botellas que antes tirábamos al contenedor de reciclaje.

Cita: Kim, H., Bae, J.H., Hahm, WG. et al. Effect of solid-state polymerization on fiber structure development in melt spinning of mechanical recycled PET. Sci Rep 16, 6752 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36850-2

Palabras clave: fibras de PET reciclado, polimerización en estado sólido, hilado por fusión, reciclaje de botellas de plástico, hilo industrial de poliéster