ES2969338T3 - Proceso de fabricación de virutas de PET biodegradables - Google Patents
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Abstract
La presente invención describe un proceso de fabricación de chips de PET biodegradables, que comprende las etapas de proporcionar ácido tereftálico (PTA) purificado en una cantidad predeterminada en un tanque de lechada; proporcionar monoetilenglicol virgen (MEG) en una cantidad predeterminada en el tanque de lechada; transferir la combinación del tanque de suspensión a un reactor de esterificación para la esterificación de la combinación en el reactor a una temperatura superior a 250°C que libera monómeros; transferir los monómeros del reactor de esterificación a un reactor de polimerización; proporcionar policatalizadores tales como, entre otros, catalizadores basados en Ti, sb2O3 o cualquier otro catalizador adecuado o combinación de los mismos en el reactor de polimerización; y polimerización de los monómeros en el reactor de polimerización a una temperatura superior a 280°C, en donde se proporciona una composición basada en enzima ya sea en la etapa de PTA/MEG o en la etapa de policatalizador o en otras etapas o combinación de las mismas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Proceso de fabricación de virutas de PET biodegradables
Campo de la invención
La presente invención se refiere, en general, a materia prima polimérica de PET biodegradable. En particular, la presente invención se refiere a un proceso de fabricación de virutas de tereftalato de polietileno o PET biodegradables para usar en la fabricación de envases de poliéster biodegradables tales como bolsas de película/laminadas, botellas, bandejas o cualquier otro producto.
Antecedentes
Los plásticos suelen ser polímeros orgánicos de alta masa molecular. Suelen ser artificiales y fabricarse por polimerización, más comúnmente derivados de sustancias petroquímicas. Los plásticos son sustancias baratas, duraderas y fáciles de procesar en comparación con otras opciones, que se emplean para fabricar una gran variedad de componentes que se utilizan en un amplio intervalo de aplicaciones. Por consiguiente, la producción de plásticos ha aumentado espectacularmente en las últimas décadas. Por ejemplo, el tereftalato de polietileno o PET, que es un polímero termoplástico ampliamente producido para fabricar productos poliméricos tales como películas, botellas, etc. Debido a la durabilidad de los productos poliméricos que tienen una alta resistencia a la degradación (debido a altos valores de masa molecular, hidrofobicidad y cristalinidad), a pesar de ser reciclables, debido a su escasa recogida, cantidades sustanciales de plásticos desechables se acumulan en los vertederos y en los hábitats naturales, generando cada vez más problemas medioambientales en todo el mundo.
Para dar respuesta a estos problemas, se han desarrollado diferentes enfoques físicos, químicos y/o bioquímicos para reducir la resistencia a la biodegradación de los productos poliméricos y aumentar su velocidad de biodegradación. Por ejemplo, se han introducido aditivos para mezclarlos/combinarlos con resinas poliméricas no biodegradables durante la fase de fabricación del producto polimérico final para que el producto polimérico sea biodegradable. Sin embargo, aunque la mezcla de aditivos durante la fabricación del producto final para hacer el producto polimérico biodegradable parece ser satisfactoria, la mezcla de aditivos durante la fabricación del producto final, particularmente para la producción a gran escala de envases y otros productos hechos de virutas de poliéster o PET que tienen propiedades específicas que incluyen una viscosidad intrínseca mínima y una dispersión uniforme, requiere una mayor observación compleja, pericia, pruebas y control de calidad. Esto inhibe la adaptación del proceso de mezcla del aditivo en la etapa de fabricación del producto final para fabricar un producto biodegradable.
El documento US 6258924 B1 divulga ésteres de poliéter biodegradables que se pueden obtener haciendo reaccionar una primera mezcla que comprende el 20-95 % en moles de ácido adípico o derivados formadores de ésteres del mismo, o mezclas de los mismos, el 5-80 % en moles de ácido tereftálico o derivados formadores de ésteres del mismo, o mezclas de los mismos, y el 0-5 % en moles de un compuesto que contiene grupos sulfonato, donde el total de los porcentajes en moles individuales es del 100 % en moles, y una segunda mezcla de compuestos dihidroxi que comprende del 15 al 99,8 % en moles de un compuesto dihidroxi seleccionado del grupo que consiste en alcanodioles C<2>-C<6>y cicloalcanodioles C<5>-C<10>, y del 85 al 0,2 % en moles de un compuesto dihidroxi que contiene funcionalidades éter, donde la relación molar de las mezclas está en el intervalo de 0,4:1 a 1,5:1, con la condición de que el éster de poliéter tenga un peso molecular en el intervalo de 5000 a 80.000 g/mol, un índice de viscosidad en el intervalo de 30 a 450 g/ml y un punto de fusión en el intervalo de 50 a 200 °C, y con la condición adicional de que, para preparar el éster de poliéter, se emplee del 0,01 al 5 % en moles, basándose en la cantidad molar de la primera mezcla, de un compuesto con al menos tres grupos capaces de formar ésteres.
Por tanto, existe una necesidad de virutas de PET biodegradables para fabricar productos poliméricos de PET biodegradables, listas para usar en la fabricación productos poliméricos biodegradables sin mezclar dicho aditivo en la etapa de fabricación del producto final.
Sumario de la invención
La presente invención describe un proceso de fabricación de virutas de PET biodegradables, que comprende las etapas de proporcionar ácido tereftálico (PTA) purificado en una cantidad predeterminada en un tanque de suspensión; proporcionar monoetilenglicol (MEG) virgen y/o reciclado en una cantidad predeterminada en el tanque de suspensión; transferir la combinación del tanque de suspensión a un reactor de esterificación para la esterificación de la combinación en el reactor a una temperatura superior a 250 °C que libere los monómeros; transferir los monómeros del reactor de esterificación a un reactor de polimerización; proporcionar policatalizadores tales como, aunque no de forma limitativa, al catalizador a base de Ti, Sb<2>O<3>o cualquier otro catalizador adecuado, o combinación de los mismos, al reactor de polimerización; y polimerizar los monómeros en el reactor de polimerización a una temperatura superior a 280 °C, en donde se proporciona una composición a base de enzimas, ya sea en la etapa de PTA/MEG, en la etapa de los policatalizadores o en otras etapas, o combinación de las mismas.
Breve descripción de los dibujos
LaFig. 1representa un diagrama de flujo de un proceso (100) para la producción de virutas de tereftalato de polietileno biodegradables de calidad para películas, de acuerdo con una realización de la presente invención. LaFig. 2representa un diagrama de flujo de un proceso (200) para la producción de virutas de tereftalato de polietileno biodegradables de calidad para moldeado por inyección o para botellas, de acuerdo con una realización de la presente invención.
LaFig. 3representa una ilustración esquemática de un proceso (100) para la producción de virutas de tereftalato de polietileno biodegradables, de acuerdo con una realización de la presente invención.
LaFig. 4representa una ilustración esquemática de un proceso (200) para la producción de virutas de tereftalato de polietileno biodegradables, de acuerdo con una realización de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones actualmente preferidas
Si bien la presente invención se ha descrito en relación con lo que actualmente se consideran las realizaciones más prácticas y preferidas, debe entenderse que se pretenden incluir diversas disposiciones y realizaciones alternativas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
La presente invención describe, en general, una materia prima polimérica de PET biodegradable y, más particularmente, un proceso de fabricación de virutas de tereftalato de polietileno o PET biodegradables de calidad para películas para usar en la fabricación de envases de película/laminados de poliéster biodegradables. La biodegradabilidad de las virutas de PET es inducida por una composición a base de enzimas, presente en la superficie o en todo el espesor de las virutas, proporcionada en uno de las etapas o combinación de las mismas, del proceso.
Las enzimas en la composición a base de enzimas son moléculas de proteínas naturales que actúan como catalizadores altamente eficientes en reacciones bioquímicas, es decir, ayudan a que una reacción química se lleve a cabo de manera rápida y eficiente. Los estudios demuestran que las enzimas presentes en la composición a base de enzimas atraen microbios sobre la superficie del producto polimérico y colonizan la superficie del plástico formando una biopelícula y, por lo tanto, acumulando microbios en la superficie del producto polimérico. Una vez que los microbios han colonizado la superficie del producto secretan ácidos y/o enzimas que rompen las cadenas poliméricas. Los microbios utilizan polímeros biodegradables como componente en caso de carencia de nutrientes microbianos.
La formulación de la composición a base de enzimas puede incluir, aunque no de forma limitativa, péptidos/enzimas/proteínas naturales obtenidos de fuentes biológicas comestibles tales como plantas o verduras, etc.
Las composiciones típicas a base de enzimas se describen en las solicitudes de patente indias n.° 3104/MUM/2015 y 201611028054, y en los documentos US9925707/EP3162841, sin embargo, también se puede utilizar cualquier otra composición similar/modificada sin desviarse del alcance de la presente invención.
Con referencia a lasFigs. 1,2, 3y4, a continuación se describirán diversas realizaciones de la presente invención.
LaFig. 1representa un diagrama de flujo de un proceso (100) para la producción de virutas de tereftalato de polietileno biodegradables, de acuerdo con una realización de la presente invención.
El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables incluye la etapa (102) de proporcionar un ácido tereftálico purificado (PTA) en una cantidad predeterminada en un tanque de suspensión (302). La cantidad predeterminada de PTA puede ser del 68 % en peso; sin embargo, se puede proporcionar otra cantidad adecuada de PTA según los requisitos sin desviarse del alcance de la presente invención. El proceso (100) incluye además la etapa (104) de proporcionar monoetilenglicol (MEG) virgen o reciclado en una cantidad predeterminada en el tanque de suspensión (302). La cantidad predeterminada de MEG suele ser del 31 % en peso; sin embargo, se puede proporcionar otra cantidad adecuada de MEG según los requisitos sin desviarse del alcance de la presente invención. El proceso (100) incluye además la etapa (106) de transferir la combinación del tanque de suspensión (302) a un reactor de esterificación (304) para la esterificación de la combinación en el reactor (304), lo que libera monómeros. La esterificación ocurre en el reactor de esterificación (304) a un intervalo de temperatura superior a 250 °C y a una presión de 250 kPa (2,5 bar), liberando los monómeros y los vapores de agua. En la etapa (106), el éxito de la esterificación se confirma si se extrae el 95 % en peso de una cantidad medida de agua destilada, obtenida del vapor de agua, del reactor de esterificación (304).
El proceso (100) incluye además la etapa (108) de transferir los monómeros desde el reactor de esterificación (304) a un reactor de polimerización (306). El reactor de polimerización (306) puede tener una capacidad de 20 m3; sin embargo también se puede utilizar un reactor (306) de otra capacidad sin desviarse del alcance de la presente invención. El proceso (100) incluye además la etapa (110) de proporcionar policatalizadores al reactor de polimerización (306) para inducir las propiedades deseadas en el polímero que se va a producir. Los policatalizadores pueden ser, aunque no de forma limitativa, catalizador a base de Ti, Sb<2>Ü<3>o cualquier otro catalizador adecuado conocido en la técnica, o una combinación de los mismos. El proceso (100) incluye además la etapa (112) de polimerización de los monómeros en el reactor de polimerización (306). La polimerización de los monómeros se produce reteniendo los monómeros en el reactor (306) durante un período de 1,5 a 3 horas en un ambiente de vacío a un intervalo de temperatura superior a 280 °C.
En la etapa (112) del proceso (100), la polimerización de los monómeros tiene lugar en el reactor de polimerización (306) en el intervalo de temperatura predeterminado mencionado anteriormente que produce polímeros de PET. Los polímeros de PET producidos (monómeros polimerizados) son empujados sometiendo a presión gases inertes como el nitrógeno (N<2>) desde la parte superior del reactor de polimerización (306) para empujarlos a través del troquel de filamentos (308), de especificaciones adecuadas, configurado para el reactor de polimerización (306). En un ejemplo, las especificaciones del troquel de filamentos (308) incluye una pluralidad de orificios, tal como, aunque no de forma limitativa, 95 orificios, teniendo cada uno un diámetro de un tamaño de aprox. 8 mm, sin embargo, también se pueden utilizar un troquel de filamentos (308) de diferentes especificaciones sin apartarse del alcance de la presente invención. Los filamentos que salen del troquel (308) se estiran hasta una longitud predeterminada, tal como, aunque no de forma limitativa, 1,5 metros. Los filamentos estirados se enfrían en línea mediante la pulverización agua desmineralizada (DM) enfriada sobre los filamentos estirados o mediante otro mecanismo de enfriamiento adecuado tal como, aunque no de forma limitativa, alimentación automática de filamentos sumergida en agua. A continuación, los filamentos de polímero de PET enfriados se granulan en virutas con una forma predeterminada, tal como, aunque no de forma limitativa, 4 x 4 x 3 mm en línea usando un granulador de rodillo u otro granulador adecuado.
Se suministra a la composición a base de enzimas, como se ha descrito anteriormente, PTA en (102) o MEG en (104) o la etapa de policatalizadores (110) o en otras etapas, o en una combinación de las mismas, para inducir la biodegradabilidad en las virutas poliméricas que se van a producir mediante el proceso (100).
Las virutas de PET biodegradables también se pueden producir proporcionando la composición a base de enzimas en cualquiera de las etapas, o combinación de las mismas, del proceso descrito anteriormente (100) de fabricación de las virutas de PET si la composición es insoluble en agua. En otro caso, la composición puede proporcionarse solo en las fases/etapas o combinación de las mismas, a excepción de la etapa de esterificación, para producir virutas de PET biodegradables.
Las virutas de PET biodegradables también se pueden producir proporcionando la composición acuosa a base de enzimas en el agua de enfriamiento del granulador sumergido en agua y luego cortarse los filamentos en virutas. Las virutas secas tienen un recubrimiento de la composición a base de enzimas en la superficie de las virutas.
Las virutas de PET biodegradables también se pueden producir colocando una zona de mezcla adicional al proceso (100) para alimentar y mezclar la composición a base de enzimas antes de empujar el polímero de PET en fase fundida hacia el troquel de filamentos (308), y luego enfriar y cortar los filamentos en virutas que tengan una composición a base de enzimas dispersa.
Las virutas de PET biodegradables granuladas se transfieren a una secadora (310) para evaporar el agua de las virutas de PET antes de empaquetarlas para su uso posterior, tal como la fabricación de películas poliméricas.
Como se utiliza en el presente documento, las expresiones polímero de PET de calidad textil o para fibras, calidad para películas y calidad para botellas pretenden describir PET que se puede describir como aquel que tiene una viscosidad intrínseca dentro del intervalo de 0,64-0,75, 0,6-0,66 y 0,57-0,64, respectivamente. Para adecuar el uso del polímero de PET de las diferentes calidades, es deseable que el PET tenga las siguientes especificaciones.
El proceso descrito anteriormente (100) produce virutas de PET biodegradables de calidad para películas con una VI de 0,6 a 0,66 que se pueden utilizar para fabricar laminados de película polimérica de PET para diversas aplicaciones de embalaje adecuadas. Las virutas de PET biodegradables de calidad para moldeado por inyección y para botellas se fabrican mediante un proceso (200) como se muestra enFig. 2, de acuerdo con una realización de la presente invención, conocido como policondensación en estado sólido (SSP) en línea con el proceso descrito anteriormente (100) después de la etapa de granulación del proceso (100) mencionado anteriormente, para aumentar la VI (viscosidad intrínseca) apta para el moldeo por inyección, moldeo por soplado, extrusión, etc.
El proceso (200) incluye la etapa (202) de transferir una cantidad predeterminada de virutas de PET biodegradables a una frecuencia predeterminada a través de al menos una cámara de lecho fluidizado precristalizador o cristalizador (402, 404). En un ejemplo, la cantidad predeterminada de virutas biodegradables se puede transferir a una velocidad de 1,5 T/h, sin embargo, también se puede utilizar cualquier otra cantidad o frecuencia sin desviarse del alcance de la presente invención. En las cámaras de lecho fluidizado (402, 404), se utiliza aire o gas nitrógeno a 150 °C-170 °C para calentar las virutas de PET antes de transferirlas al reactor de SSP (406), como se describe en la siguiente etapa (204).
El proceso (200) incluye además la etapa (204) de transferir las virutas desde la(s) cámara(s) de lecho fluidizado (402, 404) a un reactor de SSP (406) de una capacidad predeterminada durante un tiempo de residencia predeterminado en lotes.
En un ejemplo, la capacidad del reactor de SSP (406) es de 30 toneladas, aunque también se puede utilizar un reactor de SSP (406) de otra capacidad adecuada. En un ejemplo, el tiempo de residencia del reactor de SSP (406) puede estar en el intervalo de 10 a 20 horas; sin embargo, el tiempo de residencia puede variar según la VI deseada de las virutas de PET que se van a producir.
Durante la residencia en el reactor DE SSP (406), se liberan uno o más subproductos tales como, aunque no de forma limitativa, aldehído, MEG, etc., que deben extraerse durante el tiempo de residencia, fuera del reactor de SSP (406). Se hace pasar gas inerte tal como nitrógeno (N<2>) desde el fondo del reactor de SSP (406) a 180 °C~200 °C al reactor de SSP (406) para extraer los subproductos dejando solo las virutas de PET biodegradables de calidad para moldeado por inyección y para botellas que tengan la VI deseada.
El proceso (200) incluye además la etapa (206) de enfriar las virutas, extraídas periódicamente en una cantidad y frecuencia calculadas desde el fondo del reactor de SSP (406), utilizando un refrigerador adecuado (408) que garantice el tiempo de residencia deseado para cada lote extraído del reactor de SSP (406).
Las virutas de PET biodegradables de calidad para moldeado por inyección y para botellas producidas están listas para ser empaquetadas para su uso posterior, tal como, por ejemplo, para fabricar botellas poliméricas u otros productos adecuados.
Solo para las virutas de PET biodegradables de calidad para botellas, en la etapa (102) del proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de calidad para películas, se proporciona una cantidad predeterminada de ácido isoftálico purificado (IPA) junto con PTA, lo que hace que el peso combinado del IPA y PTA sea de aproximadamente el 68 %. La cantidad predeterminada de IPA puede ser del 2 % en peso y el PTA puede ser del 66 % en peso, lo que hace que la cantidad combinada sea del 68 % en peso; sin embargo, si es necesario, se puede proporcionar otra cantidad adecuada de IPA y PTA sin desviarse del alcance de la presente invención.
En otras realizaciones diferentes además de o sin la adición de composición a base de enzimas en las etapas descritas anteriormente, los ingredientes tales como, aunque no de forma limitativa, PTA, MEG, policatalizadores, etc. se pueden mezclar previamente con al menos uno de los ingredientes en una cantidad predeterminada de composición a base de enzimas.
Claims (18)
1. Un proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables que comprende las etapas de:
a. proporcionar un ácido tereftálico (PTA) purificado en una cantidad predeterminada en un tanque de suspensión (302) en la etapa (102);
b. proporcionar monoetilenglicol (MEG) virgen o reciclado en una cantidad predeterminada en el tanque de suspensión (302) en la etapa (104);
c. transferir la combinación presente en el tanque de suspensión (302) a un reactor de esterificación (304) para la esterificación de la combinación en el reactor (304), lo que libera monómeros en la etapa (106);
d. transferir los monómeros desde el reactor de esterificación (304) hasta un reactor de polimerización (306) en la etapa (108);
e. proporcionar uno o más policatalizadores al reactor de polimerización (306) para introducir las propiedades deseadas en el polímero que se va a producir en la etapa (110); y
f. polimerizar los monómeros en el reactor de polimerización (306) en la etapa (112),
en donde se proporciona una composición a base de enzimas bien en la etapa de suministro de PTA (102) o MEG (104), o en la etapa de los policatalizadores (110), o en otras etapas o combinación de las mismas, si la composición es insoluble en agua, y, de lo contrario, la composición se proporciona en cualquiera de las etapas o combinación de las mismas a excepción de la etapa de esterificación (106).
2. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cantidad predeterminada de PTA es del 68 % en peso.
3. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cantidad predeterminada de MEG es del 31 % en peso.
4. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los policatalizadores son al menos uno de un catalizador a base de Ti, sb203 o cualquier otro catalizador adecuado.
5. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los polímeros de PET producidos por polimerización son empujados sometiendo a presión gases inertes desde la parte superior del reactor de polimerización (306) para transferir los polímeros a un troquel de filamentos (308).
6. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el gas inerte es nitrógeno (N<2>).
7. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el troquel de filamentos (308) crea filamentos de los polímeros producidos por polimerización que se estiran hasta una longitud predeterminada.
8. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la longitud predeterminada de los filamentos es de 1,5 metros.
9. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 7, en donde los filamentos estirados se enfrían en línea mediante la pulverización de agua desmineralizada (DM) enfriada sobre los filamentos estirados o mediante otro mecanismo de enfriamiento adecuado.
10. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el otro mecanismo de enfriamiento adecuado es una alimentación automática de filamentos sumergida en agua.
11. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 7, en donde los filamentos de polímero de PET enfriados se granulan posteriormente en virutas de una forma predeterminada en línea usando granulador de rodillo, granulador sumergido en agua u otro granulador adecuado.
12. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 7, en donde la composición a base de enzimas se proporciona en el agua de enfriamiento del granulador sumergido en agua y posteriormente los filamentos se cortan en virutas.
13. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 1 comprende una zona de mezcla adicional para proporcionar la composición a base de enzimas antes de empujar el polímero de PET en fase fundida hacia el interior del troquel de filamentos (308) y, posteriormente, enfriar y cortar los filamentos en virutas.
14. El proceso (100) de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con la reivindicación 7, en donde las virutas de PET biodegradables se transfieren a una secadora (310) para evaporar el agua de las virutas de PET antes de empaquetarlas para su uso posterior.
15. Un proceso (200) de fabricación de virutas de PET biodegradables que comprende las etapas de:
a. transferir una cantidad predeterminada de virutas de PET biodegradables a una frecuencia predeterminada a través de al menos una cámara de lecho fluidizado precristalizador o cristalizador (402, 404), en línea con el proceso (100) después de las etapas de granulación de acuerdo con las reivindicaciones 11-13, para aumentar la VI (viscosidad intrínseca) adecuada para el moldeo por inyección, moldeo por soplado, extrusión, etc., en la etapa (202);
b. transferir las virutas desde la(s) cámara(s) de lecho fluidizado (402, 404) a un reactor de SSP (406) de una capacidad predeterminada durante un tiempo de residencia predeterminado en lotes en la etapa (204); y c. enfriar las virutas, extraídas periódicamente en una cantidad y frecuencia calculadas desde el fondo del reactor de SSP (406), usando un enfriador adecuado (408) que garantiza el tiempo de residencia deseado para cada lote extraído del reactor de SSP (406) en la etapa (206).
16. El proceso de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas que proporcionan una cantidad predeterminada de ácido isoftálico purificado (IPA) junto con el PTA.
17. El proceso de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cantidad predeterminada de IPA es del 2 % en peso.
18. El proceso de fabricación de virutas de PET biodegradables de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3 a 17, en donde la cantidad predeterminada de PTA es del 66 % en peso.
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