ErcrosFlex®, nuevos compuestos de PVC para un futuro más

A FONDO
1
Gama de productos ErcrosFlex®
en función de su dureza Shore A y su campo de aplicaciones
2
100
100
Aplicaciones
semirRígidas
Resistencia a tracción (MPa)
Dureza shore
90
80
70
60
Aplicaciones
FLEXIBLES
50
40
Resistencia a tracción de ErcrosFlex®
con diferentes durezas Shore A respecto
de formulaciones flexibles de PVC+DINP
90
80
70
Productos ErcrosFlex®
Formulaciones flexibles de PVC
60
50
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
40
Contenido de PVC (%)
60
65
Dureza shore
70
75
80
ErcrosFlex®, nuevos compuestos de PVC
para un futuro más sostenible
Materiales para aplicaciones flexibles sin presencia de plastificantes externos
Miquel Boix, Director I+T
de la División de Plásticos de Ercros
Belén Pascual, Jefe de I+D
S
i bien la tendencia de la demanda
del PVC, policloruro de vinilo, se
ha ido decantando en los últimos
años hacia el sector de la construcción y
las aplicaciones rígidas, tales como tuberías y carpintería, el 25-30% de su mercado
está destinado a aplicaciones flexibles, en
las que es imprescindible el uso de plastificantes. Los ftalatos, y dentro de éstos el
DEHP (di-etil-hexil ftalato), también conocido por DOP, (di-octil ftalato), son los
plastificantes más ampliamente utilizados
36_smartquimic
para la obtención de materiales flexibles
basados en el PVC.
Dichos materiales flexibles se usan, normalmente, para fabricar productos destinados al gran consumo, lo que ha impulsado la realización de numerosas
investigaciones sobre su incidencia en la
salud de las personas. Partiendo de premisas de prevención muy conservadoras,
la administración europea ha establecido
plazos para la prohibición de algunos ftalatos de bajo peso molecular y ha limitado
el uso de aquellos con un mayor peso molecular en ciertos productos infantiles, al
tiempo que se mantiene el uso del DEHP
para la fabricación de bolsas de transfusión sanguínea.
Todo ello ha conllevado la aparición de
plastificantes alternativos a los ftalatos y
la frase “libre de ftalatos” se usa a menudo
como reclamo comercial, independiente-
mente de si el público es consciente o no
de que sólo algunos de los muchos componentes de la familia de los ftalatos presentan potenciales riesgos de toxicidad.
Así, hay en el mercado diferentes familias
de plastificantes entre los que se encuentran los tereftalatos, trimelitatos, adipatos,
citratos, poliméricos, benzoatos y otros.
La utilización de plastificantes alternativos al DEHP no está exenta de problemas tanto económicos como técnicos. Los
plastificantes que están siendo ofrecidos
al mercado como alternativa a los clásicos ftalatos presentan problemáticas específicas de comportamiento tanto en los
procesos de fabricación como en la calidad del producto final fabricado. En primer lugar puede haber cambios de viscosidad importantes en estos plastificantes
respecto de los ftalatos habituales, DOP
en el pasado o DINP (Di-isononil ftalato)
85
9
3
Deformación a rotura de ErcrosFlex® con diferentes
durezas Shore A, respecto de formulaciones flexibles
de PVC+DINP
4
100
Deformación a rotura (%)
90
80
70
60
Productos ErcrosFlex®
Formulaciones flexibles de PVC
50
40
85
90
95
60
65
Dureza shore
70
75
80
85
90
95
Granzas obtenidas con el
producto ErcrosFlex®
y DIDP (Di-isodecil ftalato) en la actualidad, de forma que las condiciones de manejo en la operativa de planta deben ser
modificadas, normalmente trabajando a
temperaturas superiores a las establecidas para aquéllos, lo que implica un mayor consumo de energía y adecuación de
las instalaciones de fabricación para aportación de calor y aislamiento de las conducciones que llevan los plastificantes a
la mezcladora.
Adicionalmente, de forma general plastifican y gelifican peor que los ftalatos. Estas
diferencias de comportamiento en plastificación con respecto de los ftalatos llevan en la mayoría de las alternativas a tener que aumentar de forma significativa
la cantidad de plastificante utilizado en
la formulación para conseguir la misma
dureza Shore A en el producto final, con
aumentos que en algunos casos pueden
llegar a valores del 35 %.
Los procesos de absorción del plastificante son más difíciles, necesitando modificar
la instalación de carga a la mezcladora o
en especial la operativa de mezclado, trabajando a menor velocidad de agitación y
más tiempo de mezclado, perdiendo productividad. Se necesita incluso en algunos
casos aportar el plastificante a la mezcladora en etapas a distintas temperaturas.
Los compuestos
ErcrosFlex®basados
en un PVC
autoplastificado
presentan grandes
ventajas
En lo que respecta al proceso de gelificación del dry-blend, las formulaciones alternativas tardan más en gelificar lo que
implica que necesitan mayores tiempos
de residencia en la extrusora y/o temperaturas más elevadas de extrusión, lo que
conlleva productividades más bajas y/o
mayores consumos energéticos.
El ajuste de las condiciones de absorción
del plastificante en la etapa de mezclado y
de las condiciones de procesado en la extrusora es un proceso necesario para obtener productos con calidades equivalentes
a las obtenidas con los ftalatos fundamentalmente en lo que respecta a la eliminación de infundidos y defectos superficiales.
Los parámetros de calidad concernientes
a las estabilidades térmicas, tanto estática
como dinámica, quedan afectadas negativamente en buena parte de los plastificantes alternativos a los ftalatos. Incluso
en algunos casos en que la incidencia es
pequeña, se pueden detectar incidencia
en propiedades ópticas, tales como tendencias a ‘amarillear’, que afectarán a los
colores finales de las piezas fabricadas con
estos materiales y necesitarán un reajuste
de la pigmentación.
En otros casos hay influencias negativas
sobre resistencia volumétrica, parámetro
básico en las aplicaciones para recubrimiento de cables y en ningún caso se detectan mejoras importantes en cuanto a
comportamiento al fuego.
Podemos decir, en general, que los plastificantes alternativos a los ftalatos presentes en el mercado actualmente tienen en
cada caso algún parámetro de operación
o de calidad del producto final peor que
el que se consigue con éstos. Y en el mejor de los casos, el precio elevado y la necesidad de aumentar el porcentaje en las
formulaciones, inciden de forma muy significativa en el coste de fabricación de los
productos finales.
Es por ello que los Compuestos ErcrosFlex® basados en un PVC autoplastificado
que se exponen a continuación, presentan ventajas en todos estos campos mensmartquimic_37
A FONDO
cionados, convirtiéndose en una excelente
alternativa de fabricación de compuestos
de PVC para aplicaciones flexibles.
Desde hace unos años una de las líneas
prioritarias de actuación del Departamento
de I+D de la División de Plásticos de Ercros
se ha centrado en el desarrollo de nuevos
compuestos de PVC basados en la utilización de resinas de PVC autoplastificado.
El objetivo de esta línea de investigación
era encontrar nuevos materiales que permitieran prescindir del uso de plastificantes externos en la transformación del PVC,
fueran o no ftalatos, fueran o no potencialmente tóxicos.
El origen de la investigación del nuevo
material data de 1998, a raíz de la participación de Ercros en el Proyecto EPIC (Edison Polymer Innovation Corporation) junto con varias universidades americanas y
empresas del sector del PVC. Uno de los
procesos que culminó con éxito dentro de
este proyecto fue la polimerización del cloruro de vinilo mediante la polimerización
por la vía de los radicales vivos, permitiendo la obtención a escala de laboratorio de
copolímeros de bloque de PVC con acrilatos. Estos copolímeros tenían cadenas
de polímero lineales sin los defectos estructurales típicos del PVC estándar, pero
sus propiedades mecánicas no cumplían
los requisitos exigibles en las aplicaciones
más exigentes.
Terminado el Proyecto EPIC en 2004, el
Departamento de I+D de la División de
Plásticos de Ercros siguió desarrollando este proceso y consiguió encontrar formulaciones y fabricar no sólo estos copolímeros
de bloque sino también copolímeros estadísticos1, que mantenían la capacidad de la
autoplastificación y, a su vez, tenían muy
buenas propiedades mecánicas. Finalmente este desarrollo ha llevado a obtener unos
novedosos y distintos materiales que aprovechan la experiencia de los copolímeros de
bloque y la de los estadísticos, por una vía
de acceso a materias primas más asequible
que la necesaria para los radicales vivos.
Características de los nuevos
compuestos ErcrosFlex®
El resultado del trabajo realizado es la nueva gama de compuestos de PVC autoplastificados ErcrosFlex®, que son aptos para
ser usados en la producción de materiales
38_smartquimic
5
Láminas coloreadas obtenidas a partir de productos ErcrosFlex®
Gracias al amplio
rango de dureza
Shore A que se puede
obtener, pueden ser
utilizados tanto
para la obtención de
productos semirígidos
como para
aplicaciones flexibles
flexibles, a través de cualquier técnica de
transformación industrial.
Gracias al amplio rango de dureza Shore
A que se puede obtener, los compuestos
ErcrosFlex® pueden ser utilizados para la
obtención de productos semirrígidos, en
el caso de una dureza Shore A de un valor
aproximadamente de 90, y para aplicaciones flexibles, cuando este parámetro se sitúa entre 90 y 65, tal como se pone de manifiesto en la Figura 1.
Por otro lado se han analizado las propiedades en tracción de los compuestos ErcrosFlex® y éstas se han comparado con las
de otras formulaciones habituales de PVC
flexibles con una dureza Shore A similar a
la obtenida con diferentes contenidos de
un plastificante convencional DINP (diiso-nonil ftalato).
En las Figuras 2 y 3 se pone claramente
de manifiesto que los nuevos compuestos
de PVC autoplastificado de Ercros presentan unas propiedades mecánicas, tanto resistencia en tracción como deformación
a rotura, similares o incluso mejores que
los compuestos de PVC flexibles convencionales.
Adicionalmente la gama de compuestos
ErcrosFlex® se puede ampliar formulándose de forma similar a las formulaciones
de PVC convencional, esto es con la incorporación de cargas, pigmentos y otros aditivos específicos según la aplicación final a
la que vayan a ser destinados. De este modo se puede obtener una gama de granzas
en la que se combinan diferentes durezas
Shore A con valores de peso específico y
diferentes colores, de las que se muestran
unos ejemplos en la fotografía que se incluye en la Figura 4.
Con estas granzas se pueden obtener, entre otros productos, láminas flexibles de diferentes espesores como las que se muestran en las fotografías de la Figura 5.
Por otro lado, los productos ErcrosFlex®
también permiten obtener formulaciones
flexibles transparentes con diferentes es-
1
Ercros dispone de la patente del “Process for
the preparation of random copolymers of vinyl
halide and acrylate monomers” para Europa (nº
12737837.0) y para EE.UU. (nº 14/234,973).
A FONDO
pesores, tal como se muestra en la Figura 6,
abriendo su potencialidad a los mercados
en los que la transparencia es un parámetro fundamental, como en los casos de láminas para el sector del embalaje o piezas
para el sector médico, tales como tubings
y mascarillas.
Los compuestos de la gama ErcrosFlex®
son aptos para ser procesados utilizando
cualquiera de las técnicas de procesado industrial de transformación que se emplean
actualmente para el PVC (extrusión, inyección o calandrado), con la ventaja adicional
de que, en general, necesitan un perfil de
temperaturas de procesado más bajo que
el utilizado en el caso de los productos convencionales de PVC de una dureza Shore A
equivalente, lo cual conlleva un significativo ahorro energético y una menor huella
de carbono en su procesado.
En comparación con los productos de
PVC flexibles que existen actualmente en
el mercado, las piezas finales fabricadas
con los productos ErcrosFlex® presentan
una mejor resistencia química, un mejor
comportamiento a bajas temperaturas y
una vida útil más larga debido a que al no
haber migración de los plastificantes externos mantienen las propiedades de partida.
Aplicaciones
Los compuestos de PVC autoplastificado
ErcrosFlex® se pueden emplear para fabricar cualquier tipo de producto terminado
de hasta una dureza Shore A 65.
La aplicación más experimentada por Ercros en este período de desarrollo es la de las
láminas para suelos vinílicos, impermeabilización de techos, balsas o piscinas, habiéndose constatado que se pueden ajustar
las formulaciones de forma que se cumpla
con todos los requisitos típicos y característicos de este tipo de aplicaciones. Evidentemente, se puede englobar en este ámbito
de aplicación el mercado de láminas para
publicidad y decoración, mercado en auge en Europa y muy extendido en EE.UU.
No obstante se tiene suficiente experiencia en el laboratorio de I+D de compuestos
como para ver que el potencial de estos materiales, combinando la variedad de grados
posibles en el proceso de polimerización y
obtención de la resina, como la capacidad
de formulación en su proceso de transformación, permite explorar otras aplicaciones
40_smartquimic
Láminas coloreadas obtenidas a partir de productos ErcrosFlex®
Con el uso de estos
compuestos, los
riesgos de impacto
ambiental del
almacenamiento,
transporte y uso
de plastificantes
desaparecen.
tales como recubrimiento de cables, juntas
para electrodomésticos y ventanas, mangueras y otros usos de materiales flexibles.
Como es habitual en su política de relación
con los clientes de la División de Plásticos,
Ercros les ofrece la posibilidad de establecer
un acuerdo de colaboración para analizar y
encontrar el grado de ErcrosFlex® y su formulación adecuada para cada aplicación
concreta que se le plantee.
Con ello, el cliente de compuestos de Ercros dispondrá de la posibilidad de mantener la fabricación de su producto actual en
base a una materia prima, la resina ErcrosFlex de Ercros®, de características más sostenibles, mejorando no sólo la calidad de su
producto sino también el impacto ambiental y su imagen como empresa implicada en
las exigencias de una sociedad sostenible.
Los clientes de Ercros que necesiten recibir el material en forma de mezcla seca
en lugar de granzas de compuestos participarán también de las ventajas mencionadas en este artículo.
Así, tendrán una mejora en la productividad de su operación de fabricación en
tanto que el mezclado con pigmentos u
otros aditivos adicionales es más sencillo y rápido, con la ventaja añadida de un
menor consumo energético en la mezcladora. La logística de las materias primas
se simplifica, ya que no se necesita adquirir plastificantes, un suministro complejo
en la actualidad, ni por tanto del manejo y
operativa con éstos. Los riesgo de impacto
ambiental del almacenamiento, trasporte
y uso de plastificantes desaparecen.
La gama de productos ErcrosFlex® aporta pues al mercado de compuestos de PVC
una novedosa solución a la problemática
de rechazo de los plastificantes clásicos,
los ftalatos, permitiendo a los transformadores de compuestos mantener la producción de sus productos finales con la misma instalación actual y consiguiendo las
ventajas de ahorro energético y mejora de
las características de materiales sostenibles y respetuosos con el medio ambiente.n
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