¿Para qué usar estabilizadores térmicos Calcio Zinc?
El PVC es un plástico versátil que requiere de la ayuda de aditivos para poder cumplir con una cierta función y adquirir ciertas propiedades adicionales ya que por sí solo no tiene utilidad alguna. En este artículo nos dedicaremos a hablar acerca de los estabilizadores térmicos de Calcio Zinc, un tipo de aditivo cuya función es retrasar la degradación térmica que a su vez es ocasionada cuando el plástico PVC es sometido a altas temperaturas y esfuerzos mecánicos.
Así como ocurre con cualquier compuesto orgánico, el PVC tiende a carbonizarse cuando es expuesto a altas temperaturas. El mecanismo de degradación térmica consiste en la deshidrocloración de la cadena polimérica, con liberación de ácido clorhídrico (gas irritante para vías respiratorias, mucosas y ojos) y formación de polienos conjugados que provocan el amarillamiento gradual del plástico y la pérdida de sus propiedades mecánicas. Como el plástico PVC debe de pasar por un proceso de transformación donde se aplica un esfuerzo y temperatura, es importante aplazar en la mayor medida este mecanismo de descomposición. Aquí es donde los estabilizadores térmicos entran para formar compuestos intermediarios y así prolongar este efecto. Existen dos clases principales de estabilizadores térmicos: aquellos de base estaño y de sales metálicas.
Conforme la evolución del PVC hacia productos que sean más amigables con el medio ambiente y la salud humana, los estabilizadores térmicos han presentado cambios. Originalmente los pioneros de la estabilización térmica del PVC fueron los estabilizadores de plomo (silicato de plomo, estearato de plomo), utilizados desde los años cuarenta. Posteriormente, en los años cincuenta y sesenta, llegaron los estabilizadores Bario/Cadmio/Zinc (BaCdZn) y los de estaño (tio-glicolatos y maleatos). Hoy el plomo está vetado en la mayoría de mercados por su toxicidad, y el cadmio va de salida por la misma razón. Aunque el estabilizador base estaño sigue siendo muy utilizado hoy en día, el BaCdZn que pertenece al grupo de sales metálicas no tuvo la misma suerte. Lo anterior es por las crecientes presiones por desplazar al Cadmio como un elemento carcinógeno.
Todos estos cambios y nuevos desarrollos trajeron a los estabilizadores térmicos calcio zinc (CaZn) como una nueva propuesta ante las presiones de organizaciones por usar aditivos atóxicos en el PVC. El no hacer esto desplazaría al PVC de industrias como la médica, alimenticia y de juguetes que constantemente están bajo la supervisión de la FDA en Estados Unidos.
El primer obstáculo presentado ante los estabilizadores térmicos calcio zinc, fue obtener un producto con rendimiento similar a los grados aceptados en el mercado a un precio competitivo. Cabe mencionar que los estabilizadores térmicos calcio zinc puede tener diferentes composiciones. En primer lugar se tienen derivados de sales metálicas en porcentajes que van en función del desempeño deseado por el fabricante en relación con su aplicación final.
Usualmente va acompañado de antioxidantes y “boosters” que hacen sinergia para mejorar el desempeño del producto y por último un vehículo que apoya a la dispersión del aditivo en la matriz del PVC. Usualmente se encuentran dos tipos de estabilizadores térmicos calcio zinc, en polvo o en líquido.
En función del proceso, la aplicación y método de adición el fabricante puede determinar lo que le resulte más conveniente. Aquellos materiales en polvo tienen la ventaja de no presentar muchos volátiles, tener bajo olor, buen desmolde en proceso de inyección, sin embargo puede dar opacidad en altas concentraciones y subir la viscosidad de su fórmula. Por otro lado los líquidos tienen buena transparencia y brillo, aunque pudieran presentar más olor y volátiles.
Lo anterior no es lo único importante al momento de elegir el correcto estabilizador térmico para su fórmula de PVC. Puede necesitar cierta resistencia a la luz o la intemperie, cierta retención de color inicial, cierta estabilidad a largo plazo y/o lubricación. Estos son factores importantes a determinar cuándo se va a utilizar el estabilizador térmico.
Tampoco podemos olvidar los requerimientos toxicológicos establecidos por marcos regulatorios como la Prop 65 de California, que lista sustancias con evidencia de causar cáncer, defectos de nacimiento u otros daños reproductivos. Esto ha causado que ciertos antioxidantes de excelente desempeño en la industria del PVC deban ser reemplazados por otros materiales más costosos y que dificultan obtener el mismo desempeño. Un caso emblemático es el Bisfenol A (BPA), un antioxidante ampliamente utilizado en estabilizadores para PVC — especialmente en cable eléctrico plastificado y en combinación con estabilizadores de metales pesados — que hoy está siendo desplazado en aplicaciones médicas, alimenticias y de juguetes por su clasificación toxicológica como disruptor endocrino.
Últimas tendencias de los estabilizadores térmicos calcio zinc
Los últimos desarrollos de los estabilizadores térmicos calcio zinc buscan entrar en aquellos mercados donde todavía existe más resistencia: el PVC rígido. Actualmente se encuentra de forma más común utilizar estos materiales en aplicaciones flexibles, semi rígidas y Plastisol, derivado a que no se necesita una gran estabilidad térmica principalmente porque estas fórmulas no ejercen tanta fricción y torque cuando son procesadas. Sólo basta con medir la estabilidad térmica en un reómetro para comprobar esto.
Estos nuevos desarrollos de los estabilizadores térmicos calcio zinc han presentado la primera complejidad: debido a que son paquetes con carácter lubricante, su mecanismo depende de un correcto balance del sistema de lubricación con la fórmula, evitando excedentes que afecten la fusión del producto. La complejidad adicional está en que el ZnCl₂ formado por reacción del estearato de zinc con el HCl es un ácido de Lewis que cataliza la propia deshidrocloración del PVC (fenómeno ‘zinc burn’), lo cual limita la ventana térmica de proceso. El estearato de calcio provee la estabilidad de largo plazo al regenerar el zinc por intercambio de ligandos. Usualmente se utilizan grados en polvo porque los grados líquidos contienen vehículos (plastificantes o solventes) que pueden ejercer un efecto plastificante indeseado sobre la matriz rígida, reduciendo la temperatura de transición vítrea (Tg) y la temperatura de deflexión al calor (HDT).Es por ello que para el PVC rígido, se debe de hacer un desarrollo específico para que cada cliente, para cada fórmula y proceso, impidiendo se pueda comercializar un grado de uso general. Otra aplicación relativamente nueva son los estabilizadores térmicos calcio zinc para cable eléctrico, que logran reemplazar parcialmente al estabilizador térmico base plomo, vetado por afectaciones a la salud humana. Dichos materiales son paquetes cuyos ingredientes procuran ofrecer propiedades anti-higroscópicas (hidrófobas) para ayudar a mantener la resistividad volumétrica del cable de PVC, evitando la absorción de humedad que degradaría el aislamiento eléctrico.
De acuerdo con la temperatura de uso del cable a fabricar, existen diferentes grados que procuran cuidar al plástico para evitar que pierda propiedades de elongación y tensión a lo largo de su uso. Esto es muy importante para cumplir con las regulaciones del mercado.
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