Why use Calcium Zinc thermal stabilizers?
PVC is a versatile plastic that requires additives to fulfill specific functions and acquire additional properties, as it has no practical use on its own. In this article, we will focus on Calcium Zinc thermal stabilizers, a type of additive whose function is to delay thermal degradation, which occurs when PVC is subjected to high temperatures and mechanical stress.
As with any organic compound, the 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.
As the evolution of 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.
All these changes and new developments led to Calcium Zinc thermal stabilizers (CaZn) emerging as a new solution in response to pressure from organizations to use non-toxic additives in PVC. Failing to do so could displace PVC from industries such as medical, food, and toys, which are constantly monitored by the FDA in the United States.
The first obstacle presented to the thermal stabilizers calcium zinc, The goal was to obtain a product with performance similar to accepted market grades at a competitive price. It's worth mentioning that the thermal stabilizers calcium 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. There are usually two types of thermal stabilizers calcium zinc, in powder or liquid form.
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.
The above is not the only important factor when choosing the right thermal stabilizer for your formula. 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.
Latest trends in calcium zinc thermal stabilizers
The latest developments in Calcium Zinc thermal stabilizers aim to enter markets where resistance still exists: rigid PVC. Currently, these materials are more commonly used in flexible, semi-rigid, and plastisol applications, primarily because high thermal stability is not required, as these formulations do not generate significant friction and torque during processing. This can be easily verified by measuring thermal stability in a rheometer.
These new developments in the thermal stabilizers calcium 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).That is why for the Rigid PVC, A specific development must be done for each client, for each formula and process, preventing the commercialization of a general-purpose grade. Another relatively new application is... thermal stabilizers calcium 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.
Depending on the operating temperature of the cable being manufactured, there are different grades designed to protect the plastic and prevent it from losing its elongation and tensile properties over time. This is crucial for complying with market regulations.
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