La dosis adecuada de ESBO en realidad consta de dos dosis. Si se utiliza aceite de soja epoxidado (ESBO) a una concentración de 1 a 4 phr, actúa principalmente como coestabilizador, reforzando el sistema de Ca/Zn. Si se aumenta la dosis a 5 phr o más, comienza a tener una mayor capacidad plastificante, con el consiguiente riesgo de exudación.
Este procedimiento parte de la base de que usted ya sabe qué es ESBO y por qué los formuladores recurren a los plastificantes de origen biológico, por lo que comienza con las decisiones sobre la fórmula en lugar de con la química.
Trate el ESBO primero como coestabilizador y luego como plastificante. Dosifíquelo en dosis bajas en comparación con las necesidades del sistema estabilizador y aumente la concentración solo cuando la migración o un objetivo regulatorio justifiquen el riesgo de exudación.
Configure la ventana de carga ESBO phr para PVC flexible.
ESBO funciona en dos rangos de carga, y el adecuado depende de la función que esté desempeñando. A una dosis de 1 a 4 phr actúa como coestabilizador, reforzando el sistema de jabón metálico; a partir de aproximadamente 3 a 5 phr, también comienza a sustituir parte del plastificante primario.
Más allá de eso, el límite de compatibilidad con el pigmento primario elegido —no la química del epóxido de ESBO— limita hasta dónde puedes llegar.
Ventana de coestabilizador (1 a 4 phr)
Una sola cantidad de aceite epoxidado (en partes por mil millones) resulta muy eficaz. En una base de estearato de Ca/Zn de 5 partes por mil millones, 1 parte por mil millones prácticamente duplica el tiempo de inducción de la deshidrocloración y prolonga la estabilidad en el molino de rodillos entre 10 y 30 minutos a 190 °C.
Esa ganancia estabilizadora aumenta casi linealmente hasta aproximadamente 4 phr, y luego se estabiliza, razón por la cual la ventana del coestabilizador termina ahí.
Ventana de plastificantes secundarios (mayor phr)
Por encima del rango de estabilidad del coestabilizador, el ESBO puede soportar parte de la carga de ablandamiento, pero adquiere esa flexibilidad lentamente. De 0 a 40 phr, la resistencia a la tracción disminuye de 48 a aproximadamente 17 MPa y el módulo se desploma de 2,600 a 150 MPa.
Por el contrario, la dureza Shore A apenas varía: se mantiene cerca de 99 hasta pasadas las 20 phr y solo disminuye hacia 93 a las 40 phr. Cargar ESBO genera pérdidas de propiedad mucho antes de que se produzca una disminución significativa de la dureza.
En la práctica, lo mantengo entre 3 y 5 phr como plastificante secundario. A partir de 5 phr, las propiedades eléctricas comienzan a deteriorarse, lo que descarta el rango alto para la mayoría de los trabajos con cables.
Las fluctuaciones en el contenido de oxígeno del epóxido entre lotes modifican ese rango, por lo que un grado ESBO que cumpla con las normativas REACH y RoHS y que tenga un contenido de oxirano controlado mantiene la dosificación de phr predecible de un lote a otro.
El techo que corona la ventana alta
El límite de compatibilidad, no el costo, es lo que realmente limita la carga de ESBO. Los formuladores suelen citar un límite de incompatibilidad aproximado de entre 7 y 10 phr, por encima del cual el ESBO tiende a migrar y brotar a la superficie.
En los procesos de contacto con alimentos, el límite máximo es aún más estricto, ya que se convierte en una cifra reglamentaria. La UE establece un límite de migración específico de 60 mg/kg para ESBO (30 mg/kg para alimentos infantiles), y ese límite, y no la prueba de fábrica, es la verdadera restricción de diseño para la junta de la tapa.
En 2022, aproximadamente una cuarta parte de las tapas de frascos de alimentos grasos analizadas en una campaña cantonal suiza aún superaban los límites de migración de plastificantes, siendo el ESBO el infractor más frecuente. Superar el límite máximo permitido es una decisión de cumplimiento basada en un historial de sanciones, no una preferencia por una formulación específica.
Combina ESBO con el plastificante primario adecuado.
ESBO es un plastificante secundario, un complemento del plastificante primario, no un sustituto del mismo. En un compuesto flexible de uso general, se utiliza junto con DOP, DINP o DOTP, donde el plastificante primario se encarga de la mayor parte del ablandamiento, mientras que ESBO reduce ligeramente el contenido de plastificante para mejorar la estabilidad térmica y la lubricación.
La proporción que recomiendo para la mayoría de los trabajos con PVC flexible es sencilla. Deje que el plastificante principal alcance la dureza y elongación deseadas, y luego agregue ESBO de 3 a 5 phr en lugar de sustituirlo phr por phr.
Esa pequeña adición también soluciona un problema sutil en las fórmulas de DOP con baja plastificación. A una concentración de aproximadamente 5 phr, el DOP puede actuar como antiplastificante, aumentando la rigidez y reduciendo el impacto. El ESBO, a la misma dosis baja, no lo hace, y su penalización en el punto de reblandecimiento es menos de la mitad que la del DOP por phr.
Tanto el DOTP como el DINP conllevan su propia volatilidad y compensaciones en cuanto a costes, y la elección del plastificante primario determina la combinación mucho más que el grado ESBO.
Elija un sistema estabilizador compatible con ESBO.
Los sistemas Ca/Zn son el complemento ideal para ESBO, ya que los grupos epóxido refuerzan la función que ya cumplen los jabones metálicos. A medida que el estearato de Ca/Zn neutraliza el cloruro de hidrógeno, ESBO actúa de tres maneras: sustituyendo los átomos de cloro lábiles, uniéndose directamente al HCl y formando complejos con el cloruro de zinc, que de otro modo aceleraría su degradación.
El resultado tangible es que el jabón de Ca/Zn se consume más lentamente cuando se utiliza ESBO en la receta. Esta combustión más lenta se debe a la sinergia entre el Ca/Zn y el plastificante que se obtiene al elegir ESBO en lugar de un extensor inerte.
No clasifique los aceites ESBO basándose únicamente en el oxígeno oxirano. Un aceite epoxidado con menor contenido de oxirano puede estabilizar mejor que uno con mayor contenido de oxirano debido a su contenido de hidroxilo, por lo que verifico tanto el valor de oxirano como el de yodo antes de confiar en una clasificación.
Con un estabilizador de organoestaño, la situación cambia. El estaño proporciona la estabilidad térmica por sí solo, por lo que el ESBO vuelve a desempeñar un papel puramente plastificante y su contribución como coestabilizador es menos relevante a concentraciones más altas.
Agregue ESBO en el punto correcto de la mezcladora.
La secuencia es tan importante como la dosis. El paquete de estabilizadores se añade al principio con la resina, y el ESBO se incorpora a la mezcla seca después de que esta haya alcanzado la temperatura adecuada; nunca en frío al inicio, ni al final de la gelificación.
Antes de añadir ESBO al mezclador de alta velocidad, asegúrese de que el lecho de resina esté lo suficientemente caliente para absorber los líquidos de manera uniforme. Una carga fría provocará zonas húmedas y una fusión irregular aguas abajo.
La adición de ESBO junto con los demás plastificantes a la mezcla tibia también ayuda a eliminar el polvo. En una proporción de 3 a 5 phr, humedece el polvo y alisa el banco de rodillos durante el calandrado, gracias a un parámetro de lubricación cercano a 100, en comparación con 85 para el monoestearato de glicerol.
Una vez configurados la ventana, el emparejamiento, el estabilizador y la secuencia, adapte la mezcla completa a un sistema Ca/Zn compatible y, a continuación, compruébelo mediante una prueba estática y dinámica en el molino antes de cualquier ensayo de producción.
Diagnóstico de defectos comunes en la formulación de ESBO
Si observa alguno de estos defectos, revise primero la formulación de ESBO. Tres señales de fallo indican directamente un error de dosificación, combinación o secuencia.
| Signo de defecto | Causa probable | Solución |
|---|---|---|
| Superficie aceitosa o floración blanca, semanas o meses después de la producción. | ESBO superó el límite de compatibilidad con el principal | Recorte ESBO por debajo del techo de exudación; traslade la carga al primario. |
| Desgaste y amarillamiento en los panecillos. | Desajuste del estabilizador o cargo de ESBO demasiado tarde | Reequilibrar el paquete de Ca/Zn; agregar ESBO a la mezcla tibia. |
| Endurecimiento gradual a lo largo de los meses | Red de epóxido que se forma a alta concentración en el plastisol. | Limite la carga; confirme el comportamiento en su sistema de PVC específico. |
El caso del endurecimiento es el que requiere precaución. Los informes sobre la polimerización de los grupos epóxido del ESBO en una red provienen de sistemas de plastisol envejecidos a casi 180 °C con concentraciones de alrededor de 50 phr. El PVC en suspensión, bajo las mismas condiciones, no ha mostrado la misma reticulación, por lo que el riesgo debe considerarse real, pero específico del sistema.
El efecto de floración tiene una duración mayor que la que muestra cualquier prueba de laboratorio. Un compuesto puede superar la prueba de migración estándar a 60 °C durante 10 días y aun así superar el límite en un año de almacenamiento. Esa diferencia es la razón por la que formulo por debajo del límite de migración estándar (SML) con margen, en lugar de hacerlo justo al límite.
Próximos Pasos
Comience cada receta de ESBO definiendo la tarea: una pequeña cantidad para reforzar el sistema de Ca/Zn o una mayor concentración para facilitar el ablandamiento. Primero, establezca ese rango de temperatura y, a partir de ahí, determine la combinación de ingredientes, la elección del estabilizador y la secuencia de mezclado, en ese orden.
El factor que limita el rango óptimo es la compatibilidad, no el costo. Una vez superado el límite de exudación con el epoxi primario, este deja de proporcionar estabilidad térmica y comienza a generar eflorescencia y endurecimiento a largo plazo; además, en contacto con alimentos, el límite de migración lo restringe aún más rápidamente.
Si eliges la ventana de baja inversión y la secuencia correctas, ESBO te recompensará a bajo costo. Opta por la ventana de alta inversión solo cuando un objetivo migratorio o regulatorio justifique asumir el riesgo de exudación.