Dos bidones de alcohol isononílico pueden certificar una pureza superior al 99.5 % y aun así producir DINP con una flexibilidad a bajas temperaturas notablemente diferente. El parámetro que rige la flexibilidad en frío y la volatilidad no es la pureza que figura en el anverso del certificado, sino la distribución de ramificaciones establecida previamente por la ruta de las olefinas.
El alcohol isononílico (INA, también llamado isononanol) es un alcohol primario ramificado de cadena C9 que se esterifica para formar DINP y DINA. Su naturaleza, su proceso de fabricación y los números de certificación que permiten predecir el rendimiento del éster final se basan en un hecho fundamental: el INA es una mezcla, no una molécula única.
¿Qué es el alcohol isononílico?
El alcohol isononílico es un alcohol primario ramificado de nueve carbonos con la fórmula C9H20O y una masa molar de 144.26 g/mol. Su isómero representativo es el 7-metiloctan-1-ol, hierve a 215 °C y su densidad es cercana a 0.83 g/cm³.
Comercialmente, es un líquido transparente que se vende como materia prima para plastificantes de ftalato y adipato.
La palabra "isómero" es clave en este caso. El INA no es un compuesto unitario, sino una mezcla de alcoholes C9 ramificados de diversas formas.
Esa naturaleza mixta es la razón por la que posee una doble identidad: CAS 2430-22-0 para el isómero único y 27458-94-2 para la mezcla comercial.
El grado de ramificación varía según el método de síntesis del alcohol y, en particular, según la olefina de partida. Esta variación no es un error de redondeo, sino que se transmite directamente a través de la esterificación hasta el plastificante final.
El carácter de mezcla ramificada se mantiene en el éster. El DINP en sí es una mezcla compleja de ésteres de ftalato con cadenas ramificadas de un promedio de nueve carbonos. El perfil de ramificación del alcohol se convierte en el perfil de ramificación del éster.
Cualquiera que lea una especificación de INA como si describiera un compuesto limpio ya la ha interpretado erróneamente.
Cómo se produce el alcohol isononílico
El alcohol isononílico se produce mediante el proceso oxo: una alimentación de octeno se convierte en aldehídos C9 por hidroformilación, luego se hidrogena para obtener el alcohol y se refina. Se realizan tres etapas en secuencia.
La etapa de materia prima e hidroformilación
La hidroformilación añade un átomo de hidrógeno y un grupo formilo a una olefina C8, convirtiendo el octeno y el gas de síntesis en aldehídos C9. El octeno generalmente proviene de la dimerización de butenos C4, y es aquí donde se produce la ramificación.
La ruta de dimerización determina el perfil de ramificación antes de que se produzca cualquier reacción química con oxígeno. Una dimerización con níquel soluble produce octenos ricos en 3- y 5-metilheptenos, y por lo tanto, con mayor ramificación; una ruta con níquel en lecho fijo produce menor ramificación. El INA menos ramificado se sintetiza a partir de butenos lineales.
El grado de ramificación se cuantifica mediante el índice ISO. Las mezclas de isononanol generalmente presentan un índice ISO entre 0.8 y 2, siendo lo más común entre 1.0 y 1.5, y los grados comerciales habituales se sitúan cerca de 1.25 o 1.6.
A modo de referencia, un C9 ramificado tradicional tiene alrededor de 2.0 ramificaciones por molécula (aproximadamente un 22%), mientras que un grado menos ramificado se sitúa cerca de 1.3 (aproximadamente un 14%).
Las plantas modernas utilizan la hidroformilación catalizada por rodio a baja presión en lugar del proceso original de cobalto a alta presión. Este cambio redujo la presión de operación y los residuos de catalizador de cobalto, razón por la cual la capacidad de producción de oxo-carbono autorizada migró a este proceso hace décadas.
Las etapas de hidrogenación y refinación
La hidrogenación satura el aldehído C9 en fase líquida, transformándolo en alcohol C9 y convirtiendo directamente la corriente de aldehído en isononanol. Este es el paso que produce el alcohol que recibe el comprador.
El refinado posterior destila el alcohol crudo hasta alcanzar las especificaciones de venta. La ruta oxo para obtener INA no requiere una etapa de condensación aldólica ni la separación de isómeros de aldehído, por lo que el proceso final es más sencillo que la ruta para obtener 2-etilhexanol.
Ni la hidrogenación ni el refinado restablecen la ramificación. El índice ISO que recibe el comprador se fijó en el momento de la dimerización; el refinado controla la pureza, el agua y el carbonilo residual, pero no endereza una cadena ramificada.
Qué comprueba un fabricante de plastificantes en un certificado de análisis de la INA.
Un fabricante de plastificantes lee un certificado INA para dos cosas independientes: si el alcohol se esterificará limpiamente y si el éster resultante cumplirá con sus objetivos de rendimiento. Una especificación típica de INA incluye pureza ≥99.0 % en peso, agua ≤0.10 % en peso, acidez ≤0.01 % en peso, carbonilo ≤0.2 mg KOH/g y gravedad específica de 0.833–0.837, con valores de hidroxilo y saponificación que confirman que el alcohol está disponible para reaccionar.
Los números que regulan la esterificación
El agua, el índice de acidez y el grupo carbonilo regulan la esterificación. La acidez libre desplaza el equilibrio de la esterificación y consume el catalizador.
El agua provoca la hidrólisis y la pérdida de rendimiento, mientras que el carbonilo residual se convierte en sustancias colorantes en el éster final.
El valor de hidroxilo confirma la cantidad de alcohol presente para la esterificación. En conjunto, estos cuatro números indican si la reacción se llevará a cabo sin problemas y con el rendimiento esperado.
El número de ramificación que predice la flexión en frío
El grado de ramificación es el parámetro que los compradores suelen ignorar, pero es el que predice con mayor precisión el rendimiento del éster. Una cadena C9 menos ramificada produce un éster de menor volatilidad y mayor flexibilidad en frío.
La ventaja práctica es que el éster menos ramificado se puede mezclar con una mayor proporción de ftalato sin dejar de cumplir los límites de volatilidad, y se comporta mejor a bajas temperaturas con menos antioxidante.
La magnitud es medible, no teórica. Añadir un 10 % de un alcohol C9 ramificado a una corriente de C9 ligeramente ramificada reduce aproximadamente 1 °C el rendimiento del plastificante a bajas temperaturas. Por eso, dos lotes con el mismo grado de acidez pueden producir DINP con un comportamiento diferente en frío.
La ramificación es un mecanismo bidireccional. El éster ramificado ocupa más espacio que uno lineal, por lo que una mayor ramificación reduce la migración y resiste la cristalización, pero a costa de la eficiencia de plastificación y la flexibilidad en frío.
El índice ISO del certificado es donde el formulador establece ese equilibrio, y no aparecerá en una hoja de especificaciones que solo informe el ensayo.
Mantener la ramificación estable entre lotes es tan importante como la cantidad en sí. Una materia prima de alta pureza con un índice ISO controlado y consistente elimina la variación de la flexión en frío entre lotes que una especificación de pureza pura jamás detectaría. Bastone suministra un grado INA ramificado C9 del 99.7 % precisamente para esta aplicación DINP/DINA.
Dónde falla el abastecimiento de INA
Si compra INA basándose únicamente en el análisis, habrá especificado el valor menos predictivo en el certificado. El análisis indica la cantidad de alcohol que se obtiene; el índice ISO indica cómo se comportará el DINP o el DINA resultante en términos de volatilidad, flexibilidad en frío y migración.
Ese índice se fijó en la etapa de dimerización del octeno, mucho antes de que el alcohol llegara al tambor. Adapte la ventana de ramificación de entrada a la propiedad del éster que especifica su cliente, manténgala constante lote tras lote y el plastificante final dejará de sorprenderle en frío.