Plastificantes con ftalatos frente a plastificantes sin ftalatos

Los plastificantes con y sin ftalato se diferencian por el ácido que constituye el núcleo del éster, y todas las diferencias prácticas entre ellos —normativa, migración, capacidad de carga— se derivan de esta única característica estructural. En el PVC flexible, ambas familias coinciden casi por completo en cuanto a compatibilidad y eficacia; la elección entre ellas depende de la normativa aplicable al producto, de las condiciones extremas que deba soportar y de si la especificación incluye una línea que indique que no contiene ftalatos.

Plastificantes con ftalatos frente a plastificantes sin ftalatos: diferencias clave

En cuanto a compatibilidad y eficiencia de plastificación, ambas familias presentan un rendimiento similar para el PVC de uso general; los factores determinantes para una posible sustitución son la migración, la presión regulatoria y el coste. La tabla compara ambas familias en función de los factores que un fabricante de compuestos tiene en cuenta al elegir un plastificante.

Es necesario aclarar un término de la tabla antes de que el resto de la comparación tenga sentido. «Ftalato», como lo utilizan los reguladores, se refiere al orto-ftalato: el diéster del anhídrido ftálico, con ambas cadenas alquílicas en carbonos adyacentes del anillo. El DOTP es un isómero de ftalato según su fórmula, pero sus cadenas se encuentran en posición para, por lo que es un tereftalato y queda fuera de todas las restricciones para orto-ftalatos en la UE y EE. UU. «Sin ftalato» es una etiqueta reglamentaria, no una familia química.

Plastificantes de ftalato comunes

Los ortoftalatos que un fabricante de compuestos aún debe cumplir son DEHP (DOP), DINP, DIDP y DPHP como ésteres de uso general, y DBP, DIBP y BBP como grados de bajo peso molecular de fusión rápida; y la línea regulatoria se sitúa entre esos dos grupos, no alrededor de toda la familia.

El peso molecular es lo que los clasifica. Va desde el DBP con 278.3 g/mol, pasando por el DEHP con 390.6, hasta el DINP con 418.6 y el DIDP con 446.7, y la volatilidad y la migración siguen el mismo orden: el DBP se fusiona rápidamente y se disuelve rápidamente, razón por la cual se utiliza como coadyuvante de fusión en lugar de como plastificante primario, mientras que el DIDP se mantiene en revestimientos de cables y acabados automotrices donde el DEHP no lo hace.

La restricción número 51 va más allá de los juguetes. Desde el 7 de julio de 2020, limita el DEHP, el DBP, el BBP y el DIBP —individualmente o combinados— al 0.1 % en peso del material plastificado en la mayoría de los artículos comercializados en el mercado de la UE, pero exime a los artículos de uso exclusivamente industrial o agrícola, los vehículos de motor y las aeronaves, los dispositivos médicos, los materiales en contacto con alimentos y los equipos eléctricos.

La directiva RoHS incluye los equipos eléctricos con el mismo límite del 0.1 % a partir del 22 de julio de 2019, y los instrumentos médicos y de monitorización a partir del 22 de julio de 2021. En Europa, una manguera industrial aún puede contener DEHP legalmente; el cable de un electrodoméstico, no.

El DINP es el punto donde discrepan los dos organismos reguladores. La UE lo restringe únicamente en juguetes y artículos de puericultura que se puedan llevar a la boca, al no haber encontrado riesgos inaceptables en ningún otro uso; la CPSC de EE. UU. lo consideró antiandrogénico y prohibió su uso de forma permanente en todos los juguetes y artículos de puericultura. Un compuesto de DINP que cumple con la normativa en un juguete europeo no la cumple en uno estadounidense.

Plastificantes comunes sin ftalatos

Cinco compuestos sin ftalatos cubren casi todas las sustituciones que pueda realizar un fabricante de compuestos de PVC: DOTP como sustituto de uso general para DOP y DINP, DINCH cuando una especificación para juguetes, dispositivos médicos o contacto con alimentos requiere un anillo hidrogenado, TOTM donde el envejecimiento por calor y la extracción establecen el límite, DOA cuando la pieza debe permanecer flexible en el frío y ATBC cuando la especificación es la más estricta de todas.

El DOTP merece un análisis más detallado porque es el éster en el que se producen la mayoría de las sustituciones. Tiene exactamente la misma fórmula y peso molecular que el DEHP (C24H38O4, 390.6 g/mol), por lo que su menor migración y volatilidad se deben a un efecto estructural, no a un efecto de masa: la disposición para da lugar a una molécula más lineal y simétrica que se mantiene mejor en la matriz de PVC que su isómero orto.

La diferencia regulatoria es metabólica. Los ortoftalatos se hidrolizan al monoéster que provoca su toxicidad reproductiva; el DEHT no forma ese monoéster en cantidades significativas, razón por la cual la revisión de toxicidad de la CPSC de 2018 no encontró efectos reproductivos en un estudio con ratas de dos generaciones y por la cual el DEHT queda fuera de todas las normas de la EPA y la CPSC sobre ortoftalatos, aunque la misma revisión no llega a declararlo directamente no tóxico.

Para aplicaciones en contacto con alimentos y uso médico, el campo se reduce a los ésteres con autorizaciones ya establecidas. ATBC, DOA, DINCH y DOTP se utilizan actualmente en PVC flexible para contacto con alimentos, junto con aceite de soja epoxidado; TOTM solo cuenta con autorizaciones recientes limitadas, por lo que se especifica para resistencia a la extracción en tubos médicos en lugar de para envases. La migración medida de DINCH, DOTP y TOTM en simulantes alimentarios acuosos y de bajo contenido alcohólico se encuentra muy por debajo de los límites establecidos, por lo que la sustitución para contacto con alimentos se reduce a elegir entre estos tres y ATBC, no a buscar una alternativa.

¿Cuál funciona mejor?

Ninguna de las dos familias gana de forma absoluta: los mejores compuestos sin ftalatos igualan al orto-ftalato al que sustituyen con una precisión de unos pocos puntos porcentuales en cuanto a la carga, y las verdaderas diferencias se producen en los extremos (frío, calor y extracción), donde el ganador es un éster específico, no una familia.

La eficiencia de plastificación es el primer parámetro a verificar, ya que determina la cantidad a utilizar y, por lo tanto, el costo del compuesto. El factor de sustitución es la cantidad de phr necesaria para alcanzar una dureza de 80 en la escala durómétrica, en relación con el DOP; cuanto más cerca de 1.00, más se asemeja a un sustituto directo.

Un valor de DOTP de 1.03 indica que una formulación DOP transporta aproximadamente un 3 % más de plastificante —más cerca del DOP que el DINP—, mientras que el valor de TOTM de 1.17 corresponde al precio de carga de un triéster, que además es el que tarda más en salir. Los factores para DINCH y ATBC no figuran en la tabla del manual; determínelos en su propia curva Shore A.

La flexibilidad a bajas temperaturas es característica de los adipatos. En un estudio de 2024 sobre PVC a 40 phr, el DOA redujo la temperatura de transición vítrea a -65.7 °C frente a los -26.2 °C del DOP, una diferencia de unos 40 °C con la misma carga. Se trata de una temperatura de transición vítrea de laboratorio, no de una temperatura de fragilidad según la norma ASTM D746, pero la clasificación se mantiene también en la prueba de fragilidad: el adipato está muy por delante, y el DOTP ligeramente por delante del DOP.

El rendimiento a altas temperaturas corresponde a los trimelitatos. Los tres brazos éster del TOTM y su densidad de 546.8 g/mol le confieren la menor volatilidad de la gama, razón por la cual es la opción por defecto para cables de alta temperatura y para cualquier componente que deba soportar el envejecimiento térmico sin perder plastificante.

La migración es donde la regla de "depende del peso molecular" se rompe en toda la familia: dos no ftalatos migran mucho menos que el ortoftalato al que reemplazan, y uno no lo hace de forma fiable. La comparación directa más clara es un ensayo publicado sobre líneas de infusión de PVC que utilizó TOTM, DOTP, DINCH y DINP en paralelo. Después de 24 horas, TOTM y DOTP habían perdido una fracción de lo que habían perdido DINCH y DINP, y DINCH y DINP quedaron prácticamente iguales.

En los simulantes alimentarios, el DINCH se encuentra en el grupo de baja migración, por lo que la cuestión no es que el DINCH migre mal, sino que su ventaja sobre el DINP depende del medio de extracción y debe medirse en el suyo, no darse por sentada.

¿Por qué los fabricantes se están decantando por productos sin ftalatos?

Los fabricantes están adoptando esta estrategia por dos razones que no siempre apuntan al mismo éster: los cuatro ortoftalatos de bajo peso molecular están legalmente prohibidos para la mayoría de los artículos destinados al consumidor en la UE y EE. UU., y los clientes han comenzado a incluir la frase "libre de ftalatos" en las especificaciones que nunca distinguieron entre DEHP y DINP.

El cambio se refleja en los volúmenes y es regional. Donde la regulación tuvo efecto primero, los grados de bajo peso molecular se desplomaron, y fueron los ortoftalatos de alto peso molecular, no los no ftalatos, los que acapararon la mayor parte del volumen, según estimaciones de la industria de 2017. A nivel mundial, el DEHP por sí solo sigue representando casi el 40 % del consumo, razón por la cual un fabricante de compuestos en Asia, Oriente Medio o Latinoamérica puede estar utilizando DOP de forma rentable mientras que un cliente europeo lo rechaza de entrada.

En el sector médico, la presión se centra más en los procedimientos que en las prohibiciones. Según el Reglamento de Dispositivos Médicos de la UE, un dispositivo invasivo que contenga más del 0.1 % p/p de una sustancia de categoría 1A/1B de la CMR o una sustancia disruptora endocrina debe contar con una justificación documentada y estar debidamente etiquetado. Nadie quiere redactar ese expediente para el DEHP cuando existen TOTM, DOTP y DINCH disponibles, razón por la cual los compuestos de PVC de grado médico han experimentado un crecimiento más rápido que cualquier otro.

El segundo factor determinante es la propia especificación. Una cláusula que indique "libre de ftalatos" en una orden de compra es más amplia que cualquier normativa: excluye el DINP y el DIDP de un compuesto para suelos o cuero sintético que ninguna ley habría contemplado, y obliga al proveedor a respaldar la afirmación con un certificado de análisis. Se trata de un coste de percepción, no de un hallazgo toxicológico —el propio comité de la ECHA se negó a clasificar el DINP—, pero es dinero real, y es la razón por la que el volumen de tereftalato aumenta en aplicaciones que la normativa nunca ha alcanzado.

Conclusión

Elige según la norma a la que pertenece tu artículo y, a continuación, según el límite máximo que deba cumplir. Si se trata de un juguete, un artículo para el cuidado infantil, un bien de consumo incluido en la entrada 51, un equipo eléctrico sujeto a la directiva RoHS o un dispositivo médico invasivo, los cuatro ortoftalatos de bajo peso molecular están prohibidos, y el DINP está prohibido para cualquier producto vendido a niños en EE. UU.

Dentro de los compuestos sin ftalatos, el DOTP es la alternativa con una carga aproximadamente un 3 % mayor; el TOTM, donde el calor o la extracción establecen el límite; el DOA, para aplicaciones en frío; y el DINCH o el ATBC, donde las especificaciones para juguetes o contacto con alimentos son más estrictas. Si el artículo es una manguera industrial, una membrana o una pieza que nunca llega al consumidor, el DINP y el DIDP siguen siendo legales, no están clasificados y son más económicos; la única condición para dejar de usarlos es la especificación del cliente.

Sea cual sea la decisión, el factor de sustitución y el resultado de la migración son parámetros que deben medirse en el propio compuesto, en lugar de consultarlos en una tabla. Incluso el cambio más sencillo del sector, como sustituir una línea de DOP por una de DOTP, modifica la viscosidad de fusión y del plastisol lo suficiente como para requerir una prueba antes de enviar el primer pedido.