Los plastificantes son pequeñas moléculas de éster que se añaden a los plásticos rígidos —generalmente PVC— para hacerlos flexibles. Se interponen entre las cadenas de polímero, aumentan el espacio por donde estas pueden deslizarse y disminuyen la temperatura a la que el material se vuelve quebradizo. Sin plastificantes, el revestimiento de vinilo de un cable se agrietaría al primer doblez y un tubo de infusión flexible se rompería a temperatura ambiente.
El mercado mundial de plastificantes mueve aproximadamente 8 millones de toneladas al año y se divide en siete familias. La elección entre ellas es una decisión de compra que se toma cada vez que un compuesto de PVC flexible entra en producción.
Cómo funciona la plastificación a nivel molecular
La plastificación es un mecanismo de separación de cadenas. La molécula de plastificante se intercala entre los segmentos de la cadena principal del PVC, debilita las atracciones dipolo-dipolo entre los átomos de cloro de las cadenas adyacentes y crea un volumen libre que el polímero puede utilizar para deformarse sin fracturarse.
En la práctica, el valor que importa es la temperatura de transición vítrea (Tg) que el plastificante suprime. El PVC puro tiene una Tg de alrededor de 80 °C, muy por encima de la temperatura ambiente, razón por la cual el PVC sin plastificar es duro. Al añadir 50 phr de DOP, la Tg del compuesto baja a aproximadamente -20 a -30 °C, lo que hace que el PVC flexible sea realmente flexible a temperatura ambiente.
Los distintos plastificantes espacian las cadenas con distinta eficiencia. El DOP (el plastificante de referencia de uso general de larga trayectoria) alcanza una dureza Shore A de 81.9 con una relación de eficiencia de 1.00 en la comparación de referencia de Godwin. El DOA (un adipato) alcanza 80.6 con una eficiencia de 1.16, lo que proporciona mayor flexibilidad por unidad de masa, ya que la cadena lineal C8-C8 espacia el PVC de forma más eficiente que el ftalato C8 ramificado del DOP. El DOTP (el isómero de ftalato para-sustituido) alcanza 79.8 con una eficiencia de 0.93.
Otra preocupación del procesador es el comportamiento de fusión: la velocidad con la que el plastificante se mezcla en seco con los gránulos de PVC bajo calor y cizallamiento. El ftalato de bencilo y butilo (BBP), de fusión rápida a 58 °C, es el material de referencia para el recubrimiento con plastisol; los trimelitatos de fusión lenta, entre 86 y 99 °C, requieren precalentamiento y ciclos de molienda más prolongados. Cada familia presenta este perfil de fusión junto con su supresión de Tg.
Plastificación interna frente a plastificación externa
Existen dos vías para obtener un polímero flexible. La plastificación interna incorpora flexibilidad a la cadena principal del polímero durante la síntesis: el cloruro de vinilo se copolimeriza con un comonómero flexible como el acetato de vinilo, el etileno o un acrilato. El plastificante no puede migrar, lixiviar ni evaporarse, ya que forma parte de la cadena. La desventaja: la resina llega del proveedor con la flexibilidad incorporada, y no se puede ajustar la dureza Shore A modificando un valor phr en la hoja de fórmula.
La plastificación externa incorpora un éster independiente a la matriz de PVC mediante calor y cizallamiento. Domina el mercado mundial de plastificantes porque la fórmula es la norma: el mismo PVC K70 con 30 phr de DOP produce una cubierta de cable Shore A 95; con 50 phr, un tubo médico Shore A 80; y con 80 phr, un juguete de peluche.
La plastificación externa resulta ventajosa en casi todas partes, excepto en las pocas aplicaciones donde no se tolera el plastificante extraíble: implantes médicos, juntas en contacto con alimentos y un puñado de envases especiales.
Las siete familias de plastificantes
Siete familias de compuestos de PVC abarcan aproximadamente el 99 % de las decisiones comerciales en este ámbito. Cada una presenta un equilibrio característico entre eficiencia, velocidad de fusión, resistencia a la migración y rendimiento en frío.
- ftalatos de bajo peso molecular (DBP, DIBP, BBP): ésteres de bajo peso molecular de rápida fusión que se han utilizado tradicionalmente en recubrimientos de plastisol. Su uso está restringido en la mayoría de las jurisdicciones importantes debido a su toxicidad reproductiva, por lo que su utilización industrial se ha reducido drásticamente.
- ftalatos de alto peso molecular (DEHP/DOP, DINP, DIDP, DPHP): la familia de compuestos de uso general más utilizada. El DOP es el compuesto de referencia desde hace mucho tiempo; el DINP y el DIDP son sustitutos de mayor peso molecular que se volatilizan y migran menos, razón por la cual reemplazaron al DOP en los revestimientos interiores de automóviles y en aplicaciones de juguetes durante la década de 2010.
- Tereftalatos (DOTP, DEHT) — isómeros de ftalato no orto. El DOTP se comporta dentro de 1-2 puntos Shore A y 1-2 °C de DOP a la hora cero, sin estar incluido en la lista de sustancias altamente preocupantes (SVHC), razón por la cual se ha convertido en el ftalato no preferido en muchos mercados de exportación de Asia-Pacífico.
- Adipatos (DOA, DINA, DIDA) — ésteres alifáticos con el mejor rendimiento de flexión en frío de toda la familia comercial. El DOA alcanza un punto de fragilidad de -56.5 °C, el campeón en bajas temperaturas. Los adipas se volatilizan más rápido que los ftalatos, por lo que generalmente se utilizan como aditivo secundario (5-15 phr) mezclado con un ftalato primario, en lugar de solos.
- Trimelita (TOTM, TINTM) — estructuras de tres brazos éster que se anclan contra la extracción. El TOTM a 50 phr pierde solo un 0.1 % en agua jabonosa en 48 h a 90 °C frente al 3.2 % del DOP; esta diferencia de 32 veces explica por qué el TOTM predomina en los tubos de infusión intravenosa y de bolsas de sangre a pesar de costar de 2 a 3 veces más por kilogramo que el DOP.
- Polímeros (adipatos de poliéster con peso molecular de 1000 a 6000) — materiales resistentes a la extracción, utilizados en aplicaciones en contacto con aceite y bajo el capó. Su desventaja radica en su escasa flexibilidad en frío (punto de fragilidad de aproximadamente -15 °C) y su alta viscosidad, lo que dificulta su procesamiento.
- De base biológica — ésteres derivados de plantas, como el aceite de soja epoxidado y los citratos ATBC y BTHC. La familia de plastificantes naturales cuenta con el respaldo de las normativas y un rendimiento limitado en altas concentraciones. El ESO suele utilizarse como coestabilizador en una proporción de ≤5%; los citratos soportan hasta 50 phr en PVC para uso médico y en contacto con alimentos.
Las siete familias no compiten directamente en una única clasificación. Se clasifican según la compatibilidad, la eficiencia de supresión de Tg, la resistencia a la migración, la velocidad de fusión y el estado regulatorio. Una formulación típica de PVC flexible combina dos o tres de esta lista: generalmente un ftalato o tereftalato primario más un adipato secundario de flexión en frío, y a veces un polímero o trimelitato cuando la resistencia a la extracción es la principal limitación.
¿Qué hacer a continuación?
Los plastificantes son los que permiten que los plásticos rígidos adquieran flexibilidad. Las siete clases de familias se clasifican según un único criterio: eficiencia a temperatura ambiente frente a resistencia a la migración, rendimiento en frío, comportamiento de fusión y el perfil normativo de cada éster.
Para el especificador técnico que elige una familia de productos, la decisión comienza con el rango de servicio del producto final: intervalo de temperatura, medio de contacto y mercados regulatorios objetivo. La familia que equilibra estas tres restricciones constituye la base de la formulación; las calidades específicas del fabricante dentro de la familia se consideran solo después de que esta se haya definido.
Una funda para cables de 10 años y una película de plástico de 6 meses pertenecen a familias diferentes, aunque ambas sean de PVC. La pregunta clave no es qué plastificante es mejor en abstracto, sino a qué familia pertenece.