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Una serie de productos cada vez más sofisticados, que podrán verse en la K 2004, se ocupan de adecuar aún más los plásticos a las necesidades específicas del cliente

Aditivos para plásticos a medida

Departamento de prensa K200415/09/2004
El término genérico “aditivos” engloba todos aquellos ingredientes que dotan a los materiales polímeros de las propiedades específicas que demanda el mercado. Todo lo que les hace insensibles a la luz, al fuego y al agua, lo que los ablanda o les da dureza, tenacidad o elasticidad, lo que los hace resistentes a la agresión química o a la radioactividad: en definitiva, todo lo que los convierte en plásticos a medida.
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Ante la sorpresa general, Hermann Staudinger (1881-1965) recibió hace medio siglo, en 1953, el premio Nobel en reconocimiento por su labor científica. Staudinger, a quien se le considera el fundador de la química polimérica moderna, identificó a comienzos de los años veinte del siglo pasado el principio de las estructuras poliméricas en sustancias naturales y sintéticas: infinidad de pequeñas moléculas monoméricas se enlazan, como un collar de perlas, para formar moléculas gigantes, denominadas macromoléculas. A través de estas disposiciones poliméricas de las moléculas pueden manipularse y variarse las propiedades de los plásticos, por ejemplo.

El principio sigue vigente

En opinión de Rolf Mülhaupt, catedrático de la Universidad de Freiburg y director del Centro de Investigación de Materiales de la misma localidad, el principio constructivo sigue vigente en los albores del siglo XXI. Nada ha cambiado. Se sigue trabajando según ese principio. En los procedimientos petroquímicos y de síntesis programada de la biotecnología habituales, se siguen uniendo monómeros con un alto grado de precisión. Pero Mülhaupt duda mucho que únicamente a partir de nuevos monómeros se puedan seguir desarrollando nuevos plásticos estándar. Según su opinión, además de la optimización de los procesos existentes, el caballo de batalla del desarrollo de materiales es hoy día el “compounding”, es decir, la mezcla de materias primas poliméricas, la creación de nuevas uniones de materiales, como mezclas de polímeros, materiales con carga y “composites” con fibra.

Y precisamente aquí se abren nuevas posibilidades para un amplio abanico de aditivos, que complementan a su vez las funciones para las que tradicionalmente habían estado destinados.

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Para aprovechar estas posibilidades, a juicio de los expertos, debe partirse de nuevos métodos y nuevos materiales adicionales. Nuestro investigador de materiales de Freiburg, Mülhaupt, está convencido de que los plásticos pueden desmarcarse de su competencia directa convencional principalmente reforzando la matriz. Las empresas del sector han estado y están de acuerdo con dicha opinión. Hace ya algunos años respondieron a esa necesidad con nuevas fibras de refuerzo que complementan a la fibra de vidrio común utilizada hasta el momento. Con fibra de carbono y de aramida, por ejemplo, se dotó a los plásticos de una resistencia equivalente o incluso superior a la de los materiales tradicionales.

Pero a los aditivos les corresponden otros cometidos dentro de las recetas para plásticos; por otro lado, un ámbito marcado por la complejidad debido a la infinidad de fórmulas existentes. Hoy día se intentan conseguir productos más manejables, más ecológicos, lo más polivalentes posible y, además, no demasiado caros. La misión de los aditivos es mejorar la relación coste-beneficio de los plásticos y aumentar con ello su creación de valor. Sustituirán a los productos que se ofrecen actualmente cuando éstos ya no puedan cumplir los requisitos de transformación o las necesidades surgidas de un cambio en los planteamientos ecológicos. Por ejemplo: los pigmentos que contienen metales pesados (en especial los que contienen cadmio) son considerados tóxicos y perjudican al medio ambiente, por lo que deben ser reemplazados por nuevas recetas menos perjudiciales.

Esto afecta precisamente a los estabilizantes, un grupo de aditivos utilizados principalmente en la transformación de PVC. En todo el mundo se consumen unas 900.000 toneladas de estabilizantes al año. Aproximadamente el 70 por ciento se emplea para PVC. Puesto que las leyes restringen cada vez más o incluso prohíben el uso de materiales que contienen metales pesados también en ese ámbito, los nuevos desarrollos apuntan cada vez más a los compuestos orgánicos.

Según Walter Hohenberger, propietario de una consultoría especializada en aditivos y partículas de carga, dichos compuestos orgánicos se ofrecerán en combinación con coestabilizantes y/o sinergistas en calidad de aditivos polivalentes.

A través de las disposiciones poliméricas de las moléculas pueden manipularse y variarse las propiedades de los plásticos
Según el ingeniero Hohenberger, en este momento los estabilizantes basados en calcio y cinc son la mejor alternativa a los comúnmente utilizados, que contienen metales pesados, si bien, los nuevos sistemas resultan más complejos y en su mayoría más caros por la necesidad de incorporar coestabilizantes orgánicos (polioles y fosfitos). El hecho de que se estén desarrollando estabilizantes orgánicos para tubos de PVC o que éstos se encuentren ya en el mercado no debe llamar a engaño, puesto que los estabilizantes de plomo seguirán dominando el mercado mundial a largo plazo.
El caballo de batalla del desarrollo de materiales es hoy día el “compounding
Actualmente la relación entre los estabilizantes con plomo y los sistemas alternativos en el mercado es de 8:2. Sin embargo, los estabilizantes polivalentes, cuyas propiedades de migración y cromáticas son notablemente superiores, deberán arrebatar a los sistemas que contienen metales pesados su supremacía en el mercado.
Los plásticos pueden desmarcarse de su competencia directa principalmente reforzando la matriz

Estructuras complejas

Básicamente se puede afirmar que los plásticos son materiales con unas estructuras muy complejas. Un plástico se puede aplicar y transformar en estado “virgen”, tal cual sale del reactor, en contadísimas ocasiones. Sólo mezclando el material con las sustancias adecuadas, los aditivos, en la proporción exacta se consigue un plástico que reúne todas las condiciones necesarias para ser procesado y para su aplicación potencial.

Según la literatura especializada, dichos aditivos, incluso en cantidades muy pequeñas, son capaces de influir notablemente en las propiedades de los plásticos y de hacer que sean comercializables.

En términos generales se suele distinguir entre aditivos de proceso y aditivos de aplicación. La primera categoría engloba a los estabilizantes mencionados y a los agentes lubricantes y desmoldeantes, a los aceleradores, iniciadores y agentes nucleantes. Se trata de aditivos para termoplásticos cristalizables especialmente para poliolefinas como el polietileno (PE) o el polipropileno (PP). En la cristalización aceleran la nucleación, facilitando de ese modo la transformación de los materiales en cuestión, pero también pueden cambiar su espectro de propiedades. Los lubricantes rebajan la viscosidad de la masa fundida y optimizan su comportamiento en las máquinas transformadoras.

Por su parte, los aditivos de aplicación, como su nombre indica, son sustancias que ejercen una influencia positiva en la aplicación del plástico en cuestión. En este grupo se clasifican los antioxidantes: aditivos que evitan la descomposición del plástico e impiden durante un tiempo determinado las alteraciones estructurales del plástico utilizado como producto final por la acción del sol, del aire, del agua, de los productos químicos o por esfuerzos físicos. Dentro de este grupo se cuentan también las partículas de carga y los colorantes, los pigmentos, los agentes ignífugos y los antiestáticos. Estos últimos evitan que la pieza de plástico se cargue con electricidad estática. Por su acción, la resistencia eléctrica o la resistencia superficial del plástico se reduce para que la superficie derive con rapidez corrientes eléctricas. Es muy recomendable incorporar al material agentes antiestáticos, que actúan durante un tiempo prácticamente ilimitado.

La incorporación de aditivos se conoce con la expresión “preparación de compuestos” (compounding) en el sector de los plásticos y, en la industria de las pinturas, se denomina “formulación”. No se consideran aditivos otros polímeros que se mezclan en elevadas proporciones con el material de base. Estos materiales añadidos en el proceso de “compounding” tienen la finalidad de dotar al plástico de las condiciones necesarias para la transformación y la aplicación. Sin embargo, en tales casos se habla de mezclas de polímeros o de “aleaciones” de polímeros, como se dice en la industria metalúrgica.

Cada semana, un nuevo límite

Pero la utilización de aditivos en la mezcla de polímeros no está exenta de problemas. La cosa se complica sobre todo cuando el plástico enriquecido con distintos aditivos y preparado convenientemente en la mezcladora está destinado a productos médicos o de las industrias alimentaria o electrónica. Los plásticos que entran en contacto directo con los alimentos, por ejemplo, no pueden contener determinados aditivos por encima de ciertos valores límite para proteger la salud del consumidor. La legislación europea establece un sinfín de valores límite para los aditivos y otros ingredientes de los plásticos. Prácticamente cada semana se publican nuevos límites.

El problema es que hasta hace poco no se disponía de estudios que aportaran datos para determinar si los componentes de los envases y de los artículos de consumo perjudican la salud en combinación con alimentos envasados o preparados. La consecuencia de dicha falta de datos es que se extrema la prudencia en la protección al consumidor, llegando a exagerar en muchos casos. En el ámbito europeo se están realizando una gran cantidad de investigaciones científicas desde hace algunos años para ofrecer a las autoridades y a la industria datos y hechos que permitan realizar una valoración realista de los riesgos y elaborar una normativa legal en consecuencia.

La misión de los aditivos es mejorar la relación coste-beneficio de los plásticos y aumentar su creación de valor
Parece que ya se pueden empezar a recoger los primeros frutos después de tanto esfuerzo, a juzgar por el trabajo de Roland Franz, científico del Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) ubicado en la ciudad bávara de Freising.

Franz, que ha sido galardonado con el premio de la fundación “Dr. Michael Rosenthal-Stiftung”, ha desarrollado un modelo con el que se puede realizar por primera vez un cálculo informático de las concentraciones de sustancias químicas, como son los aditivos de los plásticos en los envases de los alimentos y los productos de consumo del sector alimentario. En el acto de entrega del premio, que tuvo lugar a principios del presente año en la empresa Baerlocher GmbH, uno de los fabricantes líderes de aditivos para PVC, se puso de manifiesto que este modelo constituye una novedad mundial.

Una nueva clase de aditivos

En la K 2004 se podrá saber más acerca de dicho modelo, puesto que el Fraunhofer-Institut es uno de los expositores de la feria. En cualquier caso, durante el certamen se podrán ver nuevos y mejorados aditivos presentados por los fabricantes del sector. Se podrán conocer, por ejemplo, estabilizantes mejorados libres de metales pesados que no tienen nada que envidiar a los productos convencionales en cuanto a eficacia. También habrá movimiento en el terreno de los colorantes y en las propiedades de autocoloración que se persiguen desde hace tiempo. Lo mismo ocurre con los aditivos ignífugos: desde hace años se observa una acusada tendencia a utilizar productos alternativos sin halógenos que pueden desbancar, también por su coste, a los sistemas con halógenos consolidados en el mercado.

Con la introducción de la nanotecnología se perfila una clase de partículas de carga totalmente nueva e interesante para el futuro. Con el enlace de nanopartículas funcionalizadas pueden combinarse propiedades típicas de la cerámica y propiedades típicas de los materiales polímeros.

Tal y como apuntó Rolf Mülhaupt, catedrático de la Universidad de Freiburg en un seminario de la VDI celebrado a principios de febrero en Baden-Baden, con una pequeña proporción de nanopartículas de carga ya se pueden variar las propiedades de los plásticos. Con estas nanocargas el mercado dispone de una nueva clase de aditivos que reúne todas las condiciones para movilizar las reservas potenciales de los plásticos sin necesidad de cambiar sustancialmente el proceso de fabricación.

Por otro lado, las nanopartículas de carga son notablemente más caras que los productos convencionales, lo que no deja de ser un problema. Aunque basta con un pequeño porcentaje en masa de esta nueva clase de partículas de carga para conseguir mejoras ostensibles, el coste final del material sigue siendo muy elevado. Este hecho se pone de manifiesto especialmente cuando la matriz la componen plásticos relativamente económicos.

En la K2004 se podrán ver nuevos y mejorados aditivos presentados por los fabricantes del sector
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