Análisis de compuestos volátiles en plásticos

La formación de sustancias volátiles por efecto de procesos degradativos, es quizás el caso más interesante, puesto que proporciona información muy valiosa respecto al procesado de diferentes piezas e incluso en los procesos de fabricación de las materias primas pudiéndose establecer las diferencias entre los lotes o los fabricantes.

El polietileno, por ejemplo, emite compuestos orgánicos gaseosos una vez que se ha sintetizado como etano, etileno, propano y polipropileno. El análisis de dichos productos se hace imprescindible con objeto de controlar la toxicidad del producto así como el control del olor y sabor en alimentos en aplicaciones de envasado de alimentos.

Otros compuestos volátiles orgánicos como benceno, tolueno, etilbenceno, xileno y cumeno constituyen uno de los contaminantes medioambientales más importantes debido a su conocida toxicidad. Ello hace que su control se haga necesario, en especial el caso del benceno, para el que se dispone de una regulación comunitaria, la Directiva 82/806/CEE en la que no se permite un contenido de benceno libre en juguetes o partes de juguetes superior a 5 mg/kg.

En el campo de materiales en contacto con alimentos, por ejemplo, la Directiva 90/128/CEE y sus modificaciones posteriores establece la lista de sustancias de partida y aditivos permitidos para la elaboración de estos materiales. Algunas de las sustancias de partida permitidas contienen restricciones y limitaciones en cuanto a su presencia en el producto final. Este es el caso del cloruro de vinilo monomérico, el cual tiene su propia regulación en el documento 78/142/CEE donde se establece que, para dichos productos, el monómero residual no ha de ser superior a 1 mg/kg.

Los procedimientos habituales aplicados al análisis de los componentes en los materiales plásticos no son efectivos cuando se trata de analizar compuestos volátiles debido por un lado a las pérdidas de volátiles y a las interferencias cuando se emplean procedimientos como la extracción del material y el posterior análisis. Para enfocar el problema del análisis de volátiles en materiales poliméricos se dispone de métodos entre los que se incluyen: calentamiento, fusión y disolución de la muestra. El método más extendido debido a la rapidez, versatilidad y automatización se basa en la técnica de "espacio en cabeza" (head-space). Dicha técnica consiste en establecer un equilibrio entre la fase gaseosa y la muestra (sólida o líquida) de componentes volátiles dentro del vial que contiene la muestra. La técnica resulta de gran utilidad en el caso de la determinación de la emisión de volátiles cuando la muestra es sometida a calentamiento. Este es el caso de determinados juguetes, por ejemplo, consistentes en una pasta para modelar la cual es curada en un horno. El control en la emisión de benceno, entre otros compuestos, en este tipo de productos resulta vital para garantizar el cumplimiento con la directiva antes mencionada.

El análisis por medio del espacio en cabeza es el análisis de la fase vapor que se encuentra en equilibrio con una muestra sólida o líquida en un vial sellado. La forma de operar consiste en situar la muestra en dicho vial y someterlo a unas determinadas condiciones de tiempo y de temperatura suficientes que garanticen dicho equilibrio. Una vez que el equilibrio se ha alcanzado se toma una determinada cantidad de la fase vapor y se introduce en un cromatógrafo de gases en el que los componentes volátiles son separados, identificados y cuantificados. La técnica de espacio en cabeza está muy establecida e incluso aparece como imprescindible para determinadas aplicaciones que incluso se encuentran normalizadas, como es el caso de la determinación de disolventes residuales en materiales flexibles de envasado [1].

Así pues existen numerosos estudios en los que se analizan la emisión de sustancias volátiles, en especial para el polietileno, cuya aplicación antes mencionada para materiales en contacto con alimentos hace que el análisis de volátiles sea especialmente de interés, puesto que es posible la determinación de las sustancias que generan olor indeseable [2]. El análisis de estireno residual en poliestireno también resulta interesante, tanto desde el punto de vista de materiales en contacto con alimentos como desde la visión del campo del juguete en el que existen determinados juegos basados en la experimentación y la formación de figuras de poliestireno. En la actualidad se están desarrollando métodos de ensayo para la determinación de este estireno residual en este tipo de artículos. Un procedimiento habitual consiste en la disolución del polímero y posterior análisis por medio del espacio en cabeza de dicha disolución. Esto se aplica al análisis de monómeros volátiles como cloruro de vinilo y butadieno hasta el nivel de 0.05 ppm y acrilonitrilo hasta 0.5 ppm [2]. La técnica también resulta habitual en la determinación de sustancias volátiles en tintas, lo cual hace que sea de interés para el campo del juguete puesto que en la actualidad se encuentran en fase de desarrollo numerosos métodos de análisis para sustancias que van desde aditivos hasta residuos o productos generados durante el procesado [3].

[2] Crompton, "Chemical analysis of additives in plastics", Second Edition. Pergamon Press, 1977.

[3] Rastogi, S.C. "Analysis of organic solvents in printing inks by headspace gas chromatography-mass spectroscopy". High resolution chromatography, Sep. 1991, 14, 587-589