Spiegazione del diisononil ftalato DINP: cos'è, come viene utilizzato e cosa dovresti sapere

Cos'è il DINP (diisononil ftalato)?

Il DINP, o Diisononyl Phthalate, è un estere ftalato ad alto peso molecolare utilizzato principalmente come plastificante, una sostanza aggiunta ai polimeri, più comunemente cloruro di polivinile (PVC), per renderli più flessibili, durevoli e più facili da lavorare. Il suo nome chimico completo è acido 1,2-benzendicarbossilico, estere diisononilico, e porta il numero CAS 28553-12-0 (isomeri misti) o 68515-48-0 per la forma miscelata di livello commerciale. La formula molecolare è C ₂₆ H ₄₂ O ₄ , e il suo peso molecolare è di circa 418,6 g/mol.

A temperatura ambiente, il DINP è un liquido oleoso da trasparente a leggermente giallo con una volatilità molto bassa e una solubilità in acqua minima. Queste caratteristiche fisiche sono fondamentali per la sua utilità: la bassa volatilità significa che non evapora rapidamente dai prodotti finiti, mentre la sua compatibilità con il PVC a livello molecolare consente di incorporarlo a livelli di carico elevati - a volte superiori a 50 parti per cento di resina (phr) - senza fiorire o migrare in superficie in condizioni di utilizzo normali. È uno dei plastificanti più prodotti al mondo, con un consumo globale misurato in centinaia di migliaia di tonnellate all'anno.

Come il DINP funziona come plastificante nel PVC

Per capire perché DINP Diisononil ftalato è così ampiamente utilizzato che aiuta a capire cosa fanno effettivamente i plastificanti a livello molecolare. Il PVC non plastificato (uPVC o PVC rigido) è un materiale fragile e duro che potrebbe rompersi o frantumarsi in molte condizioni di utilizzo reali. Quando un plastificante come il DINP viene miscelato nel PVC durante la lavorazione, le sue molecole si inseriscono tra le catene polimeriche, aumentando il volume libero tra le catene, riducendo le forze intermolecolari e abbassando la temperatura di transizione vetrosa (Tg) del materiale. Il risultato è un composto flessibile e gommoso che può essere piegato, allungato e compresso senza rompersi.

Il DINP è classificato come plastificante per uso generale, il che significa che funziona in modo affidabile in un'ampia gamma di temperature e condizioni di lavorazione senza richiedere una manipolazione speciale. È compatibile con un'ampia gamma di stabilizzanti secondari, riempitivi e pigmenti utilizzati nella compoundazione del PVC, il che lo rende versatile per i formulatori. Il suo peso molecolare relativamente elevato rispetto ai plastificanti ftalici più vecchi come il DEHP (dietilesil ftalato, PM ~390 g/mol) contribuisce a ridurre i tassi di migrazione nei prodotti finiti e a ridurre la pressione del vapore durante la lavorazione, riducendo l'esposizione dei lavoratori al plastificante presente nell'aria durante la produzione.

Principali proprietà fisiche e chimiche

Applicazioni industriali primarie del diisononil ftalato

Il plastificante DINP si trova in una gamma straordinariamente ampia di prodotti finiti nei settori dell'edilizia, automobilistico, dei beni di consumo e di fili e cavi. La sua combinazione di prestazioni, lavorabilità ed efficacia in termini di costi lo rende la scelta preferita per molte applicazioni in PVC flessibile dove sono richieste una lunga durata e buone proprietà meccaniche.

Isolamento e rivestimento di fili e cavi

Uno dei maggiori utilizzi finali del DINP è nelle applicazioni con fili e cavi. I composti flessibili per isolamento e rivestimento in PVC plastificati con DINP forniscono la flessibilità necessaria affinché i cavi possano essere piegati, instradati e installati senza fessurazioni, offrendo allo stesso tempo buone proprietà di isolamento elettrico, ritardo di fiamma se combinati con sistemi stabilizzatori appropriati e resistenza all'invecchiamento termico per decenni di vita utile. Fili da costruzione, cavi per elettrodomestici, cablaggi automobilistici e cavi per telecomunicazioni utilizzano comunemente composti in PVC plastificato DINP.

Pavimenti e Rivestimenti

I pavimenti in vinile, tra cui piastrelle viniliche di lusso (LVT), piastrelle in composizione vinilica (VCT), fogli di vinile e moquette con supporto in vinile, fanno molto affidamento sul DINP come plastificante sia nello strato di usura che negli strati di supporto. Il plastificante deve rimanere stabile e non migrare per tutta la durata di servizio della pavimentazione, di 10-30 anni, resistere all'estrazione del plastificante da parte di detergenti e cere per pavimenti e mantenere la flessibilità in un ampio intervallo di temperature. Il DINP soddisfa bene tutti questi requisiti ed è per questo che domina questo segmento di applicazione. Allo stesso modo, il rivestimento murale in vinile utilizza formulazioni in PVC plastificato DINP.

Componenti interni automobilistici

Il settore automobilistico è uno dei principali consumatori di diisononilftalato, in particolare per i componenti di rivestimento interno tra cui cruscotti, pannelli delle porte, materiali dei sedili e cablaggi del sottocofano. Il PVC flessibile per uso automobilistico deve mantenere la sua flessibilità e il suo aspetto nonostante sbalzi di temperatura estremi - da -40°C nel rimessaggio invernale a oltre 100°C all'interno di un'auto parcheggiata in estate - senza rompersi, appannare il parabrezza a causa del degassamento o emettere odori sgradevoli. La bassa pressione di vapore e l'elevato peso molecolare del DINP lo rendono significativamente più adatto alle applicazioni per interni automobilistici rispetto ai plastificanti a peso molecolare inferiore.

Tessuti spalmati e finta pelle

I tessuti rivestiti in PVC, utilizzati nella tappezzeria di mobili, coperture marine, tende da sole, teloni e accessori moda, sono generalmente plastificati con DINP a carichi di 50-80 phr per ottenere la morbidezza e il drappeggio desiderati. Il rivestimento deve rimanere elastico e privo di crepe anche dopo anni di flessione, esposizione ai raggi UV e pulizia. I tessuti rivestiti plastificati DINP accettano bene anche le texture superficiali durante la calandratura, il che consente ai produttori di creare modelli convincenti della grana della pelle e altre finiture superficiali sul materiale.

Altre applicazioni degne di nota

• Tubi da giardino e tubi per l'irrigazione: DINP fornisce la flessibilità e la resistenza ai raggi UV necessarie per i prodotti di tubi in PVC per esterni che devono sopravvivere ad anni di utilizzo all'aperto.
• Guarnizioni, guarnizioni e guarnizioni: I composti in PVC plastificato DINP vengono utilizzati nella guarnizione di finestre e porte, nelle guarnizioni dei giunti dei tubi e nelle guarnizioni delle carrozzerie automobilistiche dove la resistenza alla compressione a lungo termine è importante.
• Plastisoli e organosoli: Il DINP è utilizzato come plastificante primario nei plastisol in PVC (dispersioni liquide di resina PVC nel plastificante) utilizzati per rivestimenti del sottoscocca, rivestimenti in tessuto e prodotti in schiuma stampata.
• Calzature: Le suole e le tomaie dei sandali stampate a iniezione in PVC utilizzano comunemente il DINP per ottenere la flessibilità e la durata richieste a un costo economico.

DINP vs DEHP e altri plastificanti: differenze chiave

Comprendere la posizione del DINP nel panorama più ampio dei plastificanti è importante sia per i formulatori che prendono decisioni tecniche, sia per i team di approvvigionamento che devono affrontare i requisiti normativi. Il confronto più importante è tra DINP e DEHP (di(2-etilesil)ftalato), poiché il DINP è stato ampiamente adottato in sostituzione del DEHP quando il DEHP è stato sottoposto a pressioni normative in molti mercati.

Il punto chiave di questo confronto è che il DINP occupa una solida via di mezzo: migliore posizione normativa e migrazione inferiore rispetto al DEHP, prestazioni paragonabili al DIDP con aspetti economici di lavorazione leggermente migliori e costi inferiori rispetto ad alternative speciali non ftalate come il DINCH. Per la maggior parte delle applicazioni generiche in PVC flessibile al di fuori degli usi finali altamente sensibili (giocattoli per bambini, contatto con alimenti, dispositivi medici), il DINP rimane una scelta tecnicamente valida e commercialmente pratica nella maggior parte dei mercati.

Stato normativo del DINP nel mondo

Il panorama normativo per il diisononilftalato varia considerevolmente in base alla regione e all'applicazione. A differenza di DEHP, DBP e BBP – che sono classificati come sostanze estremamente preoccupanti (SVHC) ai sensi del REACH dell’UE a causa della tossicità riproduttiva – il DINP non è stato classificato come SVHC per uso generale. Tuttavia, è soggetto a specifiche restrizioni d'uso in alcune applicazioni, in particolare nei prodotti per bambini.

Unione Europea (REACH UE)

Ai sensi dell'allegato XVII (voce 51) del REACH UE, il DINP è limitato a una concentrazione massima dello 0,1% in peso nei giocattoli e negli articoli di puericultura che possono essere messi in bocca dai bambini. Questa restrizione è stata introdotta perché i bambini che mettono in bocca giocattoli morbidi in PVC possono ingerire plastificanti e, nonostante il profilo tossicologico migliore del DINP rispetto al DEHP, le autorità di regolamentazione hanno applicato una restrizione precauzionale a questa categoria. Per tutte le altre applicazioni nell'UE, il DINP non è soggetto a restrizioni sulla concentrazione ai sensi di REACH, sebbene durante la produzione si applichino le linee guida standard sull'esposizione sul posto di lavoro.

Stati Uniti

Negli Stati Uniti, il Consumer Product Safety Improvement Act (CPSIA) del 2008 ha vietato permanentemente DEHP, DBP e BBP nei giocattoli per bambini e negli articoli di puericultura al di sopra dello 0,1% e ha posto una restrizione provvisoria su DINP, DIDP e DnOP alla stessa soglia dello 0,1% in attesa di revisione da parte della Consumer Product Safety Commission (CPSC). A seguito di una revisione approfondita da parte del Chronic Hazard Advisory Panel (CHAP), il CPSC ha stabilito nel 2017 che il DINP utilizzato nei giocattoli che possono essere messi in bocca dai bambini di età inferiore a 3 anni dovrebbe rimanere limitato allo 0,1%. Per tutte le altre applicazioni industriali e di consumo negli Stati Uniti, non esistono limiti federali di concentrazione del DINP, sebbene la Proposition 65 della California elenchi il DINP come una sostanza chimica nota allo stato come causa di cancro, richiedendo adeguate etichette di avvertenza per i prodotti venduti in California.

Altri mercati

• Cina: GB 6675 (standard nazionale sulla sicurezza dei giocattoli) limita gli ftalati, incluso il DINP, allo 0,1% nei giocattoli destinati ai bambini sotto i 3 anni e nei giocattoli che possono essere messi in bocca. L'uso industriale non è limitato.
• Canada: Il Canada Consumer Product Safety Act limita gli ftalati, incluso il DINP, nei giocattoli in vinile morbido e negli articoli per l'infanzia a 1.000 mg/kg (0,1%). Le applicazioni non giocattolo e industriali non sono limitate a livello federale.
• Giappone: Il DINP è elencato nella legge giapponese sul controllo delle sostanze chimiche (CSCL) ed è soggetto a obblighi di segnalazione, ma non è classificato come sostanza soggetta a restrizioni per uso industriale generale. Gli standard di sicurezza dei giocattoli sono ampiamente in linea con le norme internazionali.
• Corea del Sud: Le normative coreane sulla sicurezza dei giocattoli limitano il DINP allo 0,1% nei giocattoli e nei prodotti per l'infanzia, in linea con le linee guida dell'OCSE. Il sistema K-REACH coreano richiede la registrazione per le sostanze prodotte o importate al di sopra dei volumi soglia.

Sicurezza e tossicologia: cosa dice la scienza sul DINP

Il profilo di salute e sicurezza del DINP è stato ampiamente studiato nel corso di diversi decenni, spinto in gran parte dalle preoccupazioni sulla classe di sostanze chimiche degli ftalati a seguito del controllo normativo del DEHP. La conclusione generale, basata sul peso delle prove scientifiche, è che il DINP ha un profilo tossicologico sostanzialmente diverso e più favorevole rispetto agli ftalati tossici per la riproduzione (DEHP, DBP, BBP), che costituisce la base scientifica primaria per il suo diverso trattamento normativo nella maggior parte dei mercati.

Tossicità riproduttiva e dello sviluppo

La preoccupazione per la salute più significativa storicamente associata ai plastificanti ftalati è stata l’alterazione del sistema endocrino, in particolare la capacità di alcuni ftalati di ridurre la produzione di testosterone nello sviluppo di feti maschi, influenzando potenzialmente lo sviluppo degli organi riproduttivi. Gli studi hanno costantemente dimostrato che DEHP e DBP mostrano questo effetto anti-androgeno nei modelli animali a livelli di dose rilevanti. Il DINP, al contrario, non ha mostrato una significativa attività antiandrogenica nei protocolli di test standard di tossicità riproduttiva. Il comitato scientifico di tossicologia (SCT) dell'UE e il CHAP degli Stati Uniti hanno entrambi concluso che il DINP non dimostra la stessa tossicità riproduttiva in grado di alterare il sistema endocrino degli ftalati regolamentati ad alto rischio, motivo per cui non è stato classificato come SVHC per la tossicità riproduttiva ai sensi del REACH.

Cancerogenicità

Studi su animali ad alte dosi (principalmente sui roditori) hanno dimostrato che il DINP può indurre tumori al fegato nei ratti e nei topi a livelli di esposizione alimentare molto elevati. Tuttavia, il meccanismo attraverso il quale ciò avviene – la proliferazione dei perossisomi nelle cellule epatiche dei roditori – è ampiamente riconosciuto dai tossicologi come un fenomeno specifico dei roditori che non si verifica negli esseri umani attraverso lo stesso percorso. L’Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) non ha classificato il DINP come cancerogeno per l’uomo. L'elenco della Proposition 65 della California del DINP come cancerogeno si basa principalmente su questi dati sui roditori e applica uno standard precauzionale conservativo che non richiede prove di cancerogenicità umana.

Esposizione dei lavoratori e sicurezza sul lavoro

Poiché il DINP ha una pressione di vapore molto bassa e una bassa volatilità, l'esposizione all'aria durante la lavorazione è notevolmente inferiore rispetto ai plastificanti a catena più corta. Le pratiche standard di igiene industriale, tra cui la ventilazione locale degli scarichi nelle apparecchiature di miscelazione e lavorazione, l’uso di DPI adeguati durante la manipolazione diretta e il monitoraggio di routine dell’aria, sono generalmente sufficienti per mantenere l’esposizione dei lavoratori ben al di sotto dei limiti di esposizione professionale. La SDS (scheda dati di sicurezza) del plastificante DINP dei principali produttori elenca in genere un limite di esposizione professionale TWA per 8 ore di 5 mg/m³ (come polvere/nebbia totale), in linea con gli standard generali sulle polveri fastidiose.

Destino ambientale ed ecotossicologia del diisononil ftalato

Il comportamento ambientale del DINP è modellato dalle sue proprietà fisico-chimiche: bassissima solubilità in acqua, elevata lipofilicità (log Kow ~8,8) e bassa pressione di vapore. Queste caratteristiche fanno sì che il DINP rilasciato nell'ambiente si ripartisca fortemente nel suolo e nei sedimenti anziché rimanere nell'acqua o nell'aria. Il suo destino ambientale e il suo trasporto differiscono da quelli chimici più solubili in acqua in molti modi importanti.

• Biodegradazione: Il DINP subisce una significativa biodegradazione negli ambienti del suolo e dei fanghi attivi. Gli studi indicano che è in definitiva biodegradabile, con la degradazione primaria (conversione in metaboliti) che avviene in tempi relativamente brevi in ​​condizioni aerobiche. Tuttavia, il tasso di mineralizzazione completa varia a seconda delle condizioni ambientali e della composizione della comunità microbica.
• Tossicità acquatica: Il DINP mostra una bassa tossicità acquatica acuta nei test standard su pesci e invertebrati, con valori LC50 generalmente superiori a 1 mg/l, una soglia difficile da raggiungere in acqua data la sua bassa solubilità. La sua elevata affinità di legame con i sedimenti e la materia organica sospesa riduce la sua biodisponibilità per gli organismi acquatici in scenari ambientali realistici.
• Bioaccumulo: Nonostante il suo elevato log Kow, le grandi dimensioni molecolari del DINP ne limitano l'assorbimento attraverso le membrane biologiche. Gli studi sul fattore di bioconcentrazione (BCF) mostrano un bioaccumulo relativamente basso nei pesci rispetto a quanto sarebbe previsto dal solo log Kow, il che riduce le preoccupazioni sulla biomagnificazione attraverso le catene alimentari acquatiche.
• Suolo e sedimenti: Il DINP assorbe fortemente la materia organica nel suolo e nei sedimenti, il che ne limita la mobilità attraverso l'ambiente ma significa anche che può persistere nei sedimenti vicino a fonti puntuali di scarico. Gli organismi che vivono nei sedimenti (invertebrati bentonici) possono avere la massima esposizione ecologica.

Linee guida per la manipolazione, la conservazione e l'uso sicuro per il DINP

Per gli utenti industriali del plastificante DINP, la corretta manipolazione e conservazione sono importanti sia per la sicurezza che per il mantenimento della qualità del prodotto. Il DINP è un materiale a rischio relativamente basso nelle normali condizioni di movimentazione industriale, ma si applicano comunque le migliori pratiche standard di manipolazione delle sostanze chimiche.

Raccomandazioni per l'archiviazione

Il DINP deve essere conservato in contenitori ermeticamente chiusi, in genere serbatoi o fusti di acciaio al carbonio o acciaio inossidabile, lontano da forti agenti ossidanti, basi forti e fonti di calore. La temperatura di conservazione consigliata è compresa tra 10°C e 40°C. A temperature molto basse, il DINP può diventare più viscoso, rallentando le operazioni di pompaggio e trasferimento; Se necessario, è possibile utilizzare un riscaldamento moderato (fino a non più di 60°C) per ridurre la viscosità per il trasferimento. Evitare lo stoccaggio prolungato in contenitori in PVC, poiché il plastificante può migrare nelle pareti del contenitore, provocandone l'ammorbidimento e la rottura.

Dispositivi di Protezione Individuale (DPI)

• Protezione della pelle: Guanti resistenti agli agenti chimici (si consiglia nitrile o neoprene) devono essere indossati durante la manipolazione del DINP sfuso per evitare il contatto prolungato con la pelle. Sebbene il DINP non sia un forte irritante per la pelle, è necessario evitare il contatto ripetuto o prolungato.
• Protezione degli occhi: Durante le operazioni di trasferimento e miscelazione è necessario indossare occhiali di sicurezza con protezioni laterali o occhiali protettivi contro gli spruzzi chimici per proteggersi dagli spruzzi.
• Protezione respiratoria: In normali condizioni di lavorazione, la protezione respiratoria generalmente non è necessaria data la bassissima pressione del vapore del DINP. Tuttavia, se è possibile la generazione di nebbia (ad esempio durante operazioni di miscelazione o spruzzatura ad alta velocità), è appropriato un respiratore a mezza faccia con cartucce combinate vapori organici/P100.
• Risposta allo sversamento: Gli sversamenti devono essere assorbiti con materiale inerte (sabbia, vermiculite, terra secca) e raccolti per lo smaltimento. Il DINP è scivoloso e crea un notevole rischio di scivolamento sui pavimenti. Evitare che le fuoriuscite raggiungano scarichi, corsi d'acqua o suolo.

Quando scegliere il DINP e quando considerare le alternative

Il DINP rimane un plastificante altamente pratico e tecnicamente valido per la maggior parte delle applicazioni in PVC flessibile per uso generale. Tuttavia, ci sono situazioni specifiche in cui formulatori e progettisti di prodotti dovrebbero valutare se un plastificante alternativo potrebbe soddisfare meglio le loro esigenze:

• Scegli DINP quando avete bisogno di un plastificante per uso generale collaudato ed economico per fili e cavi, pavimenti, tessuti rivestiti, tubi da giardino, finiture interne di automobili o profili industriali dove non esistono restrizioni specifiche sul contenuto di ftalati e la stabilità delle prestazioni a lungo termine è una priorità.
• Considera invece DINCH o DOTP per giocattoli per bambini, anelli da dentizione, materiali a contatto con gli alimenti o dispositivi medici dove si applicano le restrizioni precauzionali sul DINP e dove il cliente, il rivenditore o l'organismo di regolamentazione nel mercato di riferimento preferisce una sostanza chimica non ftalata o alternativa.
• Considera invece il DIDP per applicazioni che richiedono una stabilità termica molto elevata, come i cavi adatti al servizio continuo superiore a 90°C, dove il peso molecolare più elevato di DIDP fornisce una ritenzione a lungo termine progressivamente migliore a temperature elevate.
• Prendi in considerazione i plastificanti di origine biologica (come ESBO, olio di ricino acetilato o adipati bioderivati) quando il posizionamento del marchio richiede contenuti rinnovabili o quando il mercato di utilizzo finale si sta muovendo verso dichiarazioni di materiali completamente di origine biologica. Si noti che questi spesso richiedono un aggiustamento della formulazione per ottenere prestazioni equivalenti al DINP nel PVC flessibile.
• Esaminare la conformità alla Prop 65 della California prima di utilizzare il DINP in qualsiasi prodotto di consumo venduto in California. I prodotti al di sopra del livello di approdo sicuro richiedono avvertenze sul cancro della Prop 65, che alcuni marchi preferiscono evitare attraverso la selezione di plastificanti alternativi, indipendentemente dal dibattito scientifico normativo sull'effettivo rischio di cancro del DINP per gli esseri umani.