Cos'è un plastificante in PVC?

Il polivinil cloruro (PVC) è una delle materie plastiche più prodotte e versatili al mondo. Tuttavia, nella sua forma pura, il PVC è un materiale riGido e fraGile. Per sbloccare il suo pieno potenziale ed espandere le sue applicazioni, plastificanti sono incorporati. Un plastificante è un additivo, in Genere un estere organico a punto alto, che viene miscelato con un polimero per migliorare la sua flessibilità, lavorabilità ed estensibilità. Nel contesto di PVC, i plastificanti trasformano fondamentalmente le sue proprietà fisiche, rendendolo morbido, flessibile e molto più adattabile per una vasta gamma di prodotti.

Il meccanismo di plastificazione

Il nucleo della struttura di PVC è costituito da lunghe catene polimeriche. Nel PVC rigido, queste catene sono strettamente imballate e tenute insieme da forti forze intermolecolari, principalmente interazioni dipolo-dipolo a causa dei legami polari di carbonio-cloro. Quando viene aggiunto un plastificante, le sue molecole si interrugano tra queste catene polimeriche in PVC. Questo inserimento aumenta efficacemente il volume libero all'interno della matrice polimerica e indebolisce le forze intermolecolari che tengono unite le catene.

Questo effetto "lubrificante" consente alle catene in PVC di muoversi più liberamente l'uno all'altro a temperature più basse e con una forza meno esterna. Di conseguenza, la temperatura di transizione del vetro ( $T_g$ ) del PVC è abbassato. IL $T_g$ è la temperatura al di sotto della quale un polimero diventa duro e fragile, e sopra la quale diventa più gommoso e flessibile. Abbassando il $T_g$ , i plastificanti consentono al PVC di rimanere flessibili e praticabili a temperatura ambiente e persino a temperature sotto zero, a seconda del tipo e della concentrazione del plastificante.

Funzioni chiave e benefici dei plastificanti in PVC

L'aggiunta di plastificanti al PVC offre diversi vantaggi critici:

• Maggiore flessibilità e morbidezza: Questa è la funzione più importante, che consente di utilizzare il PVC in applicazioni che richiedono beni, come cavi, tubi e film.

• Migliorata processabilità: I plastificanti riducono la viscosità di fusione del PVC, rendendo più facile il trattamento durante l'estrusione, il calendario, lo stampaggio a iniezione e altre tecniche di produzione. Ciò si traduce in temperature di elaborazione più basse e consumo di energia.

• Estensibilità ed elasticità migliorate: Il PVC plastificato può essere allungato e deformato senza rottura, il che è essenziale per applicazioni come la pelle sintetica, tessuti rivestiti e tubi medici.

• Brittiglia ridotta: Impediscono al materiale di cracking o frantumarsi sotto impatto o a basse temperature.

• Durabilità e longevità: Imparando la flessibilità, i plastificanti possono contribuire alla durata complessiva e alla durata della vita dei prodotti in PVC in vari ambienti.

• Miglior chiarezza e finitura superficiale: In alcuni casi, i plastificanti possono migliorare la trasparenza e l'estetica superficiale dei prodotti in PVC.

Tipi di plastificanti utilizzati in PVC

Storicamente, i plastificanti più comuni per il PVC sono stati ftalati , in particolare il di- (2-etilhexil) ftalato (DEHP o DOP) e il diisonil ftalato (DINP). Tuttavia, le crescenti preoccupazioni ambientali e di salute hanno portato a una diversificazione dei tipi di plastificante.

Le categorie comuni di plastificanti includono:

• Ftalati: Mentre alcuni ftalati ad alto peso molecolare (come DINP, DidP, DPHP) sono ancora ampiamente utilizzati, il loro uso in alcune applicazioni sensibili (ad esempio giocattoli, dispositivi medici) è limitato o viene gradualmente eliminato a causa di potenziali effetti sulla salute.

• Terephtalates: Come dioctyl tereftalato (dotp o DEHT), spesso usato come alternativa ai ftalati, offrendo prestazioni simili con un profilo tossicologico più favorevole.

• Adipate: Come dioctyl adipate (DOA), noto per una buona flessibilità a bassa temperatura.

• Trimellitates: Questi sono plastificanti a peso molecolare più elevati che offrono un'eccellente permanenza e bassa volatilità, che li rendono adatti per applicazioni ad alta temperatura come l'isolamento di filo e cavo.

• Citrati: Spesso utilizzato in applicazioni sensibili come l'imballaggio alimentare e i dispositivi medici a causa della loro bassa tossicità. Esempi includono trietil citrato (TEC) e tributil citrato (TBC).

• Olio di soia epossidabile (ESBO): Un plastificante a base biologica che funge anche da stabilizzatore di calore secondario in PVC.

• Plassizer polimerici: Esteri ad alto peso molecolare che offrono un'eccellente permanenza e resistenza all'estrazione, rendendoli adatti a beni durevoli e ambienti esigenti. Tuttavia, sono meno efficienti nel plastificante rispetto ai plastificanti monomerici.

• Plassibini a base biologica e sostenibile: Una categoria emergente incentrata su risorse rinnovabili, guidata dalla coscienza ambientale e dalle pressioni normative.

La selezione di un plastificante specifico o una miscela di plastificanti dipende dalle proprietà desiderate del prodotto finale in PVC, dalle condizioni di lavorazione, dai costi, dai requisiti normativi e dalle considerazioni ambientali.

Considerazioni nella selezione e nell'uso del plastificante

La scelta del plastificante giusto per un'applicazione in PVC comporta una complessa interazione di fattori:

• Efficienza: Quanto plastificante è necessario per ottenere un livello desiderato di flessibilità?

• Permanenza: Quanto bene il plastificante rimane all'interno della matrice PVC nel tempo, resistendo alla migrazione, alla volatilizzazione o all'estrazione? Questo è cruciale per le prestazioni a lungo termine.

• Compatibilità: Il plastificante deve essere compatibile con il PVC, il che significa che dovrebbe mescolare bene e non "fiorire" o trasudare dalla superficie.

• Flessibilità a bassa temperatura: Per le applicazioni esterne o quelle in climi freddi, la capacità del plastificante di mantenere la flessibilità a basse temperature è fondamentale.

• Volatilizzazione: La tendenza del plastificante a evaporare dal PVC, che può portare a indurimento nel tempo.

• Resistenza alla migrazione: La capacità del plastificante di rimanere all'interno del PVC e di non migrare in materiali adiacenti, che possono causare appiccicosità, colorazione o abbraccio del PVC.

• Resistenza chimica: Resistenza a oli, grassi e altri prodotti chimici.

• Infiammabilità: Alcuni plastificanti possono influenzare le caratteristiche di infiammabilità del PVC.

• Tossicità e conformità normativa: Aderenza alle normative sulla salute e sulla sicurezza, in particolare per le applicazioni che coinvolgono il contatto con umani, cibo o acqua.

• Costo: La redditività economica è sempre un fattore significativo nelle applicazioni industriali.

In conclusione, i plastificanti sono componenti indispensabili nella stragrande maggioranza delle formulazioni in PVC, trasformando un polimero intrinsecamente rigido in un materiale altamente versatile e adattabile. La loro attenta selezione e incorporazione precisa sono fondamentali per raggiungere le caratteristiche delle prestazioni desiderate e garantire la longevità e la sicurezza di innumerevoli prodotti in PVC che sono parte integrante della vita moderna.