Nuevos aditivosvv
Aditivos
Nuevas tendencias en tecnología de aditivos
Los aditivos pueden considerarse una herramienta para abrir nuevos mercados y mejorar el valor de los polímeros existentes y sus aplicaciones. Por convención, los aditivos químicos dependen de los plásticos para su existencia. Por lo tanto, los diferentes factores que afectan el consumo de polímeros son consideraciones importantes para la industria de los aditivos. Recientemente, nuevas etapas en los ciclos de vida tanto de los plásticos como de los aditivos se han movido en una nueva dirección, dando como resultado cambios importantes. A pesar de que el rápido crecimiento ha terminado, los aditivos de polímeros aún presentan un potencial de crecimiento "por encima del promedio", a pesar de la intensificación de la competencia global. Las inversiones en este campo están pasando de nuevos productos al desarrollo de procesos. Solo se están introduciendo unos pocos productos nuevos, y generalmente tienen un carácter más evolutivo que revolucionario. El factor principal en este campo es que el uso de aditivos puede proporcionar una solución económica y eficaz para el desarrollo de nuevos materiales al superar los inconvenientes. Aunque la tasa de aumento del número de aditivos es lenta, el número de posibles formulaciones de materiales existentes es enorme, lo que puede conducir al descubrimiento de nuevos materiales. Otra posible fuerza impulsora para el desarrollo de aditivos son los problemas o inconvenientes con los aditivos existentes y la necesidad de encontrar un uso complementario para un producto secundario o ampliar la aplicabilidad de un producto. La disminución de la volatilidad, la mejora de la estabilidad térmica y el aumento de las consideraciones ambientales durante el procesamiento y el uso son los otros objetivos de las formulaciones de nuevos productos. Estos esfuerzos combinados darán como resultado el suministro de muchos productos nuevos. Solo los grandes productores pueden permitirse invertir en investigación y desarrollo asociados con la prueba y el procesamiento de nuevos aditivos. La competencia entre materiales afectará considerablemente a la industria de los aditivos. Por ejemplo, si las poliolefinas de metaloceno desplazan el mercado del PVC, entonces la demanda de estabilizadores térmicos y plastificantes podría disminuir, mientras que la necesidad de productos como auxiliares de procesamiento de fluoropolímeros, antiadherentes y aditivos deslizantes podría aumentar. En la actualidad, el PVC, como principal usuario de aditivos, está más amenazado que nunca. Sin embargo, el PVC "verde", que contiene retardantes de llama (FR) y plastificantes más ecológicos, así como estabilizadores que no son metales pesados, ahora se está volviendo aceptable. Por lo tanto, está claro que la industria de los aditivos existe en una atmósfera de cambios rápidos, presiones competitivas y desarrollos tecnológicos continuos. Las diversas oportunidades y amenazas asociadas con los factores técnicos relacionados con los aditivos se pueden resumir de la siguiente manera:
- Oportunidades técnica
- Mejor dosificación de los grados tradicionales (gránulos frente a polvo)
- Sistemas de un solo paquete
- Mejores especificaciones
- Reducción de la variabilidad de la concentración
- Desarrollo de nuevos productos
- Aditivos con nuevas funciones (p. ej., UVA como FR o FR como estabilizadores térmicos)
- Aditivos que operan en una etapa anterior durante la degradación del polímero
- Formulaciones multifuncionales
- Mayor interacción entre el aditivo y el polímero
- Funcionalización del esqueleto del polímero (anclaje)
- Aditivos poliméricos, aditivos ligados a polímeros (injertados)
- Aditivos ecológicos
- Gestión de residuos plásticos
- Nanocompuestos (para termoplásticos polares)
- Aditivos reactivos
- Aditivos inteligentes (ir donde se necesita acción)
- Superficie HALS (estabilizador de luz de amina impedida)
- Evitar el antagonismo entre aditivos
- Vencimientos de patentes
- Menores costos analíticos. Amenazas técnicas
- Presión sobre los FR bromados (Europa)
- Miniaturización
- Nuevos desarrollos de polímeros
- Procesamiento e-Beam
Recientemente, se ha producido un desarrollo significativo relacionado con la adición de fragancias a la tecnología de masterbatch. La fragancia encapsulada en un sistema de microcápsulas de poliuretano se puede aplicar a un tejido mediante procesos de acabado textil estándar. Los mercados objetivo para estas formulaciones incluyen interiores de automóviles y envases para cosméticos y ayudas para la salud y la belleza. Los polímeros hiperramificados, como nanoportadores multifuncionales, se pueden usar para realizar aplicaciones de refuerzo en formulaciones de revestimiento de papel y tintes textiles. En los conceptos científicos de nuevos materiales, el papel de los aditivos es alto (por ejemplo, en elastómeros termoplásticos). La tendencia de introducir nuevas clases de aditivos continúa hacia el uso de materiales aditivos basados en aceites vegetales o sintéticos en lugar de aditivos derivados de grasas animales, debido a los factores relacionados con las preocupaciones ambientales. Hay una tendencia creciente en la tecnología de aditivos para desarrollar combinaciones especialmente diseñadas para una aplicación específica, con el fin de resolver problemas específicos. Los aditivos para plásticos se utilizan cada vez más. Hay mayores selecciones entre las alternativas existentes, y también hay más formas de extender las funcionalidades de los aditivos más allá de sus usos tradicionales. Se espera cada vez más que los aditivos amplíen su aplicabilidad; por ejemplo, no solo deben proporcionar una barrera protectora para el producto envasado, sino que también deben participar en el diseño total tanto del paquete como de su contenido. Como se describió anteriormente, no es razonable esperar que las nuevas innovaciones de polímeros puedan evitar fácilmente el uso de aditivos. En este sentido, el procesamiento de plásticos por haz de electrones constituye una alternativa a los aditivos químicos, pero los estudios indican que este enfoque tiene un alcance muy limitado.
Avances en estabilizadores
El avance en la tecnología de estabilizadores ha sido bastante significativo en las últimas décadas. Las nuevas innovaciones apuntan a mejoras y modificaciones, como un mejor mantenimiento de las tasas de fluidez, un color inicial más bajo y un mejor mantenimiento del color, un mayor rendimiento a la temperatura de procesamiento, una mayor estabilidad térmica y lumínica a largo plazo, inhibición de la decoloración por desvanecimiento del gas, mayor compatibilidad con aditivos. , resistencia a las interacciones con otros aditivos, sabor y olor reducidos, supresión de imperfecciones visuales (geles), más formas de producto y mejor relación precio/rendimiento. La mayor parte del desarrollo en el campo de los aditivos en los últimos 20 años provino de la evolución de la llamada estructura secundaria de los aditivos, es decir, el desarrollo de estabilizadores con mayor MW (peso molecular), mejor compatibilidad, menor volatilidad, etc. es decir, todas las propiedades directamente relacionadas con los aspectos físicos de la estabilización de polímeros
Avances en retardantes de llama (FRs)
El retardo de llama es otro campo activo de innovación de productos poliméricos. Unos 150–200 FR cubren la mayoría de los requisitos del mercado (valor de 1997: US $ 2,2 mil millones o 14% del mercado de aditivos para plásticos). Los mercados de FR están creciendo en relación con los mercados industriales promedio, y los FR minerales crecen el doble de rápido que otros FR. Debido a la amplia gama de aplicaciones, los tipos de FR también son grandes; las especificaciones del producto final son la principal fuerza impulsora detrás de estas innovaciones. Otros impulsores de la industria aquí son la eliminación gradual de los materiales bromados y la mayor demanda de sistemas libres de halógenos. Además, las regulaciones contra incendios más estrictas requieren sistemas que ofrezcan una tasa de liberación de calor más lenta en los incendios, junto con una menor generación de humo y baja toxicidad de aditivos FR, toxicidad del humo y corrosión. En algunos países, los materiales bromados todavía se utilizan ampliamente en la fabricación de televisores. La literatura muestra que se siguen introduciendo nuevos FR bromados, por ejemplo, cianurato de tris (tribromofenilo) para copolímeros de estireno y fosfato de tris (tribromonopentilo) (bromo del Mar Muerto) destinado al uso con PP, y el poliestireno bromado para PBT, PET y PA. La amenaza de prohibición de los FR halógenos no se ha llevado a cabo en América del Norte. Aún así, los no halógenos están incursionando en áreas seleccionadas. En Europa, los FR no halógenos están prosperando y los aditivos basados en halógenos están sujetos a restricciones cada vez mayores debido a las percepciones ambientales, la corrosividad y la toxicidad del humo producido. El desafío tecnológico es lograr una retardación del fuego aceptable con materiales no halógenos sin afectar negativamente las propiedades mecánicas y físicas del compuesto. Los estudios indican que la búsqueda de FR no halógenos ha tenido éxito en varios sistemas de polímeros. Los novedosos sinergistas FR no halogenados y no pesados descubiertos por casualidad se basan en la química de la N-alcoxiamina (NOR). Otros sistemas reportados recientemente son el fósforo no halógeno para PC/ABS (policarbonato/acrilonitrilo/butadieno/estireno) y mezclas de PPO, el fosfito reactivo para epoxis, y FR sin halógeno ni fósforo para la industria del cable. Se necesitan estudios mecánicos sobre la combustión de polímeros y el retardo del fuego para desarrollar nuevos FR no tóxicos y respetuosos con el medio ambiente (p. ej., sistemas intumescentes) con alta eficacia. Por otro lado, se han propuesto enfoques de alto rendimiento. Las formulaciones de materiales halogenados, generalmente en combinación con óxido de antimonio, funcionan apagando las reacciones de radicales en la fase gaseosa. Los rellenos hidratados, como Al(OH)3 y Mg(OH)2, funcionan simplemente liberando agua al sistema al calentarse. Los sistemas FR intumescentes (generalmente a base de fosfato), que son particularmente adecuados para los polímeros olefínicos, funcionan creando una capa de carbón expandido en la superficie del material polimérico expuesto al calor, lo que retarda la llama. Los ejemplos de estas clases incluyen aditivos FR libres de halógenos basados en fósforo, que funcionan desarrollando un carbón protector. Recientemente ha habido nuevos desarrollos en la clase de aditivos FR que crean agentes ignífugos seguros para el medio ambiente, que se centran en compuestos (in) orgánicos de Si, nanocompuestos, boratos, hidróxidos y derivados de melamina. El desarrollo de FR avanza hacia sistemas sinérgicos en los que se utilizan varios medios de retardo, por ejemplo, combinaciones de fósforo con halógenos. Hay sistemas FR de un paquete, que ahora están disponibles en el mercado de aditivos. También en este campo, la competencia entre aditivos (p. ej., entre fósforo, nitrógeno, silicio y sistemas FR de óxido/hidróxido metálico) es tanto una oportunidad como una amenaza para las clases de aditivos FR.
Avances en plastificantes
Para los aditivos que funcionan como plastificantes, la migración es un punto de enfoque principal, con el resultado de que ciertos tipos de ftalatos se han eliminado gradualmente y se han reemplazado por tipos poliméricos de alto peso molecular, como los copolímeros de etileno. Mesamoll (Bayer) es un plastificante libre de ftalatos. El PVC se está reformulando de DOP, Pb y Sb2O3 a sin DOP, sin Pb, ATH/MDH y Sb2O3 bajo. Aunque la literatura indica la evaluación de materiales novedosos como plastificantes externos para PVC, es probable que solo unos pocos de estos se comercialicen. Los principales inconvenientes de estos son los costos de las pruebas obligatorias para los efectos HSE, que ahora constituyen un importante costo de desarrollo.
Avances en rellenos
En el diseño de rellenos, el control del tamaño de partícula y la distribución del tamaño de partícula (de micro a meso y nanodimensión) son los factores clave que se explotan cada vez más para la preparación de compuestos poliméricos novedosos. La fuerza impulsora de este enfoque incluye el aumento del área de interfaz y, por lo tanto, la fracción de volumen de la zona interfacial polímero-relleno, y una mejor homogeneidad de la distribución de partículas. Otros avances consisten en la generación in situ de partículas de relleno mediante la hidrólisis de precursores híbridos inorgánicos/orgánicos, modificación de superficies, encapsulación, rellenos multifuncionales y tecnología de compuestos mejorada. Las clases de materiales novedosos actuales de interés para la investigación incluyen fibras minerales diseñadas, nanotubos de grafito/nanoplaquetas/nanofibras y rellenos conductores.
Avances en otras clases de aditivos
También se están reportando avances tecnológicos para otros materiales aditivos, relacionados con iniciadores de peróxido para poliésteres insaturados. Además, los fluorocarbonos clorados se han eliminado prácticamente de los agentes de desmoldeo y las espumas aislantes de poliuretano rígidas. Se han introducido auxiliares de procesamiento basados en fluoropolímeros (como el copolímero de vinilideno/hexafluoropropileno con/sin óxido de PE). Algunos desarrollos recientes también incluyen un agente antiestático permanente (no migratorio) y aditivos antivaho muy eficientes. Los agentes antiestáticos poliméricos y su utilización se han revisado recientemente. Otros aditivos también están experimentando un desarrollo significativo. Recientemente, también se introdujeron biocidas nuevos y muy efectivos. Se han comercializado nuevos auxiliares de dispersión para concentrados de pigmentos (ceras). El uso de un sistema copolimérico es esencialmente un concepto nuevo que está libre de materiales aditivos de bajo peso molecular. Sin embargo, un copolímero aleatorio, que incluye funciones aditivas en la cadena de su sistema polimérico, suele resultar en una solución relativamente costosa; sin embargo, se han informado ejemplos industriales. Bloquear una funcionalidad FR en la columna vertebral del polímero dará como resultado la prevención de la migración. Se han incorporado funcionalidades organofosforadas en los esqueletos de PA para modificar su comportamiento térmico.