¿Cómo elegir el estabilizador UV adecuado para cada aplicación de plástico?

Una planta de película soplada suministraba película para invernadero a una explotación hortícola. Para simplificar las compras, la planta sustituyó la formulación de estabilización a la luz de esa película por el sistema de absorbedor UV que llevaba años usando en piezas inyectadas para exterior, sin reducir la dosis, y en la inspección final la resistencia a la tracción y la transmisión de luz salieron conformes. Antes de llegar a la mitad de la primera temporada de cultivo, la película empezó a volverse frágil en el techo y en los puntos de contacto con los cables de sujeción y la estructura de acero, y un solo vendaval rasgó varios invernaderos. Los cultivos quedaron expuestos al frío nocturno y a la lluvia, y el productor exigió una indemnización por las pérdidas de toda la temporada. La misma formulación llevaba años funcionando sin problemas en piezas inyectadas de pared gruesa; en una película muy delgada, la protección que puede aportar un absorbedor UV se vuelve muy limitada.

¿Cómo elegir el estabilizador UV adecuado para cada aplicación de plástico? Los estabilizadores UV para plásticos se dividen en dos grandes clases, los absorbedores UV y los estabilizadores de luz de amina impedida, y cada una protege el producto de una forma distinta. La selección empieza por el espesor, la transparencia, la temperatura de proceso y el entorno de uso del producto, y después se definen el sistema estabilizador y los grados concretos.

El envejecimiento de los plásticos para exterior empieza cuando absorben radiación ultravioleta. La radiación UV puede romper enlaces químicos de las cadenas del polímero, o ser absorbida por impurezas como restos de catalizador y grupos carbonilo y generar radicales libres, que después entran en la misma reacción en cadena del envejecimiento termooxidativo, un proceso que explicamos en nuestro artículo sobre antioxidantes para plásticos. Lo que distingue al envejecimiento fotooxidativo es que su origen es externo, por lo que el daño se concentra en la superficie de la pieza. La fotooxidación empieza en la superficie y avanza hacia el interior. Una vez que la radiación UV entra en el plástico, su intensidad cae rápidamente, así que la capa más externa siempre es la primera en dañarse. Al romperse las cadenas de la superficie aparecen pérdida de brillo, caleo y microgrietas; bajo carga, esas microgrietas se convierten en puntos de inicio de fractura, y la resistencia al impacto y el alargamiento a la rotura caen con fuerza. El interior de una pieza de pared gruesa puede seguir intacto mientras el daño superficial ya basta para que se agriete al manipularla o con el frío. En películas y fibras, toda la sección queda dentro de la profundidad que alcanza la radiación UV, por lo que fallan antes y de forma más completa. La longitud del camino óptico, que depende del espesor del producto, decide qué tipo de protección funciona. Los absorbedores UV protegen el polímero absorbiendo ellos mismos la radiación UV, y cuánto absorben depende de su concentración a lo largo del camino de la luz y de la longitud de ese camino. En una pieza de pared gruesa el camino es largo y el absorbedor puede detener la mayor parte de la radiación justo por debajo de la superficie; en una película el camino es muy corto y la misma dosis absorbe mucho menos. La formulación de la planta de película soplada del inicio funcionaba en piezas de pared gruesa en gran medida gracias al espesor.

Los estabilizadores de luz más usados en plásticos se dividen en dos grandes clases, los absorbedores UV y los estabilizadores de luz de amina impedida. Los primeros reducen la radiación UV que llega al polímero y los segundos eliminan los radicales libres que ya se han formado, por eso muchas formulaciones para exterior combinan ambos. Los absorbedores UV convierten la radiación ultravioleta en calor. Tras absorber la radiación UV, el absorbedor libera la energía en forma de calor gracias a un enlace de hidrógeno intramolecular, vuelve a su estado original y puede repetir el ciclo una y otra vez. Las benzofenonas tienen un precio moderado y se usan ampliamente en poliolefinas y PVC; los benzotriazoles absorben en un rango más amplio, tienen un color claro y sirven para más polímeros; las triazinas combinan una absorción potente con alta resistencia térmica, lo que las hace adecuadas para plásticos de ingeniería que se procesan a altas temperaturas. Nuestra serie Chemtechsorb de benzofenonas incluye los grados BP-1, BP-3 y BP-12 (UV-531), la serie de benzotriazoles incluye UV-P, 326, 327, 328, 329, 234 y 360, y además ofrecemos 1577, de estructura hidroxifenil triazina. Los estabilizadores de luz de amina impedida eliminan los radicales libres en un ciclo que se regenera. Los HALS casi no absorben radiación UV. Por la acción de la luz y el oxígeno se transforman en radicales nitroxilo, que atrapan los radicales alquilo del polímero y se regeneran en reacciones posteriores, cerrando el ciclo. Se consumen lentamente y su efecto es independiente de la longitud del camino óptico, así que funcionan igual de bien en películas, fibras y en la capa superficial de las piezas. Los grados de bajo peso molecular migran rápido y reponen a tiempo la superficie; los de alto peso molecular se volatilizan y se extraen con dificultad y dan una protección más duradera. Nuestras aminas impedidas Chemtechsorb incluyen UV-962 (783), UV-292, UV-123 y UV-765.

Tres aplicaciones típicas fallan de tres maneras distintas. Las películas agrícolas y demás películas tienen un camino óptico demasiado corto y dependen de las aminas impedidas. La estabilización a la luz de una película se apoya sobre todo en los HALS, con absorbedores UV como complemento. La película para invernadero trabaja en condiciones más duras: los compuestos de azufre y cloro de los plaguicidas se descomponen en sustancias ácidas que se unen a la amina impedida, que es básica, y la desactivan; además, en los puntos de contacto con los cables de sujeción y la estructura de acero la temperatura es más alta, y el envejecimiento empieza ahí. Para estas películas conviene elegir aminas impedidas de baja basicidad resistentes a los plaguicidas y tener en cuenta las pérdidas por condensación y por el lavado de la lluvia, un terreno en el que los grados de alto peso molecular llevan ventaja. En las piezas de pared gruesa para exterior, la superficie se calea primero y luego se agrieta desde la superficie. Las piezas inyectadas como muebles de jardín, cajas de almacenamiento para exterior y equipamiento vial tienen paredes gruesas; el absorbedor UV protege el interior y el color, pero la capa superficial sigue necesitando una amina impedida. Lo habitual es combinar un absorbedor con HALS y, a su vez, combinar aminas impedidas de bajo y alto peso molecular. Cuanto más larga sea la vida útil en exterior y más intensa la radiación solar de la zona de uso, mayor debe ser la proporción de HALS, y las piezas de colores claros, que no tienen pigmento que las proteja, son las que más dependen de ellos. Las láminas y piezas transparentes deben bloquear la radiación UV sin amarillear. Las placas alveolares de PC, las láminas de PMMA y las láminas de PET son muy sensibles al color. El absorbedor debe tener un color claro, buena compatibilidad y no generar turbidez; como estos materiales se procesan a altas temperaturas, también debe resistir el calor y tener baja volatilidad, porque de lo contrario se pierde durante la extrusión y ensucia el cabezal y los rodillos. En estos productos se usan con frecuencia grados de mayor peso molecular como UV-234, UV-360 y UV-1577. El PC es sensible a las sustancias básicas, así que las aminas impedidas deben usarse con cautela; las placas alveolares, además, suelen fabricarse por coextrusión, concentrando una dosis alta de absorbedor en una capa protectora superficial muy delgada.

Otros componentes de la formulación pueden hacer que el estabilizador de luz falle antes de tiempo. Las aminas impedidas son básicas, de modo que los haluros de hidrógeno que liberan los retardantes de llama halogenados al descomponerse, los productos de descomposición de algunos aditivos con azufre y las cargas ácidas pueden neutralizarlas; en nuestro artículo sobre antioxidantes también mencionamos que los antioxidantes de tioéster y algunas aminas impedidas se debilitan mutuamente. Además, los absorbedores de bajo peso molecular se volatilizan durante el procesamiento a alta temperatura, los grados con poca compatibilidad migran a la superficie y producen eflorescencia, y las películas y fibras, por su gran superficie específica, pierden estabilizador más rápido cuando los líquidos las lavan. En la selección hay que considerar a la vez el peso molecular, la compatibilidad y la temperatura real de proceso.

Conviene preparar las muestras con el espesor real y definir la dosis con datos de envejecimiento. La dosis debe establecerse según el espesor del producto, la vida útil objetivo, la intensidad de la radiación solar en la zona de uso y los demás componentes de la formulación. Prepara las muestras con el espesor, el color y las condiciones de proceso reales, colócalas en una cámara de envejecimiento con lámpara de xenón o con lámparas UV fluorescentes y mide periódicamente la retención del alargamiento a la rotura, la resistencia al impacto, el índice de amarillez y el brillo; en la película agrícola hay que simular además el contacto con plaguicidas, y en las piezas transparentes también se miden la transmisión de luz y la turbidez. Para productos con exigencias altas de vida útil en exterior, recomendamos realizar al mismo tiempo ensayos de exposición a la intemperie real, para que ambos conjuntos de datos se contrasten entre sí.

¿Se puede usar solo un absorbedor UV o solo una amina impedida? Se puede, aunque en un rango limitado de aplicaciones. En piezas de pared gruesa, de color oscuro y con exigencias moderadas de vida útil, a veces basta con uno; las películas y fibras se apoyan sobre todo en las aminas impedidas; las piezas transparentes necesitan siempre un absorbedor UV. La mayoría de los productos de poliolefina para exterior combinan ambos, con mejores resultados que la misma dosis de un solo tipo. ¿Las piezas negras o de color oscuro siguen necesitando estabilizador de luz? El negro de humo bien disperso es por sí mismo una barrera eficaz contra la radiación UV, así que las piezas negras necesitan bastante menos estabilizador de luz, aunque una mala dispersión reduce mucho ese efecto. Las piezas oscuras coloreadas con pigmentos orgánicos son otro caso: los propios pigmentos se degradan con la luz, por lo que sigue haciendo falta un estabilizador de luz para proteger el polímero y el color. ¿Existe un estabilizador de luz que sirva para todos los plásticos de exterior? Cada plástico de exterior necesita su propia combinación, porque el polímero, el espesor, la transparencia y la temperatura de proceso, junto con condiciones como los plaguicidas y los retardantes de llama, cambian cuál es la más adecuada. Primero conocemos estas condiciones y después recomendamos una combinación de grados, y la dosis final se fija con ensayos de envejecimiento sobre la formulación real.

Hongda Group fabrica y exporta productos químicos en Ningbo desde 1992 y vende a más de treinta países. Nuestros estabilizadores de luz Chemtechsorb abarcan absorbedores UV de benzofenona, benzotriazol y triazina, además de estabilizadores de luz de amina impedida, y pueden usarse junto con nuestros antioxidantes Chemtechnox. Si estás desarrollando película agrícola, piezas inyectadas para exterior o láminas transparentes, o si tus productos para exterior ya presentan caleo, fragilidad o amarilleo, cuéntanos tu polímero, el espesor de la pieza, la zona de uso y la vida útil que necesitas, y definiremos juntos el sistema de estabilización a la luz. Para conocer las formas de colaboración, visita hongda-chem.com y haz clic en "Become a strategic partner".