¿Qué ventajas tienen los pigmentos orgánicos y los inorgánicos en la coloración de plásticos?

El mes pasado, un fabricante de muebles de exterior devolvió al taller de igualación de color una tirada completa de asientos inyectados. Las piezas habían pasado un solo verano apiladas en un patio del sur del país y el rojo anaranjado saturado con el que salieron se había apagado hasta un ocre grisáceo; el cliente final rechazó toda la mercancía. Al revisar la fórmula, el ingeniero de color encontró la causa: para reproducir el aspecto vivo que se había logrado en la etapa de muestreo, el equipo había elegido un pigmento orgánico cuyo grado de resistencia a la intemperie no correspondía a las condiciones de uso en exterior.

¿Qué ventajas tienen los pigmentos orgánicos y los inorgánicos en la coloración de plásticos? La ventaja de los orgánicos está en el desempeño cromático: alto poder colorante, tonos vivos y buena transparencia, de modo que una dosis pequeña ya entrega un resultado visual saturado. La ventaja de los inorgánicos está en la resistencia: poder cubriente alto, buena estabilidad térmica y un comportamiento sólido frente a la luz y a la intemperie, con una gama de color más sobria como contrapartida. Cuando armamos una solución de coloración para plásticos, el punto de partida del análisis siempre es el entorno final de uso de la pieza y los años de servicio que se esperan de ella.

El color de un pigmento orgánico depende del sistema conjugado que hay dentro de la molécula, y la exposición continua a la radiación ultravioleta va rompiendo esos enlaces químicos, así que el tono se aclara y se agrisa con el tiempo. El color de un pigmento inorgánico proviene de transiciones electrónicas en la red cristalina de un óxido metálico, y esa red es casi insensible al ultravioleta; por eso grados como el óxido de hierro rojo o el amarillo de titanio y cromo pueden servir durante años en perfiles de exterior y artículos de jardín. Para piezas que van a estar al sol durante años, como perfiles de PVC para construcción, muebles de exterior o piezas exteriores de automoción, solemos construir la fórmula sobre pigmentos inorgánicos u óxidos metálicos de fase mixta y dejar los orgánicos en un papel auxiliar de ajuste de tono. Saltarse ese paso suele costar una tirada completa, rechazada por diferencia de color al terminar la primera temporada de sol.

La verdadera prueba de temperatura en la coloración de plásticos ocurre en la extrusión y en la inyección, donde el pigmento tiene que soportar calor y cizalla a la vez dentro del fundido. La mayoría de los pigmentos orgánicos tiene un umbral de descomposición térmica limitado y, en cuanto la temperatura de proceso se sale del rango que toleran, la estructura molecular empieza a degradarse y la pieza sale de fábrica ya desviada de la placa patrón. Los plásticos de ingeniería, como la poliamida y el policarbonato, se procesan en general a temperaturas más altas que los plásticos de uso común, y en esos sistemas la oferta de pigmentos orgánicos se estrecha de forma notoria. Los pigmentos inorgánicos han pasado por calcinación a alta temperatura, de modo que traen un margen natural de estabilidad térmica y resultan la opción más segura en plásticos de ingeniería de alta temperatura. Lo que hay que verificar en la etapa de selección es si queda suficiente margen de seguridad entre los datos de resistencia térmica del pigmento y la temperatura real de proceso.

El poder colorante de los pigmentos orgánicos suele ser muy superior al de los inorgánicos, así que la dosis necesaria para la misma profundidad de tono es menor y eso compensa en parte su precio unitario más alto. La mayoría de los pigmentos orgánicos es transparente o semitransparente por sí misma, de modo que tapar el color propio de la resina o las impurezas de tono del material reciclado exige acompañarlos con dióxido de titanio. Los pigmentos inorgánicos tienen un índice de refracción alto y su poder cubriente proviene de la propia partícula, lo que permite llegar al objetivo con una fórmula más sencilla en sistemas oscuros y de tonos medios. El indicador que calculamos con el cliente es el costo total de coloración por kilogramo de pieza necesario para alcanzar una diferencia de color aceptable; el precio por kilo del pigmento es apenas una variable dentro de ese cálculo. Cuando falta poder cubriente, ese hueco se traslada por la fórmula hasta la dosis, el espesor de pared y la tasa de reproceso.

Si los pigmentos orgánicos son siempre más caros que los inorgánicos depende de cómo se haga la cuenta: por kilogramo cotizado, los orgánicos están en general por encima, pero su poder colorante es mayor y la dosis necesaria para la misma profundidad de tono es menor, así que en sistemas claros y de alta saturación la diferencia de costo de coloración por kilogramo de pieza se reduce bastante, y el juicio real de costo hay que hacerlo sobre la fórmula completa y contra la diferencia de color objetivo. Los pigmentos orgánicos tampoco quedan descartados en piezas de exterior, siempre que se elijan grados de alta resistencia a la intemperie, como quinacridonas, ftalocianinas, perilenos y pigmentos DPP, y se acompañen con absorbedores de ultravioleta y estabilizadores de luz de amina impedida; recomendamos completar una validación de envejecimiento acelerado antes de la producción en serie y confirmar con datos que la diferencia de color y la retención de brillo cumplen los años de servicio previstos. Un mismo pigmento se comporta distinto en polipropileno y en PVC flexible porque la polaridad de la resina, el contenido de plastificante y la temperatura de proceso afectan tanto a la dispersión como a la tendencia a migrar: el plastificante del PVC flexible puede disolver parcialmente ciertos pigmentos orgánicos y provocar sangrado y migración, así que el sistema de resina hay que tratarlo como parte de las condiciones de selección, y una misma carta de color no se traslada directamente de un sistema a otro.