Compreendendo os plastificantes: o que são e como são usados em plásticos?

Plastificantes são aditivos que fabricam plásticos para torná-los mais flexíveis, trabalháveis e duráveis. Eles modificam as propriedades físicas dos polímeros para que sejam facilmente moldados em diferentes formas para muitas aplicações, como invólucros ou acessórios de construção. Neste artigo, exploramos plastificantes de um ponto de vista científico, considerando suas estruturas químicas, várias categorias e como elas afetam o desempenho de produtos plásticos. Além disso, analisamos os aspectos regulatórios e as preocupações ambientais relacionadas ao seu uso, dando assim um quadro completo dos agentes plastificantes para aqueles que querem saber mais sobre ciência e engenharia de materiais.

O que são plastificantes e como eles funcionam?

Definição de Plastificantes

Plastificantes podem ser substâncias orgânicas ou inorgânicas, que são incluídas em polímeros para aumentar sua flexibilidade, maciez e trabalhabilidade. Eles funcionam inserindo-se entre as cadeias de polímero, diminuindo as forças intermoleculares e permitindo mais movimento livre. Isso cria um material que pode ser dobrado, esticado ou deformado sem quebrar, tornando-os necessários para coisas como filmes, revestimentos e plásticos flexíveis. A eficácia de um plastificante depende de sua composição química, compatibilidade com o polímero hospedeiro e capacidade de migração dentro da matriz com a idade.

Mecanismo de Ação

Plastificantes podem agir principalmente porque podem mudar o arranjo de moléculas e forças intermoleculares entre cadeias de polímero. Eles preenchem espaços entre cadeias, evitando assim o empacotamento próximo de segmentos de polímero e reduzindo a temperatura de transição vítrea (Tg). Isso permite que um polímero seja mais flexível em qualquer temperatura.

Plastificantes também podem aumentar o volume livre na matriz, causando maior mobilidade segmentar. Por exemplo, polaridade, peso molecular e grupos funcionais podem afetar o quão bem um plastificante específico interage e migra dentro de um polímero. Esses princípios devem ser equilibrados porque muita migração pode levar à perda de plastificantes, comprometendo a produto final propriedades mecânicas. Tais entendimentos são essenciais ao melhorar o desempenho do material entre engenheiros ou cientistas de materiais para aplicações particulares.

Aplicações comuns

Plastificantes são amplamente utilizados em diferentes setores, pois ajudam a tornar os polímeros mais flexíveis e trabalháveis. Aqui estão algumas aplicações significativas:

1. Suprimentos médicos: O PVC plastificado, biocompatível e estéril, é o padrão para dispositivos médicos, como tubos, bolsas intravenosas e outras peças flexíveis.
2. Materiais de construção: Plastificantes aumentam a flexibilidade e a vida útil de produtos como pisos vinílicos, revestimentos de parede ou membranas impermeáveis, tornando possível a fácil instalação durante a construção. Eles também aumentam a durabilidade.
3. Peças automotivas: componentes de toque suave, como painéis e vedações, são usados na fabricação, onde devem ser flexíveis o suficiente para não falhar sob condições de estresse ambiental.
4. Embalagem: Os plastificantes permitem flexão ou alongamento adicionais sem rasgar filmes/revestimentos flexíveis usados em materiais de embalagem.
5. Bens de consumo: para garantir conforto e apelo estético, couros sintéticos (inclusive brinquedos) e isolamentos de fios dependem do teor de plastificante.

Essas aplicações mostram o quão versáteis os plastificantes podem ser na ciência e engenharia de materiais contemporâneas.

Que tipos de plastificantes estão disponíveis?

Plastificantes de ftalato

Os plastificantes de ftalato são um grupo de produtos químicos derivados do ácido ftálico que são comumente usados para fazer plásticos como cloreto de polivinila (PVC) mais flexível, transparente e durável. Eles são conhecidos por sua capacidade de reduzir a temperatura de transição vítrea de polímeros para aumentar sua processabilidade em diferentes aplicações. Os ftalatos mais comuns incluem di(2-etilhexil) ftalato (DEHP), di-n-butil ftalato (DBP) e diisononil ftalato (DINP). Apesar de serem amplamente utilizados, os ftalatos têm atraído atenção devido aos riscos potenciais à saúde e ao meio ambiente, o que levou a controles mais rígidos sobre eles e à substituição de muitas aplicações por outros plastificantes.

Opções sem ftalato

Plastificantes não ftalatos estão se tornando mais populares do que os plastificantes ftalatos tradicionais devido à maior regulamentação e demanda do consumidor por materiais mais seguros. Isso inclui tipos de adipato, citrato ou sebacato, cada um com diferentes faixas de compatibilidade e desempenho. Por exemplo, aplicações de PVC flexível geralmente usam di(2-etilhexil)adipato (DEHA), que tem excelentes propriedades de baixa temperatura; o citrato de trietila (TEC) é derivado de recursos renováveis, portanto pode ser usado em embalagens de alimentos e aplicações médicas sem preocupações com toxicidade, enquanto o sebacato de dibutila (DBS) é valioso porque sua alta estabilidade térmica os torna adequados para uso em temperaturas elevadas, onde outros tipos evaporariam muito rapidamente ou se decomporiam instantaneamente. Essa mudança representa um afastamento significativo na ciência dos materiais em direção ao desenvolvimento sustentável, juntamente com registros de segurança aprimorados em todo esse setor.

Plastificantes Poliméricos e Secundários

Plastificantes poliméricos, como poli(etilenoglicol) (PEG) e poli(propilenoglicol) (PPG), têm várias vantagens em comparação aos plastificantes tradicionais de baixo peso molecular. Eles exibem melhor compatibilidade e resistência à migração dentro de matrizes poliméricas, aumentando a durabilidade e o desempenho em diferentes aplicações. Esses materiais funcionam melhor para sistemas que precisam de alta flexibilidade, como filmes, revestimentos e adesivos.

Por outro lado, plastificantes secundários são geralmente adicionados a formulações para modificar as propriedades do plastificante primário, melhorando as características de processamento e desempenho. Óleos minerais e ésteres selecionados estão entre esses compostos, que podem aumentar amplamente a flexibilidade enquanto diminuem a dureza sem comprometer o comportamento em baixa temperatura da estrutura geral dos polímeros.

Poliméricos ou secundários — ambos os tipos de plastificantes indicam uma tendência de diversificação nessa área, permitindo mais opções de personalização de acordo com os requisitos de desempenho específicos definidos pelos fabricantes, ao mesmo tempo em que abordam os impactos ambientais e os riscos à saúde apresentados pelos convencionais.

Como os plastificantes são usados no PVC?

Papel no PVC flexível

O cloreto de polivinila flexível (PVC) é tornado utilizável por plastificantes, que ajudam em sua produção e aplicação, melhorando as características de processabilidade e o desempenho de uso final. Em formulações de PVC flexível, plastificantes como o dioctil ftalato (DOP), entre outros, são usados principalmente para reduzir a temperatura de transição vítrea e aumentar a flexibilidade e a elasticidade. Isso permite que o material atenda a diferentes necessidades de aplicação, desde ser macio e elástico, como tubulação médica, para rígido, como piso.

Mecânica, estabilidade térmica e resistência contra umidade ou luz ultravioleta, entre outras influências ambientais, podem ser afetadas dependendo do tipo de plastificante escolhido. Também houve alternativas sem ftalato desenvolvidas por meio de tecnologia aprimorada, que não comprometem os padrões de desempenho, mas abordam preocupações com a saúde e questões ambientais associadas a esses produtos químicos. Portanto, a melhor utilização de plastificantes aumentará as propriedades inerentes ao PVC flexível e se harmonizará com as indústrias que estão se movendo em direção a materiais mais seguros e ecologicamente corretos em larga escala.

Uso em dispositivos médicos

Dispositivos médicos de PVC flexível são formulados com plastificantes, que lhes dão flexibilidade, durabilidade e biocompatibilidade. Eles também melhoram o desempenho desses produtos para que possam ser usados confortavelmente mesmo após serem submetidos a muitos processos de esterilização. Plastificantes não ftalatos foram introduzidos na medicina ultimamente; essa mudança abordou preocupações em torno de regulamentações e riscos mitigados associados a plastificantes convencionais. Essas invenções são mais seguras e atendem a padrões de saúde rigorosos, tornando o cloreto de polivinila macio uma escolha confiável para vários usos de saúde, como bolsas e tubos intravenosos. Essas melhorias indicam que sempre haverá novas áreas de estudo neste setor, à medida que os pesquisadores se esforçam para encontrar melhores combinações que funcionem melhor em diferentes aplicações, mantendo ainda as medidas de segurança necessárias para fins médicos.

Aplicação em Fios e Cabos

O isolamento de fios e cabos é uma parte essencial dos plastificantes, o que pode torná-los mais flexíveis e funcionar em diferentes condições ambientais. Os fabricantes podem produzir cabos que podem ser flexionados e resistentes à abrasão, ao calor e à umidade adicionando plastificantes às formulações de cloreto de polivinila (PVC). Isso é muito importante para aplicações que passam por espaços estreitos ou são expostas ao intemperismo. Plastificantes avançados não ftalatos têm sido cada vez mais usados para atender aos padrões de segurança sem sacrificar as propriedades elétricas necessárias. Essa transição aborda questões de saúde e responde às novas tendências na demanda por materiais ecológicos na indústria de fios e cabos. Esforços contínuos estão sendo feitos para melhorar a robustez duradoura e a resistência térmica do PVC amolecido em relação aos fios e cabos para suportar condições adversas impostas por sistemas elétricos ou eletrônicos contemporâneos melhor do que nunca.

Como os plastificantes são selecionados para fabricação de plástico personalizado?

Critérios de seleção

Vários fatores importantes devem ser considerados ao escolher plastificantes para fabricação de plásticos personalizados para garantir o melhor desempenho, segurança e conformidade com os padrões regulatórios.

1. Compatibilidade: O plastificante escolhido deve ser compatível com o polímero em uso. Isso garante o processamento adequado e as propriedades físicas desejadas do produto final. Também afeta a dispersão de plastificantes por toda a matriz, impactando a flexibilidade, a durabilidade e a resistência mecânica.
2. Perfil toxicológico: Os fabricantes devem avaliar os impactos ambientais e de saúde causados por diferentes tipos de plastificantes. Opções não tóxicas que não sejam baseadas em ftalatos estão sendo cada vez mais procuradas para reduzir os riscos associados a elas entre trabalhadores ou usuários finais. Avaliar o potencial de migração e a segurança química geral desses compostos é essencial, principalmente quando usados para materiais de contato com alimentos ou dispositivos médicos.
3. Propriedades de Desempenho: Flexibilidade, resistência ao impacto e estabilidade térmica são atributos-chave de desempenho que um plastificante escolhido deve melhorar. Isso é verdade seja na indústria da construção, no setor automotivo ou na área de bens de consumo, onde várias condições de temperatura existem junto com tensões específicas relacionadas a essas aplicações.
4. Conformidade Regulatória: A adesão às regras locais e internacionais é obrigatória. Os plastificantes devem estar em conformidade com as normas industriais para garantir a segurança durante a utilização, particularmente no campo da saúde, onde diretrizes muito rígidas determinam o que pode ser usado.
5. Custo-efetividade: Além de ser seguro ao trabalhar efetivamente, as implicações gerais de custo do uso de um agente plastificante específico também devem ser consideradas. Isso significa que os produtores devem encontrar um equilíbrio entre qualidade e preço, fazendo com que seus investimentos valham a pena em termos de lucratividade durante o processo de produção.

Esses critérios garantirão que as necessidades técnicas sejam atendidas e ajudarão a atingir os objetivos de desenvolvimento sustentável definidos por vários setores envolvidos neste setor em todo o mundo.

Compatibilidade com polímeros

A compatibilidade com polímeros é uma das coisas mais importantes a se considerar ao selecionar plastificantes, pois afeta o desempenho de um material depois de plastificado. A interação entre a matriz do polímero e o plastificante pode afetar as propriedades mecânicas, a estabilidade térmica e a vida útil.

1. Tipos de polímeros: Diferentes tipos de polímeros têm diferentes níveis de compatibilidade com plastificantes, então isso deve orientar sua escolha. Por exemplo, ftalatos são compatíveis com PVC porque o tornam mais flexível sem alterar significativamente outras propriedades mecânicas.
2. Lixiviação e Migração: A capacidade de lixiviação deve ser considerada durante o uso como parte desta investigação. Plastificantes compatíveis exibem baixa lixiviabilidade, especialmente em aplicações alimentícias ou médicas, para evitar a perda de características físicas ao longo do tempo por contaminação ou qualquer outro meio.
3. Métodos de mistura: A técnica de mistura usada para introduzir esses produtos químicos em plásticos também pode afetar sua compatibilidade. A mistura adequada deve garantir uma distribuição uniforme por todo o polímero, o que é necessário para o desempenho desejado.

Os fabricantes devem entender esses parâmetros de compatibilidade para otimizar o desempenho do material e, ao mesmo tempo, atender aos requisitos regulatórios de setores específicos.

Características de desempenho

Várias propriedades mecânicas de materiais plastificados dependem da resistência mecânica, estabilidade térmica e alongamento na ruptura.

1. Resistência mecânica: polímeros plastificados são geralmente mais flexíveis e resistentes a impactos. Por exemplo, o PVC pode ser tornado mais elástico adicionando-se dioctil ftalato (DOP), o que também melhora sua processabilidade.
2. Estabilidade Térmica: A capacidade de um material plastificado de resistir a mudanças de dimensão causadas pelo calor é essencial em muitas aplicações onde ocorre variação de temperatura. Diferentes ambientes térmicos podem, portanto, afetar a temperatura de transição vítrea (Tg) do polímero, dependendo do tipo de plastificante usado, alterando, assim, seu comportamento.
3. Alongamento na Ruptura: Plastificantes tornam os materiais menos quebradiços, aumentando assim sua resistência à ruptura sob tensão. Produtos que precisam se recuperar após serem submetidos a estresse ou deformação repetidos devem possuir essa propriedade.

Portanto, os fabricantes devem levar esses atributos em consideração ao projetar ou usar esses materiais para que eles não apenas atendam às necessidades funcionais, mas também estejam em conformidade com os padrões regulatórios.

Quais são os impactos ambientais dos plastificantes?

Migração de Plastificantes

A migração de plastificantes diz respeito a quando esses aditivos se movem ou vazam da matriz do polímero para ambientes ou artigos circundantes. Esse processo se torna muito sério se levarmos em conta as consequências ecológicas e de segurança de coisas tornadas mais macias por produtos químicos. Mudanças de temperatura, níveis de umidade e tipos de materiais em contato com polímeros estão entre os muitos fatores que podem levar à migração, de acordo com diferentes pesquisas conduzidas sobre o assunto. A migração pode resultar em propriedades mecânicas reduzidas, colocando em risco a integridade estrutural e causando riscos de exposição a substâncias nocivas. Muitos órgãos reguladores em todo o mundo prescrevem limites para migrações de plastificantes, principalmente em materiais de embalagem de alimentos e produtos infantis, para controlar riscos à saúde e, ao mesmo tempo, garantir a conformidade com os padrões de segurança. Os fabricantes precisam saber como os plastificantes se movem porque isso os ajudará a produzir produtos mais seguros que atendem aos requisitos legais.

Degradação e Bioacumulação

Existem várias maneiras pelas quais os plastificantes são decompostos em matrizes poliméricas: hidrólise, oxidação e degradação térmica. Cada método pode converter um plastificante em pequenos fragmentos que podem ser perigosos se liberados no meio ambiente. Com o tempo, esses produtos químicos se acumulam em organismos vivos; isso é chamado de bioacumulação e pode ser muito ruim para animais ou ecossistemas. Também deve ser observado que qualquer substância que se acumula dentro de um organismo pode perturbar seu sistema endócrino, diminuir as taxas de fertilidade e prejudicar a diversidade de espécies para sempre. Uma legislação como a REACH (Registration Evaluation Authorization of Chemicals) dentro da União Europeia exige um exame rigoroso dos impactos ambientais dos plásticos, pressionando por materiais alternativos mais verdes, mas ainda atuando como plastificantes. Os fabricantes devem conhecer os caminhos de degradabilidade juntamente com seu potencial biodegradável para minimizar os riscos e economizar custos envolvidos com produtos ambientalmente comprometidos durante o processamento.

Impacto na vida selvagem

O efeito dos plastificantes nos animais é múltiplo, principalmente porque eles podem escapar para diferentes habitats e interferir nos processos vitais. Estudos mostram que os plastificantes interrompem os sistemas endócrinos de organismos aquáticos, levando à malformação, reprodução prejudicada e comportamento anormal. A exposição ao ftalato reduz a fertilidade e causa desenvolvimento reprodutivo anormal entre espécies de peixes. A fauna terrestre não fica de fora; por meio da infiltração na cadeia alimentar, que afeta principalmente criaturas dependentes de fontes de água contaminadas ou presas delas, os plásticos destroem a vida selvagem. Esse processo de bioacumulação pode resultar em enormes reduções no número de populações e perda de biodiversidade, desestabilizando assim o equilíbrio dos ecossistemas. Para salvar nossos semelhantes desses impactos adversos causados pelos plásticos, é essencial regular seu uso e encontrar maneiras seguras de descartá-los. O conhecimento sobre esse assunto deve ser compreendido por formuladores de políticas que buscam sustentabilidade em relação à conservação de variedades, juntamente com iniciativas de solidez ecológica por ambientalistas que trabalham para tais objetivos em contextos sociais mais amplos também.

Fontes de referência

Ftalatos

Plastificante

Cloreto de polivinila

Perguntas frequentes (FAQ)

P: O que é um plastificante?

R: Um plastificante é um aditivo que aumenta a capacidade de um material plástico de flexionar, trabalhar com e suportar desgaste. Plastificantes são utilizados em muitos setores para melhorar as propriedades dos plásticos.

P: Os plastificantes são seguros?

R: A segurança dos plastificantes depende em grande parte do seu tipo e propósito. Alguns plastificantes, como os ftalatos, levantaram preocupações sobre riscos à saúde, principalmente devido aos seus potenciais efeitos disruptivos endócrinos; no entanto, muitos governos regulam essas substâncias para que apenas aquelas adequadas para aplicações específicas, como embalagens de alimentos ou brinquedos, possam ser usadas.

P: Liste alguns exemplos comuns de plastificantes.

R: Os tipos comumente conhecidos incluem ésteres de ftalato (como ftalato de diisononila e ftalato de dibutila), ésteres alifáticos e poliméricos, entre outros, todos os quais atendem a diferentes propósitos para aumentar a flexibilidade e a durabilidade em vários materiais poliméricos.

P: Como os produtos de PVC usam plastificantes?

A: Adicionar um plastificante torna o cloreto de polivinila (PVC) mais flexível e processável durante a fabricação. É por isso que cabos, pisos ou dispositivos médicos geralmente contêm esses compostos.

P: Por que os materiais de construção são feitos com plastificantes?

A: Agentes plastificantes são misturados em materiais de construção para melhorar seu desempenho e longevidade. Por exemplo, selantes se tornam mais elásticos com plasticidade adicionada, tornando-os menos propensos a rachaduras mesmo sob temperaturas extremas, enquanto revestimentos ganham versatilidade contra diferentes condições climáticas.

P: Qual o impacto do uso de plastificantes na saúde humana?

R: Existem alguns plastificantes, especificamente alguns ftalatos, que têm sido associados a distúrbios endócrinos e problemas reprodutivos. É essencial controlar e supervisionar essas substâncias porque elas podem representar riscos potenciais à saúde das pessoas por meio do contato direto com humanos por meio de cosméticos ou embalagens de alimentos.

P: O que deve ser considerado ao escolher um plastificante?

R: Ao selecionar plastificantes, é essencial considerar fatores como compatibilidade com o material polimérico, flexibilidade desejada, durabilidade, aspectos de segurança e requisitos regulatórios, entre outros. A decisão de qual tipo de plastificante usar pode afetar significativamente o desempenho e a segurança do produto final.

P: Plastificantes podem ser usados em embalagens de alimentos?

R: Sim, mas eles devem aderir estritamente aos requisitos de segurança e não ameaçar a saúde de indivíduos que entram em contato com tais recipientes. Após vários testes e avaliações, esses tipos específicos foram declarados seguros para uso em substâncias que armazenam comestíveis.

P: O que você entende por plastificantes poliméricos?

R: São moléculas de cadeia longa adicionadas a polímeros como PVCs para se tornarem flexíveis e robustas simultaneamente. Por essa razão, elas não migram facilmente para fora dos materiais, tornando-as adequadas para aplicações onde a estabilidade de longo prazo é necessária juntamente com baixos riscos à saúde.

P: Como os plásticos mudam suas propriedades sob a influência de agentes de adição?

A: Agentes de adição penetram entre cadeias de polímeros, reduzindo forças intermoleculares enquanto aumentam a mobilidade dentro delas. Isso resulta em materiais plásticos mais dobráveis, rígidos e processáveis para diferentes usos.