Новые добавки в «старый» ПВХ

Применение биоразлагаемых добавок в решении проблемы загрязнения окружающей среды в настоящее время приобретают все большую популярность. Отдавая предпочтение пластику с биоразлагаемыми добавками, человек заботится не только о природе, но и о своем кошельке, значительно экономя на утилизации отходов.

Чистый ПВХ сам по себе не является конструктивным материалом, поэтому для его переработки в изделие с определенными эксплуатационными качествами к грануляту добавляется целая рецептура аддитивов: стабилизаторы, смазки, наполнители, красители, модификаторы. Производители добавок различают суперконцентраты добавок-модификаторов свойств (Additive-Masterbatch) и суперконцентраты красителей (Color-Masterbatch). Разновидности аддитивов Условно все добавки и наполнители можно поделить на несколько классов:

•       добавки для улучшения технологических свойств материалов и их перерабатываемости;
•       добавки для улучшения функциональных возможностей материалов;
•       добавки для улучшения потребительских эстетических качеств и удешевления материалов;
•       добавки экологического назначения;
•       добавки комплексного назначения.

Анатолий Голубченко, директор киевского регионального представительства НПП «ПАКС» (Украина): «Среди многообразия добавок различают такие добавки: скользящие, антиблоковые, УФ-стабилизаторы, ИК-добавки, противоскользящие, антистатики, процессирующие, осветляющие (нуклеаторы), антиоксиданты, антифоги (противоконденсатные), фотоселективные (для мульчирования пленок), вспениватели (для ЭВА, ПЭ и пр.), мело- и тальконаполнители, антипирены (ингибиторы горения), биоразлагающие, антибактериальные, влагопоглотители, компаунды для очистки, добавки для повторной переработки и другие. Наибольшей популярностью среди них пользуются: УФ-добавки, антиблоковые добавки, антистатики, скользящие, процессинго- вые. В каждом из этих видов выделяют около трех и более типов добавок с родственными свойствами, но различными по примененению и эффекту своего действия. Основополагающим фактором при выборе добавок в большинстве случаев выступает их функциональность, ну и, естественно, цена. С учетом этого потребитель самостоятельно определяет для себя, какие добавки ему нужны для выпуска того или иного продукта с заданными свойствами.

1. УФ-добавки.

Любые изделия из пластика подвергаются воздействию тепла, солнечных лучей и кислорода. Это ведет к деструкции изделия, т.е. к потере его механических и физических свойств. Этот процесс может быть приостановлен путем введения УФ-добавки в массу полимера, и срок «жизни» изделия таким образом будет увеличен. Например, ваша новая тепличная пленка, купленная в этом году с надеждой на длительную эксплуатацию, не выдерживает даже одного летнего сезона, она просто распадается на куски. А тепличная пленка вашего соседа, купленная им 2 года назад, до сих пор в отличном состоянии. Дело в том, что обычный полимер из-за воздействия на него названных выше факторов сам по себе не может так долго сохранять свои параметры и обеспечивать потребительские свойства продукта. Совсем иной эффект можно получить при введении в него УФ-добавки, продлевающей срок службы готового изделия. УФ-добавки могут отличаться типом активного вещества (задерживающий ами- новый светостабилизатор, УФ-абсорбент, Ni- гаситель) и его концентрацией в добавке. От чего и зависит продолжительность эксплуатации самой пленки. Естественно, УФ-добавки используются не только для тепличных пленок, но именно они наиболее подвержены воздействию атмосферы и других деструктивных факторов (солнце, дождь, ветер, и пр.). УФ-добавка снижает вредное воздействие УФ- лучей на пленку и, в зависимости от типа УФ- добавки и процента ввода ее в полимер, срок службы пленки может длиться от одного до трех и более сезонов.

2. Наполнители — тальконаполненные и меловые добавки.

Талько, наполненные добавки характеризуются тем, что благодаря пластинчатой форме частиц талька оказывается усиливающий эффект при наполнении им полимера, ему придается повышенная жесткость и сопротивление ползучести при повышенных температурах. Кроме того, введение талька улучшает также формируемость и текучесть материалов, снижает усадки, улучшает качество поверхности, повышает модуль упругости при изгибе. Средний размер частиц талька от 5,5 мкм и меньше. Мелонаполненные добавки применяется в производстве пленки, мешков, биг бегов, труб, при литьевом и выдувном формовании. Добавка уменьшает время литьевого цикла, придает жесткость изделию, улучшает качество поверхности, препятствует короблению и термоусадке. Кроме того, добавка уменьшает стоимость готового изделия за счет замещения (до 50% при литье) основного сырья. Добавка изготавливается на основе микронизированного мела — карбоната кальция с размером (дисперсией) частиц по 3,5 мкм и меньше. Но не следует за- бывать , что мелонаполненные добавки в своей основе имеют абразив (СаСО3), вызывающий повышенный износ оборудования. Некоторые производители закрывают на это глаза, зная, что для предотвращения отрицательного действия абразива используется процессинговая добавка, вводимая в сырьевую смесь на стадии ее подготовки, но, в целях поддержания низ- кой цены на свою продукцию, ее не приобретают. А как известно, скупой платит дважды. Процессинговая добавка применяется в процессе переработки полимера. Принцип действия процессинговой добавки основан на том, что в процессе расплавления сырьевой смеси и ее гомогенизации, т. е. образования однородного вязкого расплава (экструдата), активное вещество добавки оседает на рабочих поверхностях деталей оборудования (шнека, цилиндра, экструзионного устройства, каналов) тончайшим микрослоем, создавая таким образом своего рода смазывающий слой между расплавленным полимером и самим телом механизма. При этом добавка уменьшает сдвиговые нагрузки в полимере, чем обеспечивается снижение коэффициента трения экструзионного материала по всему тракту его продвижения, и, как следствие, уменьшается нагрузка на приводные механизмы, а при наличии абразива в сырьевой смеси, обеспечивается, кроме того, и защита (но не абсолютная!) оборудования от его вредного воздействия. Такой положительный эффект предоставляет возможность при установившемся режиме экструзии (инжекции) снизить обороты приводных механизмов, чем уменьшить потребление электроэнергии, или при тех же оборотах и затратах на электроэнергию повысить производительность оборудования и выпускать больше продукции. Кроме того, применение добавки уменьшает различные отложения, нагар и т.п. на рабочих поверхностях оборудования. Это позволяет увеличить время между остановками оборудования на профилактику, что повышает коэффициент его использования. Как показывает опыт, применение процессинговой добавки в совокупности обеспечивает положительный эффект на уровне до 30% (экономии или при тех же затратах, увеличение производительности). Но есть особенность применения этой добавки. Такого эффекта можно достичь используя ее при длительной работе на одной и той же продукции (режиме), так как одним из свойств ее является не проявление себя в одночасье. Процесс отложения активного вещества на рабочих поверхностях происходит постепенно и положительный результат можно заметить по приборам часа через 3-4, а максимального эффекта следует ожидать через 10-12 часов работы оборудования, в дальнейшем работа проходит на максимальном эффекте. Процессинговую добавку фирмы «ПАКС» потребляют «Ленбуд», «Новый Мир», «Крафт Пайп», «Никатор Арт», «Казацкое ДОН», «Максим» и другие известные компании, где каждая единица оборудования без переналадки длительно выпускает продукцию одного параметра (литьевую, упаковочную, молочную, тепличную, и др.). Производя одну и ту же продукцию на одном и том же оборудовании десятками тонн, они получают заметный положительный результат от применения процессинговой добавки. Те же компании, которые в силу производственной необходимости постоянно, почти каждую смену, меняют на оборудовании параметры производимой продукции (размер, вес, сырье и пр.), а лишены удовольствия от применения данной добавки».

Существуют меры предосторожности и особые условия применения аддитивов:

1.     При использовании полимерного изделия в непосредственном контакте с пищевыми продуктами добавки к поли- мерным материалам должны иметь дополнительное соответствующее разрешение.

2.     Потребителям при выборе суперконцентрата необходимо обращать внимание на допустимую температуру его переработки. Ее превышение вызывает подгорание красителя, вследствие чего на поверхности изделия появляются темные разводы.

3.     Немаловажным фактором при введении добавок является тщательное смешивание. Ручное перемешивание в бункере пластикатора или ведре не даст нужного эффекта, поэтому необходимо применять специальные перемешивающие устройства-блендеры или использовать дозаторы для введения добавок непосредственно в зону дозирования экструдера.

Цены на аддитивы

Цены на одни и те же добавки у разных производителей в пределах одной страны очень разнятся. «Большинство компаний, предлагающих добавки для полимеров на российском и украинском рынках, не производят их сами, а лишь перекупают у отечественных или зарубежных производителей (Греция, Германия, Польша, Турция, Китай и др.). Поэтому цена на один и тот же вид добавки отличается на долю процента, который компания-дистрибьютор берет за свои услуги. Производители же добавок сами реализуют свою продукцию. И ее цену, в зависимости от производственных затрат на выпуск той или иной добавки, он сам устанавливает, учитывая рыночные тенденции, и может ее как завышать, так и занижать. Основное влияние на ценообразование добавки оказывает стоимость рецептурных компонентов, из которых изготавливается добавка, в частности, активное вещество и базовый (матричный) полимер, на основе которого она создается. Если они имеют отечественное происхождение и активного вещества используется немного, то, естественно, произведенная из них добавка будет стоить дешевле, чем европейская. Но эффективность в большинстве случаев у такой добавки может также быть невысокая. Проверить это перед ее покупкой достаточно сложно, поэтому только методом проб и ошибок можно прийти к тому поставщику, продукция которого будет удовлетворять именно Ваши требования. Особенно это заметно по характеру поведения продвинутых компаний, которых не всегда привлекают отечественные добавки. Чаще всего они применяют добавки зарубежного производства, особенно если их продукция экспортируется или заказывается европейским потребителем, иногда с указанием рецептурных компонентов европейского происхождения.

Отличным примером такого производства может служить изготовление колпачков  для известной европейской компании, которая заказала у одного из украинских производителей миллион колпачков запантентованого розового оттенка и с заданными свойствами. Они должны быть одинаковыми во всех странах, где представлена продукция европейского заказчика. Но в Украине именно такой цвет и необходимые аддитивы не производятся, есть только похожие на них. Поэтому исполнитель данного заказа, для поддержания своего имиджа и возможных последующих заказов, приобрел зарубежные сырьевые компоненты изделия, не смотря на то, что стоимость некоторых из них доходит до 150 грн/кг ($19/кг), хотя отечественные функционально схожие компоненты стоят на рынке 30-40 грн/кг ($4-5/кг).

Еще один пример — краситель белого цвета, он, как правило изготавливается с использованием только диоксида титана (TiO2) с наполнением до 70% или в комбинации диоксида титана с высокодисперсным мелом (микрокальцитом). Диоксид титана имеет более высокую дисперсность, чем микрокальцит, поэтому он и дороже. Если заказчику необходима пленка белого цвета толщиной 6–8 мкм или изделие должно быть ослепительно белым, то исполнителю заказа деваться некуда — нужно закупать высоко пигментированный краситель на основе только диоксида титана по 24-25 грн/кг (зарубежные до 35-40 грн/кг и более). А если оттенок белого красителя не имеет особого значения, и толщина изделия больше названной, то для исполнителя заказа есть выбор, покупать краситель на основе ди- оксида титана (изделие получается высокого качества, но дорогое и неконкурентное) или использовать мелосодержащий краситель стоимостью по 19-20 грн/кг и дешевле, в зависимости от содержания в нем мела, изделие получается более низкого качества, но зато дешевле и широко пользуется спросом у непритязательных покупателей и «черных» оптовиков. Недобросовестные производители белых красителей используют данную ситуацию в своих целях. Декларируя выпуск красителя без примеси мела, с высоким содержанием диоксида, используют мел и ставят на краситель низкую продажную цену, чем обманывают не знающих этого покупателей красителя и способствуют нездоровой конкуренции на рынке белых красителей».

Новинки

Относительной новинкой считаются так называемые спецэффекты (флюоресценты, металлики, глиттера и пр.), как результат применения в суперконцентратах (красителях) особых компонентов. При их введении внешний облик изделий из полимера существенно меняется, поэтому сфера применения таких суперконцентратов специфическая. Например, изделия из полимеров с флуоресцентным эффектом применяются там, где окраска должна бросаться в глаза. Это — дорожные знаки и разметка, рекламные изделия, спецодежда, игрушки и многое другое. Глиттер — это вкрапления в основную массу полимера блесток различных размеров, форм и цветов. В результате изделие приобретает уникальную окраску. Применение биоразлагаемых добавок в решении проблемы загрязнения окружающей среды в настоящее время приобретают все большую популярность. Отдавая предпочтение пластику с биоразлагаемыми добавками, человек заботится не только о природе, но и о своем кошельке, значительно экономя на утилизации отходов. Наблюдаемое в Европе подключение к проблеме биодеградируемых пластиков государственных структур в тандеме с крупными химическими производителями предопределяет успех в решении столь сложной задачи. Биоразлагаемые добавки — это инновационная технология, позволяющая защитить окружающую среду от губительного действия пластика путем разложения полимеров естественным путем в течение определенного периода (в среднем, года-полутора). В ходе этого процесса полимеры распадаются на углекислый газ и воду, т.е. компоненты, которые не представляют угрозы для окружающей среды. Механизм действия биоразлагаемых добавок имеет не химическую (самоуничтожение пленки), а биологическую природу (включается механизм действия микроорганизмов и грибков «поедающих» полимер). «Поедание» полимера в его чистом виде не происходит, этот механизм нужно запустить, для чего и создана добавка. Механизм действия биодобавок основан на том, что связанные между собой сотни тысяч молекул полиэтилена в присутствии такой добавки под воздействием первоначального импульса разбиваются на цепочки (примерно по 4-5 тысяч молекул), которые стают пригодными для переработки микроорганизмами и грибками. Они постепенно начинают «поедать» полимер, и таким образом происходит невидимое глазу человека разложение. Изделие ветшает и постепенно полностью разлагается. В сельском хозяйстве остатки биоразлагаемой пленки подлежат боронованию и запахиванию, при этом пленка становится разрыхлителем почвы, пока полностью не деструктируется. В настоящее время наиболее известны биоразлагаемые добавки, при которых деградация полимера начинается от первоначального теплового или естественного светового (солнечного) облучения (импульса). В первом случае биоразложение начинается сразу после выпуска изделия, что не всегда выгодно, особенно если изделие отправляется на хранение или подлежит длительному экспортному перемещению. Во втором случае деградация полимера начинается от светового импульса. Спрятав от солнечных лучей готовые изделия с биоразлагаемыми свойствами или упакованную продукцию в материал с такими свойствами в затемненном хранилище, можно отсрочить процесс биоразложения. Сегодня на рынке появились биодобавки, имеющие компонент, позволяющий задержать на 2 до 4 месяцев запуск разложения полимера. Что же касается производства биодобавок, то Европа, уделяя пристальное внимание, особенно в последние годы, вопросам экологии, наиболее активно их разрабатывает и производит. В России, Украине и При- балтике делаются первые попытки создать нечто подобное, поскольку это одно из наиболее актуальных направлений в развитии аддитивов. Компания «ПАКС» тоже не стоит в стороне от этого и целенаправленно работает в этом направлении».  Непопулярные добавки. Как быть с ними? На этот вопрос Анатолий Голубченко ответил так: «Невысокой популярностью, в виду специфических свойств и потребительского спроса, ограниченного узкими областями их применения, пользуются такие добавки, как:

•       антимикробные — использование их позволяет получить пленочные, литьевые, экструзионные, вспененные изделия с повышенной устойчивостью к действию бактерий (бактерициды), грибков и плесени (фунгициды), к обрастанию материала в воде (альгициды). Подтверждено, что предметы ежедневного использования (телефонные трубки, ручки, калькуляторы, подлокотники и пр.) способны поддерживать и распространять патогенные бактерии, что приводит к их быстрому перемещению на тело человека и в систему пищеварения, а это может привести к возникновению инфекционных заболеваний. Поэтому неслучайно сейчас наметился некоторый интерес к этим добавкам, особенно в медицинской и пищевой промышленности;
•       антирадиационные — придают устойчивость изделиям к радиации (при стерилизации);
•       радиационно-контрастные — делают материал непрозрачным в свете рентгеновских лучей. Применяются, главным образом, при изготовлении мелких детских игрушек и медицинских изделий;
•       дезактиваторы металлов — уменьшают каталитическую активность металлических примесей;
•       индикаторы лазерного излучения — делают видимыми (в т.ч. и цветными) надписи, нанесенные лазерным лучом;
•       компабилизаторы — повышают совместимость материалов в композиции;
•       магнитные наполнители — придают магнитные свойства полимерным композициям (магнитопластам, магнитоэластам);
•       модификаторы блеска — снижают матовость поверхности изделия или повышают его блеск;
•       и другие.

Исходя из низкого спроса таких аддитивов, наша компания, как и ряд других компаний-производителей добавок, выбирает стратегическую линию выпуска продукции в том направлении, где оборотность средств и ликвидность самой продукции будет наиболее приемлемой».

Основополагающим фактором при выборе добавок в большинстве случаев выступает их функциональность, ну и, естественно, цена. С учетом этого потребитель самостоятельно определяет для себя, какие добавки ему нужны для выпуска того или иного продукта с заданными свойствами.