Стеаринова кислота в ПВХ: мастило і сировина для стеаратів

У переробці полівінілхлориду стеаринова кислота з'являється двічі й у різних ролях. Спершу як мастило, що не дає розплаву прилипати до металу шнека й валків. Потім як сировина, з якої роблять кальцієві й цинкові стеарати, ті самі, що стоять у рецептурі стабілізатором. Одна й та сама технічна марка закриває обидві задачі, і саме тому вона в ПВХ-компаундах майже завжди.

Розберу, як стеаринка працює мастилом, звідки беруться металеві стеарати й на що дивитися при виборі марки.

Яку роль відіграє стеаринова кислота в ПВХ?

У ПВХ стеаринова кислота працює переважно як внутрішнє й частково зовнішнє мастило. Вона знижує тертя між макромолекулами розплаву та між розплавом і металом обладнання, тому маса рівномірно тече й не пригорає. Дозування зазвичай 0,5–2%. Друга функція це сировина: реакцією з оксидами кальцію чи цинку зі стеаринової кислоти отримують металеві стеарати-стабілізатори.

Полівінілхлорид сам по собі перероблюється складно. Він в'язкий, чутливий до перегріву й липне до гарячого металу. Мастила вирішують цю проблему, і стеаринова кислота одне з найпоширеніших. Вона діє переважно як внутрішнє мастило: зменшує тертя всередині розплаву, тому маса пластифікується рівномірно й не перегрівається від зсуву.

Частина стеаринки працює і зовні. Тонкий шар на межі розплав-метал знижує прилипання до шнека, циліндра, валків каландра. Баланс між внутрішнім і зовнішнім змащенням тонкий: замало, і маса пригорає, забагато, і падає продуктивність, бо розплав ковзає й гірше захоплюється. Тому дозування тримають у вузьких межах, 0,5–2% залежно від рецептури.

Як зі стеаринової кислоти роблять стеарати для ПВХ?

Металеві стеарати для ПВХ отримують реакцією стеаринової кислоти з оксидом або гідроксидом металу. Стеаринова кислота плюс оксид кальцію дає стеарат кальцію, з оксидом цинку виходить стеарат цинку. Ці солі працюють у ПВХ термостабілізаторами: зв'язують хлороводень, що виділяється при перегріві, і гальмують деструкцію полімеру. Тобто стеаринка це базова сировина всієї системи Ca/Zn.

Термостабілізатори в ПВХ це найчастіше пара стеаратів. Полівінілхлорид при нагріванні відщеплює хлороводень, і якщо його не зв'язувати, полімер темніє й руйнується ланцюжковою реакцією. Стеарат кальцію й стеарат цинку перехоплюють цей хлороводень і зупиняють деструкцію, а заразом додатково змащують масу.

Роблять ці солі саме зі стеаринової кислоти. Технічна марка з високим вмістом C18 для цього підходить: чим стабільніший фракційний склад сировини, тим передбачуваніші властивості готового стеарату. Тому підприємства, що самі виготовляють стабілізатори, беруть технічний стеарин 1860 тоннами як вихідну сировину, а не купують готові солі.

Яка марка стеарину потрібна для ПВХ?

Для ПВХ підходить технічна марка 1860. І як мастило, і як сировина для стеаратів вона працює за рахунок вмісту C18 та стабільності складу, а не за рахунок кольору. Компаунд зазвичай непрозорий або пігментований, тому колірність стеаринки за Хазеном на нього не впливає.

Виняток один: прозорі ПВХ-вироби. Якщо ви ллєте прозору плівку чи прозорий профіль, тоді має значення і чистота мастила, і колір, і там дивляться на світлішу марку. Але для більшості жорстких і напівжорстких компаундів, труб, профілю, кабельної ізоляції технічної 1860 достатньо. Переплачувати за освітлення сенсу немає.

Що буде, якщо стеаринки в ПВХ забагато?

Надлишок стеаринової кислоти в ПВХ спершу полегшує переробку, а потім псує виріб. Зайве мастило змушує розплав ковзати, тому падає продуктивність екструдера й погіршується зварювання. Вільна кислота мігрує до поверхні готового профілю й виступає білуватим нальотом (bloom), який знижує адгезію фарб, клеїв і друку. Тому дозування тримають у межах 0,5–2%.

Мастило в ПВХ це завжди пошук балансу. Замало, і маса пригорає до металу, перегрівається, темніє. Забагато, і починаються проблеми іншого роду. Розплав стає надто слизьким, шнек гірше його захоплює, продуктивність лінії падає.

Найнеприємніший наслідок передозування проявляється не одразу, а на готовому виробі. Надлишкова стеаринова кислота поступово виходить на поверхню й утворює тонкий жирний наліт. Для труби це косметичний дефект, а для профілю під фарбування чи ламінування вже брак: покриття на такий наліт не лягає. Тому мастило в ПВХ дозують точно, а не «на око».

На що дивитися в паспорті стеарину для ПВХ?

У паспорті стеаринової кислоти для ПВХ дивляться на вміст C18, точку плавлення й вологу. Точка плавлення близько 60 °C задає температуру, при якій мастило починає діяти в розплаві. Волога критична: якщо її більше норми, при переробці буде розбризкування й пори у виробі. Для технічної марки волога має бути не вище 0,2%.

Волога тут важливіша, ніж здається. ПВХ перероблюють при високих температурах, і будь-яка вода в сировині миттєво випаровується. Якщо стеаринова кислота вологувата, у розплаві з'являться бульбашки, а в готовому профілі пори й дефекти поверхні. У нашій партії 26030103 волога 0,06% при нормі до 0,2%, тобто із запасом.

Точка плавлення 59,6 °C і вміст C18 66% визначають, як мастило поведеться в переробці. Стеаринка повинна розплавитися й почати змащувати масу в потрібний момент, не раніше й не пізніше. Ці показники фіксує паспорт на партію, звірити їх варто перед закупівлею — у нормального постачальника паспорт відкритий і лежить прямо в картці товару.

Тут я не безсторонній: Азовсинтез возить цю марку з 2019 року саме під переробників пластику й виробників стеаратів. Але порада від того не міняється. У ПВХ стеаринова кислота працює на двох фронтах одразу, мастилом і сировиною, тому економити на стабільності її складу означає розхитувати одразу і переробку, і термостійкість готового виробу.