Как повысить глянец в ПВХ профиле, при этом избежать дополнительных издержек на предприятии. Обсудим в данной статье проблемы с качеством продукции, так же проблемы со временем безостановочной работы линии и производительностью. Мы рассмотрим, каким образом можно использовать сырье, по максимуму извлекая из него выгоду.

Для получения конкурентного преимущества при выпуске готовой продукции и профилей из поливинилхлорида важны как технические характеристики материала, так и его эстетические качества. Так, потребители обращают внимание на глянец и белизну поверхности изделий, сделанных из пластика.

Поэтому, актуальной проблемой для производителей, является возможность повышения глянца ПВХ без ухудшения эксплуатационных свойств полимера. Для этого существует несколько способов, каждый из которых, имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Способы повышения глянца ПВХ-изделий

1.   Полировка поверхности пластика щетками.

Это достаточно трудоемкий процесс, который требует модернизации существующих производственных линий. Использование этого способа увеличивает время на изготовление готовой продукции и производственные затраты, что влияет на себестоимость изделий. Увеличенная цена влечет за собой потерю конкурентного преимущества производителя на рынке.

2.   Использование воска для выравнивания поверхности.

Добавление содержащих воск компонентов в смесь для изготовления поливинилхлоридных изделий уменьшает скорость плавления компаунда и ухудшает физико-химические показатели готовых изделий. Кроме того, наличие воска вызывает появление накоплений на фильере и инструменте. Мел, который является одним из компонентов компаунда, выходит на поверхность, что приводит к ухудшению внешнего вида пластикового профиля.

3.   Оплавление профиля.

На выходе из станка, для получения нужного светоотражающего эффекта, оплавляют профиль. Из-за этого на фильере постепенно накапливается нагар, который нуждается в удалении. Для очистки оборудования останавливается вся производственная линия, а сам процесс трудоемок и затратен.

Следовательно, такой вариант, также приводит к увеличению затрат на производстве. Что увеличивает себестоимость и, соответственно, отпускную цену на продукцию.

4.   Замена наполнителя (с величиной частицы в 0,8 мкм) на более дорогую модификацию 120 Т (величина частицы у нее 0,5 мкм).

Дорогой наполнитель существенно увеличивает себестоимость продукции. Отпускная цена для конечного потребителя получается слишком высокой, что приводит к снижению спроса на продукцию и выбор потребителями более дешевых аналогов.

5.   Использование химически осажденного мела.

Мел химически осажденный (ГОСТ 8253-79) для производства полимерных компаундов начали использовать в 90-х годах прошлого века. У данного мела была одна проблема, он выпускался не обработанным стеариновой кислотой (негидрофобизированным), это приводило к двум дополнительным проблемам:

1) Высокая исходная влажность (до 1,5 %) и высокое влагопоглощение при хранении, которые отрицательно сказывались на сыпучести, а следовательно, транспортировке, смешении, компаундировании и свойствах готового продукта.

Мел химически осажденный имеет очень мелкий размер частиц, следовательно, он имеет очень высокую площадь поверхности, а чем больше площадь поверхности, тем больше адсорбция влаги, особенно, если поверхность не обработана.

2) Проблема с качеством диспергирования в полимерной композиции.

Необработанный мел имеет плохое сродство с полимерной матрицей и плохо диспергируется. Для мела химически осажденного это особенно важно, так как, чем меньше размер частиц, тем труднее полностью диспергировать мел и полностью реализовать все его положительные свойства. Плохо диспергированный мелкий мел – это агломераты, сравнимые по размерам и по свойствам с крупным мелом.

Необходимо отметить, что из всех способов повышения глянца, использование химически осажденного мела является более технологичным, и значит, предпочтительным, при условии исключения вышеизложенных проблем.

В настоящее время эти задачи легко решаются методом гидрофобизации химически осажденного мела. А именно, химически осажденный мел подвергается поверхностной двойной обработке стеариновой кислотой. Прикрепляясь к частицам мела, стеариновая кислота образует с ними устойчивое соединение. Мел обработанный кислотой сохраняет свою сыпучесть и устойчив к влаге.

Дополнительные преимущества использования химически осажденного мела в ПВХ

Кроме функции наполнителя, повышающего глянец, мел химически осажденный выполняет функцию модификатора текучести.

• Повышает скорость плавления, что способствует максимальному увеличению производительности оборудования.
• Улучшает гомогенность смеси, что повышает физико-механические показатели и потребительские свойства конечных изделий.
• Улучшает реологию расплава и заполнение фильеры (оптимизирует нагрузку/момент и давление расплава), обеспечивая нужную геометрию готового изделия.
• При производстве пористых материалов улучшает структуру пены и позволяет понизить плотность.

Помимо вышеизложенного, мел химически осажденный выполняет функцию модификатора ударопрочности*.

Химически осажденный мел повышает ударную вязкость, в отличие от других наполнителей, которые понижают ее. Дело в том, что ударная прочность материала на основе ПВХ во многом обусловлена размером частиц наполнителя. А химически осажденный мел в отличие от природного имеет более мелкие и однородные частицы.

Из достоинств можно выделить то, что мел химически осажденный повышает сыпучесть смеси, а это:

• Снижает сводообразование и налипание на металлические поверхности.
• Улучшает заполнение экструдера и позволяет повысить производительность.
• Придает удобство при транспортировке. Также повышается термостабильность.

Так как мел нейтрализует образующийся при деструкции ПВХ хлороводород, то при добавлении карбоната кальция повышается термостабильность. Однако при использовании крупных сортов мела этот эффект практически не заметен, в то время как при использовании мела химически осажденного, за счет его меньшего размера и большей площади поверхности, достигается заметный эффект.

Для реализации всех положительных функций необходимо хорошо диспергировать мел химически осажденный.

Диспергирование является достаточно сложной задачей. Не рекомендуется использовать мел химически осажденный в чистом виде. Для хорошего диспергирования необходимо использовать мел в смеси с мелкими сортами мела в количестве 10-30% от общего содержания мела.

При этом достигаются следующие положительные моменты:

• Повышается глянец и время безостановочной работы, что благоприятно сказывается на производственном процессе.
• Увеличение производительности на 10-20% за счет повышения сыпучести, скорости плавления и улучшения реологии. При снижении количества модификатора текучести и модификатора ударопрочности (сколько процентов обычного мела заменено на мел химически осажденный, на столько процентов и снижается количество).
• Облегчается экструзия сложных профилей.

Этапы производства мела химически осажденного

Вначале добывают из карьера известняк, дробят и отправляют в печь, где его нагревают в течение 24 часов при температуре более 1000 градусов. В результате этого процесса выходит углекислый газ, в специальные резервуары, созданные для хранения газа на заводе. Затем, удаляется вода из известняка. В результате этой химической реакции получатся оксид кальция.

На следующем этапе его перемалывают и добавляют в него воду: затем известковое молочко, в которое вводят диоксид углерода, находящийся на хранении. Все это опять перемешивается.

В следующем этапе выкристаллизовываются частицы, которым задают необходимую форму и размер в зависимости от сферы применения.

Таким образом, химически осажденный мел – это синтетический продукт, положительные свойства которого, достигаются после трудоемкого и длительного процесса химических реакций.

В сравнении с природным мелом химически осажденный мел имеет следующие преимущества:

• Более мелкий и более однородный размер частиц.
• Более стабильное гранулометрическое распределение частиц.
  Низкая абразивность.
  Высокая удельная поверхность.
  Идеальная химическая чистота.

На сегодняшний день в России и странах СНГ не производят химически осажденный мел.

На рынке представлены только обработанные импортные продукты для применения в полимерных композициях гидрофобизированный химически осажденный мел иностранных производителей.

Подводя итог

Отметим, что химически осажденный мел – это синтетический продукт, полученный в результате сложного процесса производства. А гидрофобизация мела – это принципиально новое научно-техническое решение получения материала, обладающего рядом новых полезных свойств.

Таким образом, подходя по новому к старому методу можно не только очень просто решить поставленные задачи по повышению глянца в ПВХ профиле, но и приобрести новые положительные свойства ПВХ, а также исключить все недостатки. Это означает, что именно этот метод является самым практичный, а экономический эффект, который он дает при внесении в производство изделий из ПВХ, позволяет ему быть востребованным во всем мире. 

*В книге «Руководство по разработке композиций на основе ПВХ» (Под ред. Ф. Гроссмана) написано (п.10.6.1.), что мел химически осажденный является модификатором ударной прочности, так как его размер меньше критического (0,2 мкм).

Леонид Ткаченко, технолог ПВХ производства ООО «Пластик-М»