Полиэтиленовый воск - побочный продукт или качественная полимерная добавка?
Полиэтиленовый воск во всем многообразии представлен на рынке в виде кусков, хлопьев, порошка и гранул. И все чаще в общении с клиентами мы слышим, что воск является побочным продуктом полимеризации этилена, отходом производства. Так ли это на самом деле? В каких сферах он применяется? Давайте разберемся. Итак, все по порядку.
Технологии производства
Существует несколько технологий получения полиэтиленового воска, отсюда вытекают глобальные различия в качестве продукции, цене и сферах применения.
Полиэтилен производится способом полимеризации с использованием мономера этилена и добавленного сомономера. В зависимости от условий процесса полимеризации при высоком давлении или полимеризации при низком давлении, получают вещества различной молекулярной массы. При этом воск полиэтилена, характеризующийся молекулярным весом менее 10000 и длиной углеродной цепи от 50 до 700 углеродных атомов, занимая промежуточное место между п-парафинами и марочным полиэтиленом. Именно этот воск считается побочным продуктом полимеризации. Низкополимерный воск содержит остаточные катализаторы, растворитель, олигомеры, воду и другие примеси и имеет качество, которое делает его непригодным и опасным для большинства применений. Поэтому в чистом виде побочный продукт полимеризации этилена трудно найти на рынке. Этот продукт требует дальнейших процессов преобразования, рафинирования, гидрогенизации, фильтрации, деактивации катализаторов и других технологических процессов. И это уже не побочный продукт в чистом виде, а глубоко переработанный качественный продукт.
Но есть и другие способы получить полиэтиленовый воск высокого качества - методом термической деструкции полиэтилена высокой молекулярной массы, посредством процесса по методу Фишера-Тропша и другими, менее распространенными способами.
Небезызвестный факт о полиэтиленовом воске заключается в том, что он может быть получен как из первичного сортового полиэтилена, так и из вторичного сырья путем его термической деструкции. Качество исходных материалов, изготовленных из вторичного полимера, оказывает решающее влияние на ряд характеристик воска и постоянство его межпартийных свойств. То есть невозможно распространить результаты оценки качества тестовых образцов и одних партий продукции на продукцию других партий, они будут отличаться.
Как и в случае полиэтилена, в зависимости от условий процесса могут быть получены несколько типов воскообразных полимеров (такие как линейные, разветвлённые, окисленные и другие) с разной степенью кристалличности. В зависимости от степени кристалличности при равнозначной молекулярной массе воск полиэтилена можно условно отнести к мягким (аморфным) или хрупким (с высокой долей кристаллической фазы) материалам.
Такое разнообразие методов и способов получения полиэтиленового воска дает огромный разброс физико-химических свойств и сфер применения. Потому важно тестировать различные виды, марки и формы воска.
Разнообразие применения полиэтиленового воска
Теперь о многообразии применения полиэтиленового воска. Одно из применений полиэтиленовых восков – это использование его в качестве лубриканта при переработке пластмасс. Многочисленные публикации и исследования в данной области иллюстрируют эмпирически определенные зависимости между растворимостью технологических добавок в полимере и реологическими свойствами перерабатываемой композиции. Простыми словами, растворимые в полимерной композиции технологические добавки принято относить к категории внутренних смазок, снижающими вязкость и внутреннее трение при переработке смеси, в то время как нерастворимые в полимере – к внешним смазкам, эффект которой в полной мере раскрывается в снижении трения между полимером и металлом стенок оборудования при производстве пленочных материалов и работе в тонких щелях фильерного инструмента. То есть один и тот же воск полиэтилена, в зависимости от процента ввода и полярности перерабатываемой полимерной основы, может быть внутренним и внешним технологическим лубрикантом для последней.
Важно отметить, что с повышением полярности воска полиэтилена, например за счет прививки кислородсодержащих реакционных групп в середине или на концы молекулярной цепи, совместимость с полярными полимерами будет повышаться, соответственно функциональная нагрузка при переработке на воск изменится.
Таким образом физические особенности воска полиэтилена определяют его использования в качестве технологической добавки для широкой номенклатуры пластических масс, таких как ПВХ, ПЭ, ПС, АБС, ПЭТ, ПА, и оказывают влияние на поведение полимера в процессе переработки, потребительские свойства и конкурентные особенности изделия из него.
- Эффект внешнего смазывания при переработке реализуется в исключении адгезии между металлической стенкой перерабатывающего оборудования и потоком расплава полимерной массы, т.е. обеспечивается скольжение вдоль направления потока из формообразующего отверстия фильерного инструмента и градиента расхода по его сечению.
- Эффект внутренней смазки проявляется в снижении вязкости и температурной зависимости расплава, гомогенизации компонентов при переработке и улучшении диспергирования наполнителя.
Например, предотвращение разрыва расплава при истечении в тонких щелях может обеспечиваться введением полиэтиленового неокисленного воска в качестве внешней смазки в ПВХ-композицию при переработке, в то время как введение окисленного полиэтиленового воска в качестве внутренней смазки, так называемого промоутера пластикации, обеспечит оптимальную, своевременную пластикацию и качество по однородности расплава, но не решит проблему с дисбаласированным истечением его из формообразующего инструмента. Важно, что в определённых процессах нерациональный ввод добавок, влияющий на описанные явления, в том числе, может быть критичным для переработчика.
Для достижения баланса свойств процессинговых добавок необходимы зачастую сложные комбинации технологических добавок, представляющих индивидуальный качественный вклад в рецептуру и процесс переработки в целом, при этом суммарный эффект не всегда прогнозируем и нуждается в серии испытаний.
Из множества применений полиолефиновых восков важной вехой является использование их в качестве материала-носителя или добавки при производстве мастербатчей, концентратов красителей и меловых добавках. При этом реализуется качественное диспергирование порошкообразных веществ, склонных к агломерированию и седиментации, в высоких концентрациях в полиэтиленовом воске-носителе. Простота ввода и высокое качество диспергированных функциональных компонентов мастербатчей в значительной мере упрощает процессы на производственном участке предприятия - переработчика пластмасс, это и дало толчок к распространению на перерабатывающих пластики производствах добавок категории one - pack.
Кроме этого, при введении полиэтиленового неокисленного воска в неполярную систему веществ (например парафины, нефтяные воски, битумы и многое другое) он может привнести качественные изменения в температуру плавления и размягчения, а в зависимости от температурных свойств основной системы компонентов изменить ее в требуемом направлении.
Полиолефиновые воска могут служить исходным сырьем при синтезе окисленных и модифицированных восков, восковых эмульсий и других продуктов, сфера применения которых настолько обширна, что имеет смысл рассмотреть их в рамках другого обзора.
В каком бы применении не рассматривался полиэтиленовый воск, критериями выбора для переработчика должны быть качественный уровень и постоянство его характеристик.
