Сколько цинка нужно в шине?

Оптимизация производства и стандартизации оксида цинка

85% производимого в России оксида цинка потребляет шинная промышленность, где он используется как активатор вулканизации, обеспечивает хорошую теплопроводность и повышает стойкость резины к старению. Правда, стандарты и технологии производства этого важного для резинотехнических изделий компонента не пересматривались уже несколько десятков лет.

Застарелые подходы становятся тормозом развития целой индустрии, бизнеса, растет негативное влияние на окружающую среду. Со временем нарастает клубок проблем — экологических, экономических, сырьевых. Молодое инновационное Завод Белхим выступает с отраслевой инициативой модернизации технологий и стандартизации важного для химической промышленности вещества – оксида цинка, или ZnO, или белил цинковых.

Завод Белхим, что в Нижегородской области, уже более 2-х лет выпускает оксид цинка марки «БЦОМ Актив» для резинотехнических изделий (РТИ) с уникальными свойствами – уменьшенной активной частицей, имеющей игольчатую структуру и высокую удельную площадь поверхности. Содержание этого компонента в рецептуре резиновой смеси может быть сокращено до 50% без изменения физико-химических свойств готового изделия, что дает значимый экономический эффект для потребителя. Таким образом, сокращаются сырьевые затраты и себестоимость готовой продукции, улучшается качество автомобильных шин, снижается воздействие на окружающую среду.

Как и за счет чего? Давайте разбираться.

Экономика. Необоснованные потери?

Подавляющая часть затрат при производстве ZnO приходится на цинк. Рост стоимости цинка в 2020—2022 годах составил 130%. Существующие технологии производства цинковых белил исчерпали возможности для совершенствования продукта и снижения затрат. Оксид цинка вводится в рецептуры избыточно, а производитель и потребитель несут необоснованные финансовые затраты. Из этих обстоятельств исходили на предприятии Завод Белхим, когда его научная группа разрабатывала технологию контролируемого синтеза оксида цинка с учетом важных для отрасли физических и химических свойств и регистрировала 2 патента на изобретения.

«На рынке сейчас очевидный запрос на снижение стоимости продуктов. Оксид цинка – самый дорогой компонент в рецептуре резиновой смеси, около 300 тыс. рублей за тонну. Он дороже каучуков, вулканизаторов, активаторов. С учетом того, что рынок оксидов цинка технологически и экономически буквально застыл во времени, мы подошли к нему с позиций требований современного производства и конечного потребителя», — говорит Максим Коканов, директор Завод Белхим. Мы сделали химическую реакцию получения оксида цинка управляемой: размер частиц ZnO можно регулировать, варьировать их структуру. В результате, если по старой технологии нужна была тонна сырья оксида цинка, то модернизированного оксида нужно добавить на 20—50% меньше в зависимости от рецептуры.  В итоге экономия для потребителей, прежде всего шинных заводов, составит сотни миллионов рублей в год.

Что показали испытания? Предприятие «Биосинтез» (Воронеж, биохимический холдинг «Оргхим») провело исследования по влиянию новых марок оксида цинка на свойства резиновых смесей и вулканизаторов шины легкового автомобиля. Выводы: «применение опытного образца белил цинковых марки БЦОМ ГОСТ 202-84 (Актив) производства Завод Белхим взамен серийно применяемого и при снижении его содержания на 30% и 50% существенно не повлияло на пласто-эластические свойства, вулканизационные характеристики, а также на физико-механические показатели». Было рекомендовано снижение содержания продукта БЦОМ ГОСТ 202-84 (Актив) на 30% в составе боковины и проектора легковой шины и оксида цинка «Актив» ТУ на 50% — в составе боковины шины.

Справка

По расчетам Завод Белхим на основе показателей работы шинной отрасли в 2021 г., при сокращении потребления оксида цинка в классических рецептурах только на 30% экономия шинной отрасли составила бы 2,5 млрд рублей.

Шинная отрасль и ее поставщики ежегодно расходуют немалые средства на приобретение излишних объемов компонентов. Производственные предприятия напрасно тратят свои ресурсы, а конечный потребитель вынужден переплачивать за ненужные затраты всей технологической цепочки.

Экология. Чем опасен оксид цинка?

Несмотря на то, что цинк широко распространен в природе в виде соединений и в малых дозах необходим для нормального функционирования человеческого организма, его оксид является веществом второго класса опасности. ZnO не растворяется в воде, вымывается из шин в окружающую среду.

Частицы, образующиеся при истирании шины, на 61% состоят из каучука, на 29% -- из технического углерода и на 10% -- их химикатов и технологических добавок. Они являются существенным источником канцерогенных веществ различных классов и в процессе производства, и в ходе эксплуатации, и при утилизации. А если в заданном стандартом продукте ZnO превышен, то и в окружающую среду токсичные вещества выделяются в избытке.

«Само производство оксида цинка – очень энергоемкий процесс: чтобы получить один килограмм этого вещества, надо сжечь один кубометр природного газа. Совершенствование технологического процесса, направленное на сокращение расхода энергоресурсов, и есть снижение углеродного следа в атмосфере. В традиционных технологиях добиться этого невозможно. При оптимизации потребления оксида цинка, по данным Завод Белхим, экологичность изделий возрастает почти в два раза.

Стандарты. Нужно менять?

В настоящее время при производстве и использовании оксида цинка применяют основной стандарт, разработанный более 40 лет назад, — «Белила цинковые ГОСТ 202-84». В 80-е годы прошлого века оксид цинка рассматривался как белый пигмент для производства красок, в первую очередь, цинковых белил, что и отразилось в названии и в ограниченном списке показателей, которые вошли в стандарт.

Сегодня оксид цинка — необходимый компонент в резинотехнической, лакокрасочной, силикатной, фармацевтической промышленности, где он выступает в роли наполнителя, активатора вулканизации резины, пигмента. Оксид цинка применяется и для производства ферритов, светочувствительной бумаги, спичек, косметики, керамики, в сельском хозяйстве и животноводстве. Столь разнообразные сферы потребления предъявляют и различные требования к свойствам ZnO.

Соответствие продукции ГОСТ 202-84 способствует не высокому качеству оксида цинка (как следовало бы ожидать), а поддержанию посредственных физических показателей этой продукции. Например, в стандарте не учтены важные свойства ZnO как активатора серной вулканизации, величина частицы и удельная площадь ее поверхности не регламентированы несмотря на многие научные работы и исследования. Поскольку оксид цинка — достаточно дорогостоящий продукт, для обеспечения минимальной нормы его расхода он должен иметь свойства, наиболее подходящие для данной, конкретной области применения, что позволило бы снизить его долю в рецептурах.

Действующий ГОСТ 202-84 не отражает и другие показатели, которые являются важными для разнообразных потребителей. Скажем, в стандарте не отражены структура кристаллов оксида цинка, их форма и размер, свойства поверхности, энергия граней кристалла, реакционная способность. Современное развитие физических методов и приборной базы лабораторных исследований дает возможность решать эти проблемы,

обеспечивать управляемый синтез оксида цинка с получением продукта с различными свойствами. Технология оксида цинка, созданная в Завод Белхим, позволяет производить ZnO с различной удельной поверхностью, различной структурой и из разного сырья.

Получение разных сортов продукта на многофункциональном оборудовании сегодня перестает быть технической проблемой и может стимулировать повышение конкурентоспособности и давать возможность экспортировать товар. Таким образом, изменение ГОСТа должно привести к стимулированию производства новых сортов оксида цинка.

«Индустрия резинотехнических изделий и шинная промышленность на протяжении многих десятков лет подстраивают свои рецептуры под сырьевой компонент, который изначально был стандартизирован для другой отрасли. Новые представления о значимости физических и химических свойств активаторов, подкрепленное современным измерительным и аналитическим оборудованием, формирует основу для изменения существующих стандартов, — комментирует директор Завод Белхим Максим Коканов. – Нужно на правительственном уровне принимать решение о разработке новых стандартов для РТИ и лакокрасочной продукции, для оборонной промышленности. Завод Белхим, располагающий научно-исследовательскими ресурсами, готов выступить с такой инициативой, масштабировать свою инновационную технологию на другие предприятия отрасли».

Сокращение сырьевых затрат, уменьшение себестоимости готовой продукции, улучшение физических и механических свойств готовых изделий, снижение нагрузки на окружающую среду – все это может обеспечить развитие химического производства и научно-техническое просвещение потребителя его продукции. Сегодня, когда международные производители шин остановили производство на территории России или передали управление бизнесом российским структурам, технологический и бизнес-рывок необходим и возможен. «Тот, кто не развивается технологически, может оказаться за бортом рынка, — убежден директор Завод Белхим Максим Коканов. – «Уже сегодня Завод Белхим единственный производитель нанооксида цинка в России. Новации должны поддерживаться и масштабироваться на федеральном уровне. Научный отдел нашего предприятия сейчас занимается разработкой марок оксида цинка под каждую отрасль отдельно, учитывая все необходимые физико-химические свойства важные нашего компонента в рецептурах этих отраслей».

Завод Белхим приглашает в научную группу других участников рынка РТИ, имеющих экспертизу по каучукам, активаторам, вулканизаторам, оборудованию. Идея – объединиться в научном и деловом направлениях, концертировать сырьевые, производственные и инновационные ресурсы, чтобы в итоге обеспечить российский рынок высокотехнологичным продуктом, не имеющим мировых аналогов, с высоким экспортным потенциалом.