Резиновая промышленность: Сырье. Материалы. Технологии

22 — 26 мая 2023 г. в Москве состоялась XХVIII научно-практическая конференция «Резиновая промышленность: Сырье. Материалы. Технологии», на которой выступил руководитель научного отдела Завод «Белхим», Эстрин Игорь Арнольдович, с докладом «Возможности повышения качества РТИ при снижении себестоимости».

85% производимого в России оксида цинка потребляет шинная промышленность, где он используется как активатор вулканизации, обеспечивает хорошую теплопроводность и повышает стойкость резины к старению. Застарелые подходы к производству становятся тормозом развития целой индустрии, бизнеса, растет негативное влияние на окружающую среду.

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. Научная группа Завод «Белхим» разработала технологию контролируемого синтеза оксида цинка с учетом важных для отрасли физических и химических свойств и зарегистрировала 2 патента на изобретения.

Оксид цинка – самый дорогой компонент в рецептуре резиновой смеси, около 300 тыс. рублей за тонну. Он дороже каучуков, вулканизаторов, активаторов. Специалисты завода 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.

Оксид цинка в рецептуре резиновых смесей является катализатором активации вулканизации резины. В химической реакции «работает» только его поверхность. Реакционная способность оксида цинка определяется показателем удельной поверхности, м2/г. Чем она выше, тем больше связей в процессе вулканизации создаст одинаковое количество (по массе) оксида цинка.

В зависимости от исходного сырья, технологической схемы производства и технологических параметров процесса синтеза оксид цинка обладает различными свойствами, которые в значительной степени влияют на качество продукта, в котором он используется. Решающим физическим фактором, определяющим поведение оксида цинка, является его удельная поверхность.  Дисперсность оксида цинка в определяющей степени влияет на эффективность его использования: сорта с более высокой дисперсностью могут обеспечить снижение расходной нормы оксида цинка в рецептуре различных изделий.

Масса оксида цинка 1кг может иметь различную поверхность, в зависимости от размера (радиуса) частицы. Естественно, что одна и та же масса оксида цинка с большей поверхностью будет более реакционно способна при вулканизации резиновой смеси.

Приведенные в докладе данные показывают, что удельная поверхность резко растет при размерах частицы менее 0,1мкм и, соответственно, ее массы менее 2,92*10-15г.

Традиционно выпускаемые муфельные белила имеют удельную поверхность 2-6 м2/г. Выпускаемые Завод Белхим муфельные белила имеют удельную поверхность 12-18 м2/г. Их реакционная поверхность, при одной и той же массе в 3-4 раза превышает стандартные муфельные белила.

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.

Частицы оксида цинка, образующиеся при истирании шины, на 61% состоят из каучука, на 29% — из технического углерода и на 10% — из 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 экологичность изделий возрастает почти в два раза. 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. Сегодня, когда международные производители шин на территории России передали управление бизнесом российским структурам, технологический и бизнес-рывок необходим и возможен. Тот, кто не развивается технологически, может оказаться за бортом рынка. Уже сегодня Завод Белхим единственный производитель нанооксида цинка в России. Научный отдел завода занимается разработкой марок оксида цинка под каждую отрасль отдельно, учитывая все необходимые физико-химические свойства данного компонента, важные для рецептур этих отраслей.

Затронутые в докладе темы вызвали большой интерес, активное общение продолжилось в рамках стендовой сессии, где представители завода, Романов А.А. и Эстрин И.А. подробнее рассказали о преимуществах БЦОМ АКТИВ и ответили на многочисленные вопросы участников конференции.