Różnorodność plastyfikatorów w gumie: przegląd

Plastyfikatory są często klasyfikowane według ich pochodzenia na plastyfikatory na bazie olejów mineralnych, syntetyczne i naturalne. W przypadku specjalnych wymagań firma Nordmann posiada w swoim portfolio dodatkowe, specjalistyczne rozwiązania w zakresie plastyfikatorów.

Plastyfikatory na bazie olejów mineralnych, które pochodzą bezpośrednio z ropy naftowej, są stosowane głównie w celu przedłużenia i obniżenia kosztów polimerów i można je podzielić na oleje parafinowe, naftenowe i aromatyczne (w zależności od tego, który składnik dominuje).

Parafinowe oleje mineralne: Te oleje mineralne nadają się do produktów wulkanizowanych odpornych na promieniowanie UV i charakteryzują się dobrą rozpuszczalnością. Eksperci rozróżniają białe oleje w zależności od ich stopnia czystości, klasyfikując je jako techniczne lub medyczne. Medyczne oleje białe spełniają surowe wymagania międzynarodowych farmakopei, takich jak Farmakopea Europejska (Ph. Eur.) i Farmakopea Amerykańska (USP).

• Techniczne oleje białe: Oleje Shell Catenex T i Shell Risella X to wysoko rafinowane oleje procesowe wytwarzane różnymi metodami. Shell produkuje oleje Catenex T w procesie ekstrakcji rozpuszczalnikowej, podczas gdy oleje Shell Risella X są oparte na innowacyjnej technologii gas-to-liquids (GTL). Oba oleje charakteryzują się praktycznie bezbarwnym i pozbawionym siarki składem. Dzięki temu idealnie nadają się do stosowania w mieszankach gumowych. Jako plastyfikatory oferują doskonałą stabilność koloru, niską lotność i niski poziom siarki. Białe oleje techniczne zwiększają mobilność łańcuchów polimerów. Poprawia to elastyczność i trwałość mieszanek gumowych, przyczynia się do równomiernego rozprowadzania wypełniaczy i zmniejsza twardość. Skutkuje to poprawą elastyczności i dłuższą żywotnością produktów końcowych. Oleje Shell Catenex T i Risella X są kompatybilne z szeroką gamą polimerów, w tym BR, EPDM, IIR i NR.
• Medyczne oleje białe: Oleje Shell Ondina to wolne od aromatów, parafinowe oleje białe. Jako plastyfikatory w mieszankach gumowych oferują doskonałą stabilność koloru, niską lotność i niską zawartość siarki. Oleje Shell Ondina są kompatybilne z szeroką gamą polimerów, w tym BR, EPDM, IIR i NR.

Naftenowe oleje mineralne: Naftenowe oleje mineralne są innym rodzajem plastyfikatora oleju mineralnego stosowanym w przetwórstwie gumy i zawierają głównie związki naftenowe, tj. cykloalkanowe.

• Oleje procesowe: Oleje HyPrene firmy Ergon International są produkowane w procesie rafinacji ropy naftowej. W porównaniu z produktami parafinowymi oferują one wyższą rozpuszczalność, a tym samym pomagają poprawić właściwości fizyczne elastomerów. Ich właściwości (w tym znacznie niższe temperatury krzepnięcia) sprawiają, że idealnie nadają się do przetwarzania w niskich temperaturach. HyPrene jest kompatybilny z wieloma polimerami (np. NR, SBR, EPDM, BR i NBR). Ergon International, partner firmy Nordmann, oferuje go w różnych lepkościach.
• Oleje procesowe EcoPrene firmy Ergon International to częściowo biologiczne oleje, które mają lepszą równowagę środowiskową i posiadają certyfikat ISCC+.

Aromatyczne oleje mineralne: Aromatyczne oleje mineralne, takie jak TDAE, RAE i MES są popularne ze względu na ich niski koszt i dobrą rozpuszczalność. Poprawiają one dyspersję sadzy i skutkują zwiększoną odpornością na rozdarcie i lepszą odpornością na rozdarcie.

• Oleje procesowe Aurora firmy Ergon International stanowią zrównoważoną alternatywę dla aromatycznych olejów mineralnych i są w 100% pochodzenia biologicznego.
• Neftenowe oleje mineralne mogą również zastąpić aromatyczne oleje mineralne dzięki swojemu składowi i właściwościom. Na przykład Hyprene L2000 od Ergon International może zastąpić TDAE i RAE, podczas gdy Hyprene L1200 jest dobrym substytutem MES.

Syntetyczne plastyfikatory obejmują monomeryczne i polimeryczne estry, fosforany, etery i tioetery, ftalany i ciekłe polimery.

Monomeryczne estry są wytwarzane syntetycznie w reakcji kwasów karboksylowych z alkoholami. W zależności od użytego kwasu karboksylowego i alkoholu, estry te można podzielić między innymi na adypiniany, sebacyniany i trimeliniany:

• Estry kwasu adypinowego (adypiniany), takie jak Glyplast DOA i Glyplast DIDA firmy Condensia, są często stosowane w celu poprawy właściwości elastomerów w niskich temperaturach. Oferują one dobre połączenie niskiej lotności i zachowania w niskich temperaturach. Ponadto są one szczególnie odpowiednie jako plastyfikatory do polimerów takich jak ACM, AEM, CR lub NBR, co czyni je doskonałą alternatywą dla ftalanów. Glyplast 801 i Glyplast 803 to zoptymalizowane estry kwasu adypinowego o temperaturach użytkowania zoptymalizowanych w porównaniu do DOA i DIDA, obejmujących zakres od -50 do 175-180 °C.
• Estry kwasu sebacynowego (sebacyniany), takie jak Glyplast DOS i Glyplast DIDS, są stosowane głównie do optymalizacji elastyczności na zimno, ponieważ mają doskonałe właściwości w niskich temperaturach. Oferują one również doskonałą odporność na starzenie i utlenianie. Wydłuża to żywotność produktów gumowych. Plastyfikatory sebacynianowe są również znane ze swojej niskiej lotności, co skutkuje niższą emisją lotnych związków organicznych (LZO). Ich wysoka kompatybilność z różnymi elastomerami, takimi jak CR, CM, CSM i NBR, czyni je wszechstronnymi i znacznie poprawia właściwości mechaniczne mieszanek gumowych.
• Estry kwasu trimelitowego (trimelityniany) oferują bardzo niską lotność i dobrą odporność na wysokie temperatury. Są one często stosowane jako zamiennik ftalanów i są wysoce kompatybilne z ACM, AEM, NBR i HNBR. Glyplast TML810 firmy Condensia składa się w 70% ze zrównoważonych surowców, dzięki czemu w znacznym stopniu przyczynia się do zrównoważonego rozwoju. Ponadto oferuje wyższą odporność na ciepło niż Glyplast TMO (znany również jako TOTM). Ftalany: DINP, DOTP, DOP, DIDP i Glyplast DTDP
• Wybrane ftalany są już sklasyfikowane jako toksyczne dla reprodukcji. Według amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska, DINP i DIDP są również podejrzewane o akumulację do wysokich poziomów w organizmach. Ergon International opracował alternatywę dla zastosowań przemysłowych opartą na zrównoważonych surowcach: Aurora PHFree.

Plastyfikatorypoliestrowe są spolimeryzowanymi estrami i mogą być wytwarzane jako produkty reakcji alkoholi i kwasów karboksylowych.

• Polimeryzowane plastyfikatory estrowe charakteryzują się przede wszystkim zwiększoną odpornością na migrację i ekstrakcję. Oferują one również doskonałą kompatybilność z różnymi polimerami, takimi jak NBR/PVC, HNBR i CO/ECO. Plastyfikatory poliestrowe z serii Glyplast 206/X NL firmy Condensia obejmują szeroki zakres lepkości (850-9000 cP). Charakteryzują się niską lotnością i wysoką stabilnością w wysokich temperaturach. Seria plastyfikatorów Glyplast 20K/X NL firmy Condensia charakteryzuje się zwiększoną odpornością na temperaturę i wodę. Glyplast 1070C, o lepkości 15 000 cP, nadaje się do ekstremalnych wymagań w zakresie odporności na migrację.

Fosforany lub estry kwasu fosforowego mogą być często stosowane jako plastyfikatory zmniejszające palność. Są one kompatybilne z kauczukami niepolarnymi tylko w niewielkich ilościach.

Płynne polimery

• KURARAY LIQUID RUBBER obejmuje ciekły kauczuk izoprenowy (LIR) i ciekły kauczuk butadienowy (LBR). Te syntetyczne kauczuki o wysokiej lepkości są oparte na izoprenie, butadienie i styrenie. Są bezbarwne, przezroczyste, prawie całkowicie bezwonne i mają niską zawartość LZO.
• Różne rodzaje KURARAY LIQUID RUBBER służą jako reaktywne plastyfikatory i mają znacznie wyższą masę cząsteczkową w porównaniu z innymi plastyfikatorami. Są współwulkanizowalne i znacznie zmniejszają migrację. Zastosowanie KURARAY LIQUID RUBBER na etapie mieszania gumy skraca czas przetwarzania przy zachowaniu podobnych właściwości fizycznych. Typowe zastosowania obejmują opony, pasy, węże i inne techniczne artykuły gumowe.
• Kuraray opracował nowy rodzaj płynnej gumy (LIR, LBR, L-SBR) o nazwie płynna guma farnesenowa (LFR). Produkt ten jest oparty na naturalnych i zrównoważonych surowcach i zawiera spolimeryzowaną formę β-farnesenu (odnawialnego monomeru). Poprzez ustalone procesy fermentacji, opatentowane szczepy drożdży przekształcają źródła cukru (np. trzcinę cukrową) w β-farnesen

Lucant

Lucant firmy Mitsui Chemical to oligomer etylenu/α-olefiny, a zatem syntetyczny olej plastyfikujący. W porównaniu z olejami mineralnymi zapewnia on związkom EPDM w szczególności lepszą przetwarzalność, elastyczność, odporność na ciepło i zimno oraz zoptymalizowane właściwości smarne i przeciwpieniące. Sprawia to, że Lucant jest doskonałym wyborem do zastosowań takich jak taśmy przenośnikowe, amortyzatory i uszczelnienia. W szczególności właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu w wysokich temperaturach, są znacznie lepsze dzięki zastosowaniu Lucant, podobnie jak właściwości przetwórcze na rolce dzięki zwiększonej lepkości. Lucant może być stosowany w celu znacznego zmniejszenia kompresji mieszanek. Właściwość ta sprawia, że produkt ten jest szczególnie odpowiedni do zastosowań w amortyzatorach. Lucant jest dostępny w różnych lepkościach.

Oleje roślinne, takie jak olej palmowy, olej sojowy, olej rzepakowy i olej słonecznikowy oraz ich pochodne zawierają kwasy tłuszczowe, które mogą mieć działanie zmiękczające gumę.

• Oleje procesowe: Olejeroślinne RBD firmy Ergon International to przyjazne dla środowiska oleje procesowe, które zostały specjalnie opracowane do stosowania w mieszankach gumowych. Oleje te mogą być produkowane z rafinowanych, bielonych i dezodoryzowanych olejów roślinnych. Dzięki temu stanowią zrównoważoną alternatywę dla konwencjonalnych olejów mineralnych. Oferują one doskonałą stabilność termiczną i odporność na utlenianie. Wydłuża to żywotność produktów gumowych. Ponadto oleje roślinne RBD poprawiają właściwości mechaniczne mieszanek gumowych poprzez zwiększenie elastyczności i sprężystości. Ich niska lotność skutkuje zmniejszoną emisją lotnych związków organicznych (LZO). Ogólnie rzecz biorąc, oleje roślinne RBD od Ergon International przyczyniają się do produkcji wysokowydajnych, trwałych produktów gumowych, które działają niezawodnie zarówno w gorącym, jak i zimnym środowisku.
• Epoksydowany olej sojowy jest pochodną oleju sojowego wytwarzaną w procesie epoksydacji. Epoksydol firmy FACI jest często stosowany jako naturalny plastyfikator do gumy, ponieważ ma dobry efekt plastyfikujący i jest bardziej przyjazny dla środowiska niż niektóre plastyfikatory syntetyczne.
• Inne naturalne plastyfikatory obejmują żywice, takie jak kalafonia, żywica gumowa i żywica dammar, a także pak węglowy, który jest naturalnym produktem otrzymywanym z destylacji smoły węglowej.

• Środki antystatyczne: Glyplast AS3 firmy Condensia to plastyfikator polimerowy o wysokiej polarności, który został zaprojektowany w celu poprawy właściwości antystatycznych. Charakteryzuje się zdolnością do znacznego zmniejszenia oporności elektrycznej mieszanek gumowych po krótkim czasie poprzez aktywację wilgotnością powietrza. Jest to jedyny plastyfikator na rynku, który wywołuje ten efekt w mieszankach niezawierających sadzy. Efekt ten występuje na powierzchni i może być zmniejszony lub wyeliminowany przez ścieranie. Glyplast AS3 jest zatwierdzony przez FDA.
• Alternatywnie i w połączeniu można stosować Glyplast AS809. Efekt antystatyczny tego plastyfikatora nie jest powierzchowny, ale działa wewnątrz mieszanki gumowej i dlatego nie może być usunięty przez ścieranie lub tarcie. Glyplast AS809 nie jest zatwierdzony przez FDA.
• Środki ułatwiające wyjmowanie z formy: Glyplast 706/5 został opracowany specjalnie do rozformowywania polarnych mieszanek elastomerowych ACM/AEM. Ten olej plastyfikujący na bazie wody zmniejsza liczbę cykli czyszczenia. Może być odzyskiwany w procesie destylacji, dzięki czemu może być wielokrotnie wykorzystywany.

Plastyfikatory są kluczowym składnikiem w przetwarzaniu polimerów. Ich ukierunkowany dobór i zastosowanie może znacząco wpłynąć na właściwości materiału i przetwarzalność polimerów. Umożliwiają one wytwarzanie niestandardowych produktów o określonych funkcjach, a tym samym w decydujący sposób przyczyniają się do wydajności nowoczesnych materiałów.