Это база: каучук, компаунд, изделие

Почему ТЭП — это и базовое сырье, и компаунд? В чем разница между СБС и СЭБС? Почему изделия не производят из чистых синтетических каучуков?

Для начала оговорим терминологию. В русскоязычной среде словом «ТЭП» называют и базовый полимер, и готовый компаунд на его основе. Это создаёт путаницу, которую стоит обозначить сразу, прежде чем переходить к различиям между СБС и СЭБС.

То, из чего чаще всего делают готовые изделия — ТЭП в широком смысле — называют ТЭП-компаундом. Это не один полимер, а смесь, в которой базовый каучук сочетается с твердой матрицей (чаще всего полипропиленом), маслом, наполнителями и добавками. Свойства компаунда определяются всей рецептурой, а не только типом каучука.

Собственно ТЭП в узком смысле — синтетический каучук в чистом виде. При он нагреве плавится, а после охлаждения проявляет эластичность. Именно этот материал производят как базовый, и именно он лежит в основе всего семейства.

Здесь мы рассмотрим стирольные синтетические каучуки, которые лежат в основе большинства классических компаундов ТЭП: СЭБС и СБС.

СЭБС и СБС

Разница между СБС и СЭБС находится в средней части молекулы.

• В СБС в средней части молекулы находятся двойные химические связи звена полибутадиена. Эти связи являются реакционноспособными: кислород, озон, ультрафиолет и повышенная температура запускают по ним реакции деградации, материал стареет и теряет эластичность.
• СЭБС получают из СБС путём гидрирования, при котором двойные связи насыщаются водородом. Исходный СБС подвергают гидрированию, двойные связи насыщаются водородом, и средний блок превращается в насыщенный этилен-бутиленовый. Такой каучук дороже, но значительно лучше сохраняет свойства на открытом воздухе и при нагреве.

Зачем делать ТЭП-компаунд на основе синтетического каучука? Почему бы не изготовить продукцию из чистого вещества?

СБС и СЭБС в чистом виде не подходят для литья и экструзии по двум причинам. Во-первых, без масла их расплав слишком густой и не заполняет форму, а в экструзии требует слишком большого усилия сдвига. Во-вторых, без матрицы и наполнителей не получить нужную жёсткость и прочность. Поэтому каучук сначала превращают в компаунд, смешивая в экструдере с маслом, полипропиленом или полиэтиленом и добавками, и только потом из полученных гранул делают изделия.

Масло нужно для текучести. Оно проникает в каучук и снижает вязкость расплава, чтобы материал мог течь под давлением. Без масла расплав СЭБС остаётся настолько вязким, что его не удаётся продавить через фильеру или заполнить им форму. Матрица, чаще всего полипропилен, нужна для прочности и жёсткости. Сам по себе каучук слишком мягкий. Наполнители дополнительно регулируют свойства и снижают стоимость.

Только после компаундирования получается материал, из которого литьём или экструзией можно стабильно производить готовые изделия с заданными свойствами.

• СБС и СЭБС — это базовые синтетические каучуки, из которых можно сделать компаунд.
• ТЭП-компаунд — это уже готовая смесь каучука с матрицей, маслом, наполнителями и добавками, и именно из неё производитель делает готовую продукцию.

Как выбор каучука влияет на компаунд и готовое изделие? Почему ТЭП-компаунды для большинства сегментов рынка производятся из СЭБС?

Как выбор синтетического каучука влияет на ТЭП-компаунд?

В компаунде это различие проявляется прежде всего в поведении расплава.
У СЭБС вязкость расплава на порядок выше, чем у СБС, и она значительно меньше зависит от температуры.

• СЭБС ведёт себя предсказуемее в широком температурном окне, но требует более высоких сдвиговых усилий для течения.
• СБС более чувствителен к нагреву, его вязкость падает заметнее, и он легче течёт. Компаунды на основе СБС проще перерабатывать на оборудовании, которое не развивает высоких сдвиговых усилий, тогда как СЭБС требует более интенсивного перемешивания и точного контроля температурного профиля.

Масло в компаунде выполняет роль пластификатора и должно оставаться внутри эластомерной фазы.

• СЭБС лучше удерживает парафиновые масла, потому что его насыщенный этилен-бутиленовый блок более совместим с неполярными пластификаторами.
• СБС с этой задачей справляется, но требует более тщательного подбора масла и его количества, чтобы избежать миграции.

Полистирольные блоки, которые есть и у СБС, и у СЭБС, плохо совмещаются с полипропиленом. Но у СБС средний блок — полибутадиен, а у СЭБС — насыщенный этилен-бутиленовый.

• Насыщенный блок химически ближе к полипропилену и полиэтилену, поэтому СЭБС легче диспергируется в полипропиленовой матрице с образованием мелких капель.
• СБС с его ненасыщенным бутадиеновым блоком диспергируется хуже, капли получаются крупнее, и эффективность улучшения свойств падает.

Разница в химическом строении определяет и то, как компаунд ведёт себя при старении.

• Изделия на основе СБС не стоит использовать там, где есть длительный контакт с солнцем и воздухом: двойные связи в полибутадиеновом блоке атакуются кислородом и ультрафиолетом, материал желтеет и теряет эластичность, если не вводить специальные УФ-стабилизаторы.
• СЭБС, у которого этих связей нет, значительно устойчивее к окислению, озону и ультрафиолетовому излучению. Поэтому СЭБС предпочтительнее применять в изделиях для наружного применения.

В составе ТЭП-компаунда на полипропиленовой матрице ситуация чуть сложнее: твердая ПП-матрица тоже подвержена разрушению, потому что ПП не имеет стойкости к ультрафиолету. Поэтому в рецептурах для наружного применения вводят УФ-стабилизаторы и антиоксиданты, которые защищают обе фазы. Однако, при прочих равных компаунд на основе СЭБС в целом будет иметь большую УФ-стойкость, чем компаунд на основе СБС.

Локальное производство и доступность сырья

На российском рынке ситуация с сырьевой базой для ТЭП-компаундов выглядит следующим образом.

• СБС в России производится, причём СИБУР является единственным производителем этого типа каучука в стране. Выпуск сосредоточен на площадках «Воронежсинтезкаучук» и «Нижнекамскнефтехим».
• СЭБС в России промышленно не производится. В 2019 году СИБУР и Sinopec подписали основные условия создания совместного предприятия для производства СЭБС мощностью не менее 20 тыс. тонн в год, но на данный момент нет подтверждения запуска этого проекта.

Что это значит для производителя готовой продукции, у которого есть требование использовать сырьё российского происхождения:

Компаунд, произведённый в России, может содержать импортный СЭБС в рецептуре. Требования к локализации готовой продукции и требование к локализации каждого компонента различаются. Компаундер, работающий на российской площадке, использует доступное на рынке сырьё, и отсутствие локального производства СЭБС является объективным ограничением.

ТЭП-компаунд, произведённый на российской площадке, является российским продуктом несмотря на то, что в его рецептуре используется импортный СЭБС.
Для целей подтверждения российского происхождения готовой продукции значение имеет страна производства компаунда, а не происхождение каждого компонента рецептуры, если иное прямо не установлено требованиями конкретной закупки или сертификации. Каждый подобный случай необходимо рассматривать отдельно, и с высокой долей вероятности ТЭП-компаунд, произведенный в России, подойдет под все требования локализации.

Почему производители компаундов выбирают СЭБС

Основная причина, по которой СЭБС доминирует в рецептурах ТЭП-компаундов, связана с характером требований, которые предъявляет рынок. Компаунды для наружного применения, для автомобильной промышленности, для медицинских изделий, для инструментов и потребительских товаров длительного пользования должны сохранять внешний вид и свойства в течение всего срока службы. СБС этой задачи не решает.

Сравнительные данные по стирольным блок-сополимерам показывают, что устойчивость к внешнему старению и стойкость при высокотемпературной обработке являются отличительными свойствами именно СЭБС, тогда как СБС этими характеристиками не обладает. Рецептура на основе СЭБС изначально имеет запас по долговечности, который не нужно создавать исключительно за счёт добавок. Кроме того, СЭБС лучше диспергируется в полипропиленовой матрице, и это позволяет получать более стабильные механические свойства при меньшем содержании каучука.

СБС остаётся востребованным в тех сегментах, где решает строго экономика. Обувные компаунды для обуви низкого ценового сегмента, изоляция кабеля, клеи и модификация битума — это области, где требования к УФ-стойкости и другим свойствам либо отсутствуют, либо не являются критичными, и только цена сырья напрямую влияет на конкурентоспособность готового изделия.

В каком случае производитель готовой продукции выбирает компаунд на основе СБС?

• Кабельная изоляция. Здесь ключевое требование — диэлектрические свойства и технологичность при экструзии на высоких скоростях. УФ-стойкость для изоляции кабеля, которая находится под оболочкой, не является критичной. Требования к прочности изоляции также ниже, чем к прочности оболочки.
• Обувные компаунды. Это самый массовый сегмент для СБС в России. СИБУР специально разрабатывал марки с высокой пористостью гранул для быстрой маслонапитки — именно под обувь. В обуви важны мягкость, гибкость, способность окрашиваться и цена. Срок службы подошвы или каблука измеряется сезонами, а не годами на открытом солнце. Требования к УФ-стойкости здесь минимальны. СЭБС для обуви тоже используется, но только не в дешевом сегменте.
• Автомобильные коврики. Это изделие, которое работает внутри салона, без прямого контакта с ультрафиолетом и осадками. Требования сводятся к износостойкости и цене. СБС закрывает эти задачи.

Почему в остальных сегментах рынка выбирают СЭБС?

СЭБС позволяет производителю готовой продукции выйти в сегменты и продукты, где СБС просто не проходит по требованиям, и продавать свои изделия с более высокой маржой.
Некоторые примеры:

• Медицина и товары для детей. 
  Ключевое требование — отсутствие запаха, безопасность и возможность стерилизации. СЭБС допускает паровую стерилизацию и не имеет выраженного запаха, что делает его пригодным для медицинских и детских изделий; СБС такими свойствами не обладает.
• Наружные изделия, уплотнители, автомобили. 
  Для уплотнителей, для рукояток инструментов, для деталей, контактирующих с солнечным светом, предпочтительнее использовать СЭБС. СБС без мощной защиты желтеет, разрушается, растрескивается и теряет вид. СЭБС обладает гораздо большей УФ-стойкостью и значительно лучшими физико-механическими свойствами.
• Совместимость с полипропиленом. 
  СЭБС значительно лучше совмещается с ПП, чем СБС. Компаунд на СЭБС для получения прочного соединения мягкого и твёрдого пластика. Это открывает доступ к изделиям с «мягкой на ощупь» поверхностью и внутренней частью из полипропилена — рукояткам, кнопкам — а также к двухкопонентному литью с ПП — к примеру, корпус в сочетании с уплотнителем.

Синтетический каучук, будучи составной частью компаунда, влияет на технологический процесс и у производителя гранулы, и у производителя готовой продукции.

Разница между СБС и СЭБС определяется строением среднего блока молекулы — для химиков, перерабатываемостью — для компаундеров, ценой и физическими свойствами — для производителей изделий.

Подобрать материал