АзовСинтезСтеарат кальцію чи стеарат цинку: що брати у ПВХ
У жорсткому ПВХ стеарат кальцію і стеарат цинку не є альтернативою один одному. Вони працюють парою. Кальцієве мило зв'язує хлороводень і тримає довгу стабільність, але саме по собі дає темний старт. Цинкове дає світлий старт, проте накопичує хлорид цинку і доводить масу до різкого почорніння. Робоче співвідношення — близько 3 частин кальцієвого на 1 частину цинкового, разом 2–3 частини на 100 частин полімеру. Поза ПВХ вибір інший: у добривах і бетоні працює тільки кальцієвий, у гумі та пігментних пастах — тільки цинковий.
Обидва продукти лежать у нас на складі, тому вигороджувати тут нікого не треба. Нижче паспортні цифри обох марок, механізм, через який вони підсилюють один одного, і межі, за якими не підходить жоден.
| Показник | Стеарат кальцію | Стеарат цинку |
|---|---|---|
| CAS | 1592-23-0 | 557-05-1 |
| Температура плавлення | 150–160 °C | 118–121 °C |
| Вміст металу | CaO 9,0–10,0% | ZnO-еквівалент 13,0–14,0% |
| pH водної суспензії | 8,0–10,5 | 5,5–6,5 |
| Вологість | не більше 3,0% | не більше 1,0% |
| Залишок на ситі 300 меш | не більше 0,5% | не більше 0,1% |
| Вільні жири | не більше 1,0% | не більше 0,5% |
| Насипна щільність | 0,22–0,28 г/см³ | 0,20–0,25 г/см³ |
| Фасування | мішок 15 кг | мішок 20 кг |
| Ціна від мішка | 124,98 грн/кг | 138,00 грн/кг |
Чому стеарат кальцію дає темний старт
ПВХ при нагріванні відщеплює хлороводень, і далі процес живить сам себе: кожна відірвана молекула HCl прискорює відрив наступної. Стеарат кальцію перехоплює цей хлороводень і розриває ланцюг. Саме тому довга фаза стабільності у нього хороша.
Але захоплений хлор нікуди не дівається, і на початку переробки маса встигає потемніти. Роботи з термостабілізації ПВХ описують це без пом'якшень: кальцієвий стеарат окремо дає відмінну довгострокову стабільність при поганому початковому кольорі.
Для сірої каналізаційної труби це терпимо. Для білого віконного профілю чи прозорої плівки — ні.
Що таке цинкове горіння
Цинкове мило працює за іншим механізмом. Воно заміщає рухливі атоми хлору просто в ланцюзі полімеру, у тих слабких місцях, з яких зазвичай починається деструкція. Звідси й світлий старт.
Побічний продукт цієї реакції — хлорид цинку. ZnCl₂ є сильною кислотою Льюїса — простіше кажучи, речовиною, яка сама протон не віддає, зате жадібно стягує на себе чужу електронну пару, і саме через це розганяє реакцію, замість того щоб її гасити. Поки його мало, нічого не відбувається. Щойно концентрація переходить певний поріг, він каталізує лавинне відщеплення хлороводню, і партія чорніє різко, майже стрибком. У літературі це явище так і називають — цинкове горіння.
Тут я себе поправлю, щоб не залишити хибного враження. Стеарат цинку не псує ПВХ сам по собі. Він псує його тоді, коли хлорид цинку, що накопичується, нікому зв'язати.
Навіщо кальцій і цинк змішують
Зв'язати хлорид цинку якраз і вміє кальцієве мило. Карбоксилат кальцію обмінюється з ZnCl₂ групами: цинк повертається у форму стеарату й знову працює на колір, а хлор переходить до кальцію, який утримує його надійно.
Виходить, що дві слабкості гасять одна одну. Темний старт кальцію закриває цинк, а цинкове горіння відсуває кальцій. Ні перший, ні другий поодинці такого результату не дають.
Співвідношення, яке в дослідженнях називають вдалим, — утричі більше кальцієвого, ніж цинкового. Це відправна точка, а не догма. Чим жорсткіший режим переробки й довший час перебування розплаву, тим більшою має бути кальцієва частка.
Скільки класти на 100 частин ПВХ
| Застосування | Разом Ca + Zn, ч. на 100 ч. ПВХ | Стартове співвідношення Ca : Zn |
|---|---|---|
| Труба, жорсткий профіль | 2–4 | 3 : 1 |
| Типова рецептура загального призначення | 2–3 | 3 : 1 |
| Повний робочий діапазон | 1,5–6 | від 2 : 1 до 4 : 1 |
Верхня межа діапазону потрібна не «про запас», а під конкретні умови: висока температура екструзії, тонкий переріз виробу, вторинна сировина в шихті. Надлишок мила теж має ціну — воно працює як мастило й на певному рівні починає зсувати реологію розплаву.
Про що говорять цифри в паспорті
Різниця між двома порошками помітна ще до того, як вони потраплять в екструдер.
Найпоказовіший рядок — pH водної суспензії. У кальцієвого 8,0–10,5, у цинкового 5,5–6,5. Це та сама хімія, тільки видима на вході: лужне мило готове приймати кислоту, майже нейтральне — ні.
Температура плавлення 150–160 °C проти 118–121 °C означає, що цинковий переходить у розплав раніше. Він раніше починає працювати і як стабілізатор, і як мастило.
Помел відрізняється помітно: залишок на ситі 300 меш у цинкового не більше 0,1%, у кальцієвого до 0,5%. Тонший порошок краще розбиває агломерати пігменту, і саме через це цинковий стеарат частіше беруть у пігментні пасти.
Вологість не більше 1,0% проти не більше 3,0% — теж не дрібниця. Зайва волога в ПВХ дає бульбашки й сріблясті смуги на поверхні готового виробу.
Де кальцієве мило працює без цинку
Поза ПВХ кальцієве мило працює там, де важать лужність і водовідштовхування, а цинк не додає нічого.
У мінеральних добривах воно знижує злежування на 60–80% при дозуванні 0,2–0,5%. У бетоні та сухих будівельних сумішах працює як об'ємний гідрофобізатор: знижує поверхневу енергію, зменшує водопоглинання й корозію арматури. У порошкових фарбах і крейдованому папері виступає антиблоком.
Чим цинк незамінний у гумі та пігментах
Тут працює вже не лужність, а сам метал і тонкість помелу.
У гумі воно активує сірчану вулканізацію. Цинк входить у комплекс із прискорювачем, і без нього тіазоли та сульфенаміди працюють упівсили. Заодно знімає прилипання суміші до прес-форми. У пластиках і лакофарбових складах розбиває агломерати пігменту, у косметичних пудрах дає шовковисте ковзання.
Кальцієвий стеарат тут не замінник у принципі: активатором вулканізації він не є.
| Задача | Стеарат кальцію | Стеарат цинку |
|---|---|---|
| Довга термостабільність ПВХ | так | ні |
| Стартовий колір ПВХ | ні | так |
| Антизлежувач добрив | так, 0,2–0,5% | ні |
| Гідрофобізація бетону | так | ні |
| Активатор вулканізації гуми | ні | так |
| Антиадгезив прес-форм | ні | так |
| Диспергатор пігментів | обмежено | так |
| Мастило для таблеток | ні | ні |
Чи підходить сюди стеарат магнію
Ні, і це питання виникає частіше, ніж можна очікувати.
Стеарат магнію (E470b) — фармацевтичне мастило для прямого пресування таблеток, вміст магнію 4,0–5,0%, температура плавлення 120–140 °C. У рецептурах ПВХ його не ставлять: він не дає ні стартового кольору, ні тривалого зв'язування хлору. Спільне в цих трьох продуктів тільки слово «стеарат» у назві.
Де пара Ca і Zn не працює
Межі варто назвати чесно, бо саме на них найчастіше горять партії.
Прозорі жорсткі вироби з високою вимогою до початкового кольору сухою порошковою парою зазвичай не закривають — там переходять на рідкі системи з органічними співстабілізаторами. Для контакту з харчовими продуктами потрібна не «та сама формула», а марка з відповідним пакетом документів. У режимах з дуже високою температурою й довгим часом перебування розплаву класична пара доходить до своєї межі, і рецептуру підсилюють фосфітами або поліолами.
Як за дефектом зрозуміти, чого не вистачає
Дефект на виробі показує, який бік пари просів. Логіка проста, бо механізми у двох мил різні.
Виріб темніє з першої ж хвилини, ще на виході з голівки, — бракує цинкової частки. Стартовий колір тримає саме вона.
Маса йде нормально, а потім різко чорніє при затримці в циліндрі — це вже цинкове горіння, і кальцієвої частки замало, щоб зв'язати хлорид цинку.
Наліт на калібрі й прес-формі говорить про надлишок мила загалом, а не про пропорцію. Тут спершу зменшують сумарне дозування, а вже потім чіпають співвідношення.
Бульбашки й сріблясті смуги до стабілізаторів взагалі стосунку не мають, це волога. Перевіряти треба сушіння шихти й паспортний рядок вологості, який у кальцієвого мила вдвічі вільніший.
Що перевірити в паспорті перед закупівлею
Вміст металу — головна цифра. Саме від CaO 9,0–10,0% і ZnO-еквівалента 13,0–14,0% залежить, скільки хлору мило здатне зв'язати на кілограм.
Далі вологість і залишок на ситі: перше про бульбашки, друге про диспергування.
І показник, який зазвичай проглядають, — вільні жирні речовини. Це непрореагована стеаринова кислота. Вона поводиться як додаткове мастило й здатна зсунути баланс усієї рецептури, хоча в паспорті виглядає нешкідливим рядком у кінці таблиці.
Чи можна обійтися одним стеаратом кальцію
Можна, якщо колір виробу некритичний. Сіра труба, технічний профіль, вироби з вторинної сировини — там кальцієвого достатньо, і це дешевший шлях.
Щойно з'являється вимога до білизни або прозорості, без цинкової частки не обійтися.
Чому стеарат цинку дорожчий
При закупівлі від мішка цинковий коштує 138,00 грн/кг проти 124,98 за кальцієвий, від 600 кг — 124,98 проти 109,50. Різниця йде від вартості самого металу й тоншого помелу.
На рецептурі вона майже не відчувається: у пропорції 3 до 1 цинкового потрібно вчетверо менше.
Яка мінімальна партія
Стеарат кальцію — мішок 15 кг, стеарат цинку — мішок 20 кг. Обидва є на складі в Києві, на кожну партію видаємо паспорт якості.
Решта родини закриває інші задачі: стеарат алюмінію загущує лакофарбові системи, стеарат натрію працює основою твердого мила. Загальний розбір усіх п'яти ми зібрали в окремій статті, а вся група лежить у категорії стеарати металів.
Повернуся до того, з чого почав. Питання «кальцієвий чи цинковий» у ПВХ поставлене невірно від початку: у переробника майже завжди в шихті обидва, і предметом вибору є пропорція, а не назва мила.