Воск VISCOSPEED – оптимальный диспергатор для огнестойких безгалогеновых кабельных композитов: значимый эффект при малой дозировке

В последние несколько десятилетий спрос на огнестойкие безгалогеновые (ОБГ) кабельные композиты непрерывно растёт – в основном, благодаря их преимуществам в сокращении дымообразования и уменьшении токсичных и коррозионно-активных выбросов при горении по сравнению с традиционно применяемыми галогенсодержащими негорючими кабельными материалами. Такие ОБГ-композиты в основном представляют собой материалы, преимущественно имеющие в своём составе полимер на основе полиолефинов и значительную долю неорганических негорючих соединений, таких как гидроксид алюминия Al(OH)₃ и гидроксид магния Mg(OH)₂.

В июле 2017 г. в действие вступил новый сбалансированный Регламент по строительным материалам, нацеленный на дальнейшее повышение пожаробезопасности. Новый регламент устанавливает требования к кабельным материалам по торможению распространения огня и сведению дымообразования к минимуму. Эти задачи обычно решаются за счёт повышения концентрации неорганического негорючего компонента в композите. При решении особо ответственных задач могут использоваться композиты с содержанием соответствующего наполнителя на уровне 65–80%. Безусловно, при этом возникают довольно сложные задачи в части технологичности и механических показателей композитов, которые приходится решать и производителям кабельных компаундов, и изготовителям кабельных материалов.

Специальный воск VISCOSPEED выпускается в виде тонкодисперсного порошка и в гранулированном виде

Специальный воск VISCOSPEED, разработанный компанией Инноспек, представляет собой высокоэффективный безгалогеновый органический компонент, облегчающий проведение технологических операций с ОБГ-кабельными компаундами, позволяющий свести к минимуму трудности переработки композитов, возникающие из-за повышения доли неорганического наполнителя, без какого-либо ухудшения показателей огнестойкости. В частности, преимущества VISCOSPEED были продемонстрированы в модельных испытаниях применительно к композитам на основе ЭВА-сополимеров в рамках текущих строительных регламентов (см.Табл.1). Из представленных данных видно, что добавка VISCOSPEED эффективно оптимизирует механические показатели компаунда, например, итоговый крутящий момент в рамках теста по методу Брабендер, обеспечивая улучшение однородности и текучести компаунда.

Таблица 1. Характеристики материала внешней оболочки кабеля с содержанием ЭВА-компонентов

Новые решения проблем, вызванных дефицитом ЭВА в кабельной отрасли

VISCOSPEED – полимерный материал полярной природы и в силу этой особенности обеспечивает быстрое смачивание и эффективное распределение частиц неорганического наполнителя в матрице полимерного компаунда. Более того, во время технологических операций VISCOSPEED не позволяет дисперсным частицам группироваться в агломераты, тем самым обеспечивая максимальную эффективность наполнителя в достижении огнестойкости композита. Это свойство имеет особое значение при использовании тонкодисперсных неорганических наполнителей, например, измельчённого Mg(OH)₂, или при вовлечении в компаунды других синергических негорючих компонентов, таких как нано-кремнезёма, сепиолита и нанодисперсной глины. В конечном итоге взаимодействие между полярным негорючим наполнителем и воском VISCOSPEED позволяет оптимизировать распределение компонентов в компаунде, улучшить показатели обугливания получаемого материала и снизить риск образования капель при горении.

С конца 2020 г. цены на полимеры, особенно на ЭВА-сополимеры, изменяются лишь в одном направлении: вверх. В этот период контрактная цена поставки ЭВА-сополимеров почти удвоилась. Важно, что из-за плановых ремонтов на крупных производствах ЭВА-сополимеров продолжение сложной ситуации на рынке ожидается и в 2022 году. Понимая это, производители компаундов и кабельных материалов стараются найти подходящие альтернативные решения, которые могли бы обеспечить требуемое качество продукции.

Если сопоставить динамику цены на эластомеры на основе полиолефинов (ПОЭ) и на ЭВА-сополимеры, то окажется, что при довольно стабильном характере цен в период по апрель 2021 г. на полиолефиновые эластомеры цены на ЭВА-сополимеры росли до исторически рекордного уровня. Соответственно нужно отметить, что в настоящее время и, судя по всему, на длительную перспективу композиты на основе полиолефиновых эластомеров оказываются более рентабельны. Благодаря своей повышенной гибкости эластомеры на базе полиолефинов могут легко заменить ЭВА-сополимеры во многих полимерных компаундах. Для рассмотрения подобной ситуации мы изучили применение ПОЭ в составе безгалогеновых огнестойких компаундов для изготовления внешней оболочки кабеля, в рамках действующих европейских строительных нормативов. В такие компаунды ЭВА-сополимеры обычно вводят в количестве 20%.

В своих испытаниях специалисты Инноспек тестировали компаунд типичного состава: ЭВА-сополимер с содержанием винилацетата 28% (ПТР = 3) в качестве основного полимера и ЛПЭНП-полимер (ПТР = 3.5) в качестве оптимизирующего компонента. Помимо добавок такая типичная композитная система включала смесь Al(OH)₃ осадочного типа с природным Mg(OH)₂ (см.Табл.1, композиция ЭВА, типичный состав).

В сравнительных испытаниях ЭВА-сополимер в составе компаунда заменяли на ПОЭ при вовлечении специальных восков Инноспек серии VISCOSPEED (композиты ПОЭ 1,2).

При этом помимо стандартного воска VISCOSPEEDв обсуждаемых испытаниях использовались также и воски новейшей разработки Инноспек, маркиVISCOSPEED HP(с повышенной полярностью) и VISCOSPEEDNEU (из числа экспериментальных восков), показавший эффективность в диспергировании природного измельчённого Mg(OH)₂ без покрытия. Изученные альтернативные композиты показали преимущества в огневых испытаниях (см.композит ПОЭ 2). Указанные изменения в составе композитного компаунда могут обеспечить снижение стоимости компаунда как минимум на 16 % при повышении механических показателей и ПТР (см.Табл.2, рецептура ПОЭ 1). В качестве логического завершения, мы также провели испытания композита с полной заменой осадочного гидроксида алюминия, имеющего значительное влияние на стоимость компаунда, природным Mg(OH)₂. Такой подход обеспечит уменьшение итоговой стоимости компаунда ориентировочно на 30%. Многочисленные научные исследования и патенты указывают на то, что полноценная замена осадочного Al(OH)₃ на природный Mg(OH)₂ станет возможной на основе полимерной матрицы полиолефинового эластомера. Эффективность специального воска VISCOSPEED в качестве активного компонента на границе раздела ПОЭ/антипирен и его синергическое взаимодействие с малеинизированным связывающим агентом объясняется полярностью воска и его не очень высокой молекулярной массой.

Таблица 2. Данные испытаний огнестойких безгалогеновых компаундов: эффективность специальных восков серии VISCOSPEED при оптимизации состава композитов, не содержащих ЭВА-сополимеров

Необходимым составным элементом сертификации кабельных композитов в рамках современных строительных норм является требуемая стойкость в огневых испытаниях. HFFR-компаунды на основе ЭВА-сополимеров, играют сегодня роль отраслевого стандарта по огнестойкости, определяемой в тестах с вертикальной ориентацией образца. В огневых испытаниях Инноспек (см.Табл.3) компаунды на базе ЭВА-сополимеров также проявили себя наилучшим образом. Тем не менее, с помощью VISCOSPEED в случае компаундов на основе ПОЭ-полимера можно исключить образование горящих капель (см.данные по ПОЭ 1, ПОЭ 2, ПОЭ 3), что является самым серьёзным критерием при сертификации по строительным регламентам. При этом композит оптимизированного состава с повышенным наполнением (ПОЭ 2) благодаря вовлечению воска марки VISCOSPEED HP в огневых испытаниях достиг очень высокого итогового рейтинга, в рамках стандарта современных строительных регламентов. 

Таблица 3. Данные огневых испытаний огнестойких безгалогеновых компаундов: эффект специальных восков серии VISCOSPEED при оптимизации состава композитов, не содержащих ЭВА-сополимеров

Подводя итог, следует отметить, что специальный воск VISCOSPEED компании Инноспек позволяет точно скорректировать технические показатели композитов, основанных на полиолефиновых эластомерах, с тем чтобы исключить образования горящих капель в огневых испытаниях, при этом содействовать повышению содержания антипиренового компонента в компаунде и обеспечить выполнение действующих строительных регламентов. Замена ЭВА-сополимеров на ПОЭ значительно повышает показатель удлинения при разрыве (см.Табл.2, рецептура ПОЭ 2) и при этом может дать общий эффект снижения стоимости производства компаунда вплоть до 30% (см.Табл.2, рецептура ПОЭ 3). Учитывая сложную текущую ситуацию с предложением на рынке ЭВА-сополимеров, предложение компании Инноспек по оптимизации состава огнестойких безгалогеновых компаундов выглядит весьма своевременным и перспективным с точки зрения эволюции промышленных кабельных материалов в рамках действующих строительных регламентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Специальный воск VISCOSPEED, производимый компанией Инноспек, – новый компонент для огнестойких безгалогеновых кабельных композитов, который даёт возможность значительно повысить однородность распределения антипиренового наполнителя в материале компаунда и облегчить выполнение с компаундом технологических операций. Опыт внедрения VISCOSPEED подтверждает отсутствие каких-либо побочных негативных эффектов на показатели старения композита, его параметры огнестойкости или механические характеристики. Более того, для композитов, использующих в качестве компонента смоляной полиолефиновый эластомер, доказан эффект улучшения показателей удлинения композитного материала при разрыве и его огнестойкости.

Вовлечение VISCOSPEED в состав компаунда в небольшой дозировке облегчает работу высокопроизводительного технологического оборудования компаундирования в стабильном режиме благодаря более эффективному включению частиц неорганического наполнителя в состав полимерной матрицы. Использование специального воска VISCOSPEED улучшает распределение в полимерной матрице частиц минерального антипиренового наполнителя, например, измельчённых Al(OH)₃ или Mg(OH)₂, каолина, силикатов и т.п или аддитива (нанодисперсной глины, нано-кремнезёма, сепиолита и т.п.), что обеспечивает соответствующее улучшение реологических характеристик компаунда и выигрыш в плане его огнестойкости.

Подробная информация, касающаяся технических решений с использованием специального воска VISCOSPEED, данные по его испытаниям – применительно к производству кабельных компаундов, алюминиевых композитных панелей, кровельных мембран на основе термопластичных полиолефинов и полупроводниковых кабельных мембран – доступна в офисах компании Инноспек.

Компания Инноспек

Международная компания Инноспек – лидер в области современных разработок химических добавок в нашем постоянно меняющемся мире. Более 50 лет Инноспек успешно разрабатывает специальные добавки в широком спектре приложений для функциональной оптимизации углеводородных сред в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической отраслях, а также в процессах, использующих продукцию подобных производств − начиная от присадок к моторным топливам, и заканчивая тонкой химией для парфюмерии и косметики. Создавая новые и уникальные добавки, Инноспек может предложить нашим заказчикам надёжные, оптимальные с функциональной точки зрения технические решения. Представленная в 23 странах, компания Инноспек поставляет заказчикам в разных странах мира высокоэффективные решения самых сложных современных технических задач, оптимальные для каждого регионального и национального рынка. 

Материалы, использованные в статье © Инноспек 2022