Специальный концентрат красителя для безгалогенных материалов с низким дымовыделением

Когда слышишь про спецконцентраты для безгалогенок, половина технологов сразу представляет стандартные цветные маточки — а это в корне неверно. В ООО Чэнду Чжанхэ Новые технологии материалов мы семь лет бились над тем, чтобы пигмент не провоцировал вспучивание оболочки при термостарении. Однажды пришлось списать 400 кг кабеля из-за розового красителя, который встал комками в экструдере.

Почему обычные красители губят безгалогенные композиции

Здесь дело не в цвете, а в дисперсии. Если взять универсальный концентрат для ПВХ, частицы пигмента начнут работать как центры деструкции — особенно при переработке на высоких оборотах шнека. Как-то проверяли немецкий образец: вроде бы мелкий помол, но после 10 циклов грануляции в смесителе появлялись рыжие пятна.

В безгалогенных системах типа полиолефинов с гидроксидом алюминия любой металлоорганический комплекс может катализировать разложение наполнителя. Заметил это на кабелях для тоннелей метро — при 300°C некоторые синие пигменты давали резкий скачок дымности, хотя по паспорту всё было чисто.

Сейчас в ООО Чэнду Чжанхэ Новые технологии материалов для тестов используем микс из 5 типов АТН — если концентрат не стабилен, через 20 минут в камере дымообразования появляется фиолетовый оттенок дыма. Такие мелочи в отчётах не пишут, но они решают, пройдёт ли продукт сертификацию по IEC 61034.

Как мы подбирали основу для концентрата

Сначала пробовали EVA-воск — дешево, но при 240°C начиналось расслоение. Потом перешли на модифицированный полиэтилен с привитыми карбоксильными группами, но это удорожало рецептуру на 18%. Компромисс нашли в сополимере этилена с винилацетатом и трет-бутиловым эфиром — его как раз используют в серии с низким уровнем дымообразования для морских кабелей.

Интересный случай был с заказом от судостроительной верфи — требовался тёмно-зелёный цвет для кабелей аварийных систем. Стандартный фталоцианиновый пигмент давал дымность 28% вместо требуемых 15%. Пришлось разрабатывать гибрид на основе изиндигоидных соединений — после трёх месяцев испытаний получили стабильный результат с показателем 12%.

Сейчас в лаборатории zhxclkj.ru лежат образцы, где концентрат составляет всего 1.7% от массы композиции — это почти в два раза меньше типовых 3-4%. Добились за счёт предварительной пластикации пигмента в дисольвере при контролируемом вакууме.

Проблемы с колеровкой на производстве

Даже идеальный концентрат бесполезен, если оператор экструдера не понимает нюансов смешивания. В 2022 году на одном из заводов в Подмосковье из-за слишком резкой загрузки красителя в бункер получили партию кабеля с полосами — пришлось останавливать линию и чистить фильтры паллетами.

Теперь всегда советуем клиентам проводить пробную колеровку на мини-экструдере — достаточно 5 кг материала, чтобы увидеть распределение пигмента. Особенно критично для тёмных оттенков: чёрный марки S660 часто даёт серые разводы, если скорость подачи не синхронизирована с температурой цилиндров.

В документации к нашим концентратам есть таблица совместимости с разными типами антипиренов — например, с тригидратом алюминия можно работать при 190-210°C, а с фосфатными системами нужно поднимать до 230°C. Это не теоретические выкладки, а данные с производственных trials на оборудовании Troester.

Специфика для инженерных пластиков

Когда начали продвигать концентраты для инженерных пластиков, столкнулись с парадоксом — в поликарбонатах некоторые органические пигменты вели себя лучше, чем в простых полиолефинах. Но при замене АТН на фосфоресцирующие добавки появлялась жёлтая кайма по кромке профиля.

Для стеклонаполненных композиций пришлось разработать отдельную линейку — там важна не только термостабильность, но и адгезия к армирующим волокнам. Как-то видел, как на заводе в Твери из-за неправильного концентрата матовый чёрный пластик начал отслаиваться от стекловолокна после 200 часов термоциклирования.

Сейчас тестируем систему для полиамида 66 — вроде бы прошли испытания на УФ-старение, но есть вопросы к миграции пигмента при контакте с маслами. Возможно, придётся вводить дополнительный стабилизатор на основе стеаратов, хотя это немного повысит дымность.

Что не пишут в технических данных

Ни один паспорт безопасности не упоминает, что концентраты для безгалогенных материалов могут менять реологию расплава при длительном хранении. Особенно это касается красных оттенков — если партия пролежала на складе больше года, перед использованием её нужно прогревать в сушилке при 70°C 4 часа.

Ещё один нюанс — взаимодействие с антиоксидантами. Стандартный Irganox 1010 иногда образует комплекс с азопигментами, что даёт коричневый оттенок после термообработки. Мы в ООО Чэнду Чжанхэ рекомендуем использовать фосфитные стабилизаторы серии PEPQ для тёплых цветов.

Сейчас ведём переговоры с производителем кабельной арматуры для АЭС — там требования такие, что даже 0.1% отклонения в цвете считаются браком. Пришлось разработать методику калибровки дозаторов с погрешностью 0.05%. Кажется, это единственный случай, когда техзадание строже, чем у ракетчиков.

Перспективы и ограничения

Сейчас активно смотрим в сторону нанопигментов — теоретически они должны давать более стабильный цвет без увеличения дымности. Но пока лабораторные образцы показывают странные результаты при диспергировании в высоконаполненных композициях — частицы размером менее 100 нм начинают агломерировать вокруг частиц АТН.

Ещё одна головная боль — переработка окрашенных отходов. Если в стандартный бесгалогенный материал добавить более 15% переработанного окрашенного сырья, показатель светопропускания падает на 40%. Приходится либо дробить отходы в отдельной линии, либо разрабатывать специальные концентраты-компатибилизаторы.

В планах на следующий год — адаптация линейки для биополимеров типа PLA. Уже есть предварительные договорённости с производителем медицинских кабелей — им нужны пастельные тона с гарантированным отсутствием миграции. Думаю, наш опыт с функциональными маточными смесями поможет решить и эту задачу.