Środki pomocnicze dla przemysłu gumowego w dobie zielonej transformacji

Przepis na wyrób gumowy wydaje się od dziesięcioleci niezmienny i stosunkowo prosty. Należy wziąć kauczuk i dodać do niego szereg składników według opracowanej recepty. Całość uplastycznić, a następnie uformować w wysokiej temperaturze, aby zachować nadany mieszance kauczukowej kształt. To tak w skrócie… Wydawać się może, że podstawowe procesy przetwórcze pozostają niezmienne na przestrzeni dziesięcioleci. Jeśli na technologię gumy spojrzy się od strony surowców, dostrzeże się złożoność problemów przetwórczych wynikającą z mnogości stosowanych związków chemicznych – mineralnych i organicznych, które wpływają ostatecznie na właściwości fizykochemiczne wulkanizatów.

Wysoka energochłonność cykli produkcyjnych wynikająca m.in. z procesów mieszania i wulkanizacji oraz różnorodność stosowanych chemikaliów sprawiają, że europejski przemysł gumowy staje u progu największych zmian w historii wynikających z dalekosiężnych planów UE dotyczących Planu Przemysłowego Zielonego Ładu. Cytując przewodniczącą Komisji Europejskiej, Ursulę von der Leyen: „Mamy jedyną w swoim rodzaju okazję, aby szybko, ambitnie i z poczuciem celu wskazać drogę do zapewnienia wiodącej pozycji przemysłu UE w szybko rozwijającym się sektorze technologii neutralnych emisyjnie. Europa jest zdecydowana przewodzić rewolucji w dziedzinie czystych technologii”. Jaką odpowiedź na tak ambitnie postawione przez unijnych urzędników cele szykuje branża?

Ze względu na skalę produkcji i udział w rynku, zmieniające się ramy prawne z pewnością najbardziej dotykają producentów opon – wielkie, międzynarodowe koncerny. Nie można zapominać jednak o szeregu małych i średnich firm będących dostawcami dla sektora motoryzacyjnego i ściśle powiązanych z producentami pojazdów. Rosnące wymagania środowiskowe, zmieniające się regulacje w sprawie rejestracji, oceny, udzielania zezwoleń i stosowanych ograniczeń w zakresie chemikaliów (REACH) sprawiają, że rośnie presja cenowa – wygrywają wytwórcy oferujący tańsze produkty. Dlatego też producenci wyrobów gumowych ogólnego przeznaczenia coraz częściej koncentrują się na rynkach niszowych, produktach wysoce zaawansowanych technicznie (np. wyrobach medycznych), których wartość pozwala zrekompensować poniesione nakłady surowcowe i inwestycyjne.

Zmiany w zakresie REACH zmuszają do poszukiwania zamienników dla substancji chemicznych dotychczas stosowanych w technologii gumy, zwłaszcza z grup przeciwutleniaczy (np. bisfenole) i zmiękczaczy (np. ftalany) i stawiają im wysokie wymagania. Niekiedy proponowane zmiany legislacyjne dotykają bezpośrednio producentów kauczuków, jak miało to miejsce w przypadku wytwórców elastomerów fluorowych – fluorowęglowodorowych (FKM), fluorosilikonowych (FVMQ) i perfluorowęglowodorowych (FFKM), gdy zaproponowano zaklasyfikowanie tych polimerów do grupy związków per- i polifluoroalkilowych (oznaczanych skrótem PFAS, ang. per-and polyfluoroalkyl substances).

Dostawcy dodatków do gumy zdają się dostrzegać problem i wychodzić naprzeciw potrzebom branży, wynikającym z założeń zrównoważonego rozwoju. Dużo uwagi poświęca się plastyfikatorom na bazie olejów roślinnych ze względu na ich dostępność, biodegradowalność i przyjazny dla środowiska charakter. Koncepcja ta jest jednak ograniczona do poziomu laboratoryjnego z przyczyn ekonomicznych. Należy zauważyć, że nie jest to również nowatorskie rozwiązanie, ponieważ w przeszłości stosowano już olej lniany i rzepakowy, jak też rycynowy, w mieszankach kauczuku chloroprenowego czy butylowego.

Firma Lanxess oferuje środki pomocnicze oparte na olejach roślinnych i zwierzęcych, które obejmują kwasy tłuszczowe, estry kwasów tłuszczowych, wysokocząsteczkowe alkohole i aminy (m.in. Aktiplast PP Veg stanowiący mieszaninę soli cynkowych kwasów tłuszczowych pochodzenia roślinnego).
Unikalnym środkiem pomocniczym są faktysy, które wytwarza się w reakcji nienasyconych kwasów tłuszczowych pochodzenia roślinnego z chlorkiem siarki lub siarką. Faktysy wpływają na stabilność kształtu półwyrobów, ułatwiają wytłaczanie i kalandrowanie, zmniejszają skurcz przetwórczy i zwiększają ogólną gęstość usieciowania wyrobów gumowych. Należy nadmienić, że faktysy są produktami dobrze znanymi w przemyśle gumowym, sprawdzonymi i stosowanymi od dziesięcioleci, jednak w dobie zielonej transformacji zyskują „drugą młodość”.

Inną grupą „zrównoważonych” produktów oferowanych przez Lanxess są włókna celulozowe (pulpa drzewna) służące jako napełniacze wzmacniające mieszanki kauczukowe. Są one dostępne w formie przedmieszek w kauczukach butadienowo-styrenowym lub etylenowo-propylenowo-dienowym, bądź w polichlorku winylu. Podobną grupą dodatków wzmacniających i zwiększających odporność wulkanizatów na uszkodzenia mechaniczne i ciepło są cięte włókna aramidowe wstępnie zdyspergowane w przedmieszkach. Firma Continental pracuje nad technologią pozwalającą na wykorzystanie do produkcji opon przędzy poliestrowej z przetworzonych butelek PET.

Wspomniane przedmieszki włókien mogą również zawierać żywicę rezorcynowo-formaldehydową, która w reakcji z donorem metylenu (np. HMMM, heksametoksymetylomelaminą) utworzy trwałe wiązania między włóknami a gumą. Producent twierdzi, że tego typu dodatki skutecznie poprawiają wytrzymałość opon terenowych oraz wyrobów użytkowanych w trudnych warunkach środowiskowych. Przy czym zastosowanie HMMM jest dyskusyjne, jeśli chodzi o kwestie środowiskowe, ponieważ resztkowe produkty jej przemiany charakteryzują się większą ekotoksycznością niż substancja wyjściowa.

W przypadku wyrobów gumowo-metalowych (np. opony, węże, taśmy przenośnikowe z kordem stalowym) dąży się do wyeliminowania z mieszanek promotorów adhezji, którymi są związki kobaltu oraz rezorcyna (problematyczne z punktu bezpieczeństwa środowiskowego). Zastępuje się te substancje żywicami na bazie nowolaku z dodatkiem katalizującym w postaci związków cynku – Bruggemann TP 1862.

Wśród dodatków uznawanych za zrównoważone, oprócz tych produkowanych z surowców roślinnych, znajdziemy również produkty pozyskiwane ze źródeł nieodnawialnych, ale pomagające wydłużyć czas użytkowania wyrobów i ograniczyć tym samym skalę produkcji. Przy wytwarzaniu „zielonych” opon, o niskich oporach toczenia, zastosowanie znajduje Vulcuren (CAS No. 151900-44-6) – przyspieszacz odporny na podwulkanizację, a zarazem substancja zapobiegająca rewersji. W procesie wulkanizacji jest on skutecznym zamiennikiem difenyloguanidyny (DPG), przy czym nie emituje szkodliwych lotnych związków organicznych w trakcie procesu i po jego zakończeniu. Jego obecność ogranicza procesy starzeniowe zachodzące w wulkanizatach kauczuków SBR/BR opartych na związkach krzemionki. Vulcuren obecny w mieszankach na bieżniki opon do samochodów osobowych ogranicza stopniowe twardnienie bieżnika w okresie jego użytkowania. Poprawia się w ten sposób bezpieczeństwo użytkowników, ponieważ twardnienie negatywnie wpływa na przyczepność opony na mokrej nawierzchni.

W grupie inhibitorów rewersji, substancji przeciwdziałających degradacji termicznej wulkanizatów (a tym samym pozwalającym utrzymać ich właściwości fizykochemiczne na określonym poziomie i zwiększyć ich długoterminową trwałość) znajdziemy także inne produkty – Duralink HTS (Flexys), Perkalink 900 (Flexys, Lanxess), Struktol Aktivator 73/73A (Schill & Seilacher).

„Zrównoważone” dodatki do gumy będą zapewne zwiększać swój udział w rynku ze względu na rosnące zapotrzebowanie w sektorach motoryzacyjnym, budowlanym i przemysłowym. W szczególności przemysł motoryzacyjny kładzie nacisk na zrównoważony rozwój. Zmieniają się również preferencje konsumentów w zakresie materiałów zrównoważonych. Należy jednak pamiętać, że jeśli chcemy zachować dotychczasowe właściwości wyrobów, poziom bezpieczeństwa ich użytkowania i obszary zastosowań, wszelkich zmian surowcowych należy dokonywać metodycznie, w przemyślany sposób.

Rozsądnym ekologicznie rozwiązaniem, biorąc pod uwagę żądanie wdrożenia gospodarki o obiegu zamkniętym, jest zastosowanie do produkcji wyrobów gumowych produktów odzyskanych w procesie recyklingu. Jak dotąd problem ten został rozwiązany jedynie częściowo. Rozwijane procesy recyklingu, zgodnie ze stanem wiedzy i wymogami jakościowymi, pozwalają jak na razie jedynie na częściowe wykorzystanie odzyskanych surowców w nowych produktach. Przykładowo, standardowe opony Continental do samochodów osobowych składają się z około 15–20% materiałów odnawialnych lub pochodzących z recyklingu. W oponach pełnych, do pojazdów specjalnych, znajdziemy do 60% surowców odnawialnych.

Przed nami kolejna edycja targów Plastpol, które plasują się w czołówce europejskich wydarzeń targowych branży przetwórstwa tworzyw sztucznych i elastomerów. Kieleckie hale znów wypełnią urządzenia, maszyny i technologie wiodących koncernów oraz tysiące odwiedzających. Jakie tematy będą dominować wśród polskich producentów i przetwórców tworzyw sztucznych? Jakie opinie o przyszłości branż tworzyw sztucznych i gumy przedstawią specjaliści i eksperci? Jak wyglądać będzie oferta ekologicznych, „zrównoważonych” środków pomocniczych dla szeroko pojętej branży przetwórstwa polimerów? Przekonamy się już niedługo.

Autor: dr Karol Niciński

Zdjęcia: depositphotos.com/pl