У рецептурі гумової суміші стеаринова кислота стоїть у переліку майже завжди, і закладають її одразу після каучуку та оксиду цинку. Дозування невелике, зазвичай кілька частин на сто частин каучуку, але без неї вулканізація йде повільно й нерівномірно. Стеаринка тут не наповнювач і не пластифікатор у звичному сенсі. Вона запускає хімію зшивання й допомагає рівно розподілити технічний вуглець по масі.
Розберу, що саме вона робить у гумі, скільки її треба і чому марка сировини на це впливає.
Що робить стеаринова кислота в гумовій суміші?
Стеаринова кислота в гумовій суміші виконує дві ролі: активатора вулканізації та диспергатора. Разом з оксидом цинку вона утворює розчинний стеарат цинку, який активує прискорювачі й запускає утворення сірчаних зв’язків між ланцюгами каучуку. Паралельно вона змащує масу й розганяє технічний вуглець без агломератів. Стандартне дозування 1–3 phr.
Активація це головна функція. Сірчана вулканізація без активаторів іде мляво: прискорювачі працюють у півсили, зшивання неповне, гума виходить слабкою. Оксид цинку сам по собі майже нерозчинний у каучуковій масі. Стеаринова кислота реагує з ним і дає стеарат цинку, який уже розчиняється в каучуку і робить цинк доступним для реакції. Ця пара, оксид цинку плюс стеаринова кислота, і є класична активаторна система сірчаного вулканізату.
Друга роль механічна. Розплавлена стеаринка змащує поверхню частинок наповнювача, і технічний вуглець розходиться по масі рівно, без грудок. Погана дисперсія техвуглецю це слабкі місця в готовому виробі: там, де агломерат, гума порветься першою. Тому навіть невеликий відсоток стеаринової кислоти покращує і переробку суміші, і міцність вулканізату.
Скільки стеаринової кислоти класти в гуму?
Стеаринову кислоту в гумових сумішах дозують 1–3 phr, тобто частин на сто частин каучуку. Стандартна активаторна система це приблизно 3–5 phr оксиду цинку й 1–2 phr стеаринової кислоти. Надлишок стеаринки понад 3 phr починає працювати як мастило: суміш стає слизькою, погіршується адгезія й може виступати наліт на поверхні готового виробу (bloom).
Дозування тут значно менше, ніж у милі чи свічках, і воно точне. У більшості рецептур вистачає 1–2 phr стеаринової кислоти на 3–5 phr оксиду цинку. Це та кількість, що повністю зв’язується в стеарат цинку й активує систему без залишку.
Перебирати не варто. Якщо стеаринки більше, ніж потрібно для активації, надлишок лишається в масі вільним і починає діяти як внутрішнє мастило. Спершу це навіть корисно для переробки, суміш легше йде через вальці. Але потім вільна кислота мігрує до поверхні готового виробу й виступає білуватим нальотом. Гумовики називають це bloom, і на клейових з’єднаннях чи фарбованих деталях він псує адгезію.
Чому для гуми не важливий колір стеаринки?
Гумова суміш непрозора й майже завжди чорна від технічного вуглецю. Колір сировини в ній не видно взагалі, тому переплачувати за освітлену марку немає жодного сенсу. Для гуми беруть технічну марку 1860: у ній достатньо C18, а колірність за шкалою Хазена ролі не грає.
Що справді важливо, це стабільність фракційного складу від партії до партії. Якщо в одній партії стеаринової кислоти більше, а в іншій менше, зміщується баланс активаторної системи, і час вулканізації поповзе. Тому в гумовому виробництві дивляться не на назву на мішку, а на паспорт: вміст C18, кислотне число, точку плавлення. Технічну марку 1860 ми привозимо від одного заводу (azovsintez.ua), тому профіль між поставками не гуляє.
Чи можна замінити стеаринову кислоту в гумі?
Повністю замінити стеаринову кислоту в сірчаній вулканізації складно, бо вона одночасно активує систему з оксидом цинку й диспергує наповнювач. Частковою заміною бувають інші насичені кислоти (пальмітинова, лаурінова) або готовий стеарат цинку, але вони або дорожчі, або зміщують баланс активації. У масовому виробництві стеаринова кислота лишається стандартом за співвідношенням ціна-ефект.
Теоретично роль активатора може виконати будь-яка жирна кислота, здатна дати розчинну сіль цинку. На практиці вибір майже завжди падає на стеаринову. Причина в доступності й ціні: пальмова стеаринова кислота коштує дешевше за окремо виділену пальмітинову чи лаурінову, а працює не гірше.
Іноді замість пари «оксид цинку плюс стеаринова кислота» одразу беруть готовий стеарат цинку. Це зручно, коли треба скоротити кількість компонентів, але дорожче й позбавляє гнучкості: співвідношення цинку й кислоти вже зафіксоване виробником солі, а не вами. Тому там, де важлива точна настройка вулканізації, повертаються до роздільної системи з технічною стеариновою кислотою.
Що перевіряти в паспорті стеарину для гуми?
У паспорті стеаринової кислоти для гуми дивляться на вміст C18, кислотне число й точку плавлення. Кислотне число визначає, скільки кислоти прореагує з оксидом цинку: чим воно стабільніше між партіями, тим передбачуваніша вулканізація. Точка плавлення близько 60 °C гарантує, що стеаринка повністю розплавиться на стадії змішування й рівно розподілиться.
Активаторна система чутлива до кількості кислоти. Кислотне число показує, скільки реакційноздатних груп у сировині: у нашій партії 26030103 воно 200,17 мг KOH/г при нормі 192–208. Поки воно тримається в цьому діапазоні, стеарату цинку утворюється рівно стільки, скільки закладено рецептурою, і час вулканізації стабільний.
Точка плавлення 59,6 °C і вміст C18 66% це друга пара орієнтирів. Стеаринка має повністю розплавитися при змішуванні, інакше вона не розійдеться по масі й не зробить свою роботу диспергатора. Ці цифри є в паспорті на кожну партію, звірити їх можна за документом: паспорт відкритий для перегляду.
Повернуся до того рядка в рецептурі, з якого почав. Кілька частин стеаринової кислоти виглядають дрібницею на тлі каучуку й наповнювачів, але саме вони вирішують, чи запуститься вулканізація як слід і чи розійдеться техвуглець рівно. Тому марку й паспорт цієї «дрібниці» варто перевіряти так само уважно, як і основну сировину.
