Сейчас, когда цены постоянно поднимаются, а запасов остается все меньше, самое время произвести переоценку имеющихся наполнителей для лакокрасочных продуктов, с помощью которых можно более эффективно использовать TiO₂.

Десятилетний период, на протяжении которого диоксид титана был дешев и имелся в изобилии, закончился. Хотя цены все еще несколько ниже цен 1989 г., и пока на горизонте не видно настоящего дефицита материала, имеются ясно различимые признаки того, что цены на TiO₂ будут и дальше ползти вверх, а сроки выполнения заказов на поставки будут продолжать расти. Все это в результате вызывает возрождение роста интереса к белым неорганическим наполнителям, которые можно использовать для частичного замещения TiO₂ для того, чтобы растянуть имеющиеся запасы и свести затраты к минимуму.

Хотя ничто не может сравниться с непрозрачностью чистого рутилового TiO₂, некоторые белые и яркие неорганические наполнители, а также альтернативные марки TiO₂, могут обеспечить некоторую передышку в условиях постоянного повышения цен. К числу других способов получения повышенной стоимости от белых красителей является использование новых марок TiO₂, которые обеспечивают повышенные диспергирование и долговечность.

Из-за чего растут цены?

Некоторые из наших читателей могут вспомнить конец восьмидесятых, когда ограничения поставок вызвали повышение цен на TiO₂ до более, чем $1.20 за фунт, и вынудили потребителей изучать варианты с использованием различных наполнителей. Затем к 1996 г. цены на TiO₂ упали до низкого/среднего уровня в диапазоне до 80¢ за фунт, их снижение было вызвано спадом в экономике и перенасыщением рынка. Поставщики красителей ответили на это тем, что отложили в дальний ящик свои планы по расширению бизнеса, и больше не построили с 1995 г. никаких новых производственных мощностей. Постепенно рынок стал адекватен застою в поставках. TiO₂ в настоящее время продается по цене от 95¢ до $1.15 за фунт, а это повышение на 10-20% по сравнению с серединой девяностых годов. По словам консультанта Джеймса Фишера, президента и исполнительного директора International Business Management Associates (IBMA), Принстон Джанкшн, Нью-Джерси, до конца года возможно еще одно повышение на 3-5¢ за фунт.

Хотя на сегодняшний день цены на TiO₂ на 9-14% ниже цен 1989 г. (и на 20-24% ниже цен 1989 г. в долларах с постоянной покупательной способностью), производители говорят, что они все еще ниже того уровня, который необходим для того, чтобы осуществлять новые инвестиции в новые производственные мощности.

Хотя поставки во всемирном масштабе все еще адекватно удовлетворяют спрос, имеются признаки оживления спроса на рынке в Азии, и поставки в Северной Америке становятся все более и более точно отмеренными. Спрос на рынке был особенно велик в течение нескольких последних лет. Так, например, в то время, как потребление TiO₂ в 1998 г. снизилось на примерно 3-5% по всему миру на протяжении предыдущего года, в Северной Америке оно выросло примерно на 1%, вслед за ростом на 7-9% в 1997 г. По оценкам Фишера из IBMA, в этом году потребление внутри страны вырастет на 2-3%. Степень использования производственных мощностей производителей находится в диапазоне около 90%.

Поставщики TiO₂ надеются, что их отрасль станет менее цикличной и менее подверженной ценовой волатильности в результате консолидации и глобализации, которые имели место, как среди поставщиков красителей, так и среди покупателей. Тем не менее, притом, что прогнозируется продолжение роста глобального спроса на протяжении следующих двух лет, и не планируется ввода новых крупных производственных мощностей (а только лишь ликвидация «узких мест»), следует ожидать некоторых проблем с поставками.

Непрозрачность и окраска

Два свойства представляются важнейшими при рассмотрении альтернатив стандартному TiO₂: непрозрачность и окраска (или белизна). Не все кандидаты на замену TiO₂ способны давать чистый белый цвет, но даже те, у которых имеется хорошая белизна, не могут конкурировать с TiO₂ в области непрозрачности или кроющей способности. Непрозрачность, или способность красителя рассеивать свет, взаимосвязана с двумя параметрами. Первым является коэффициент преломления (R.I.).

У рутиловых марок TiO₂, которые производятся с помощью хлоридной технологии, самый высокий среди белых красителей коэффициент преломления R.I. (2.75). Тем не менее, как отмечает Питер Крински, менеджер по маркетингу пластмасс компании Millennium Inorganic Chemicals, на непрозрачность также влияют размер частиц и распределение размера частиц. Он говорит, что оптимальный размер частицы, способной рассеивать свет, составляет половину длины световой волны видимой части спектра, или примерно 0.2 микрона. Это среднее значение размера частиц красителей с TiO₂, которые используются в пластмассовой отрасли. Кроме того, достижения в области контроля размера частиц позволили получить очень небольшое распределение размера частиц для последних марок рутилового красителя.

Одним из вопросов, по которому у экспертов по красителям для пластмасс нет единого мнения, является вопрос о том, как описать механизма наполнения TiO₂. Билл Кирнс, технический специалист из компании M.A. Hanna Color, является представителем одной из школ мысли, мнение которой сводится к тому, что, как он говорит, TiO₂ может быть наполнителем за счет отделения типичных частиц красителей размером 0.2 микрона от более крупных частиц менее дорогих материалов. Сообщается, что такой "дистанцирующий" подход был эффективен при работе с покрытиями, но в области пластмасс он является предметом споров. Решающим отличием здесь, очевидно, является то, что в тонких покрытиях объемная доля красителя TiO₂ может превышать 50%, а в пластмассах это значение значительно ниже.

Виктор Мимо, технический вице-президент компании Ampacet Corp., отмечает, что у белого концентрата, содержащего 50% по массе TiO₂, объемная доля красителя составляет всего 12-14%. "При таких небольших объемных долях частицы TiO₂ уже находятся отдельно друг от друга, поэтому спейсеры не могут повысить непрозрачность и не влияют на нее".

Эту точку зрения поддерживает и Билл Лэшуэй, менеджер по услугам в области пластмасс компании Millennium. "Из-за низкой конечной концентрации, 2-4% по массе, при создании многих пленочных применений, добавление достаточного количества наполнителя для физического дистанцирования уже достаточно широко разбросанных частиц TiO₂ отрицательно повлияет на физические свойства пленки и повысит ее стоимость". Он добавляет, что наполнители могут оказывать более положительное воздействие при использовании в более тяжелых пленках и формованных деталях, где непрозрачность повышается и за счет толщины продукта.

Фавориты соревнования

В наибольшей степени интерес к наполнителям из TiO₂ сосредоточен вокруг тонко измельченного карбоната кальция и кальцинированных каолиновых глин благодаря их низкой цене, которая ниже на 60-90%, чем цена на TiO₂ (см. Таблицу 1). Джек Голдхэммер, вице-президент по продажам в компании-поставщике неорганических материалов Omya Inc., говорит, что типичная белая пленочная маточная смесь 45% TiO₂, 30% карбоната кальция и 25% полиолефина может обеспечить экономию затрат в 15%. Он отмечает, что большинство потребителей используют сверх тонко измельченные марки карбоната кальция со средним размером частиц 0.5-1.0 микрон. Марки с более грубым помолом могут стоить даже дешевле, но они могут оказать отрицательное воздействие на свойства пленки.

Компания Engelhard Corp. провела большую работу по оценки двух своих специальных глин, используемых в качестве наполнителей TiO₂ в концентратах красителей. ASP 170 представляет собой тонкодисперсный (0.4 микрона) водный каолин, который, по имеющимся данным, обеспечивает эффективное дистанцирование частиц TiO₂ для сохранения прекрасной окраски и непрозрачности. Ultrex 96 представляет собой специальный кальцинированный каолин со срединным размером частиц 0.9 микрона. Сообщается, что у этой марки самая высокая яркость (яркость 96 GE) среди всех наполнителей на основе каолина. Эти два красителя стоили примерно на 20% и 40% больше TiO₂, соответственно.

Интересные результаты были получены, когда эти красители оценили в качестве частичной замены в типичных 50%-TiO₂ белых концентратах LLDPE. При использовании в деталях, изготовленных литьевым формованием, замещение 10% TiO₂ Ultrex 96 позволяет сохранить и хорошую окраску, и непрозрачность (Таблица 2). Даже при замещении 20% получается очень хорошая окраска при всего лишь небольшом снижении непрозрачности. ASP 170 обеспечивает хорошее окрашивание при низких концентрациях замещения (5%), но не дает такой непрозрачности, как Ultrex 96.

В области производства экструзионно-раздувной пленки (Таблица 3), от 5% до 10% замещения TiO₂  ASP 170 позволяет сохранить окраску и непрозрачность, равные тем, что были при полной концентрации TiO₂. При 20% замещении, получаемая пленка имеет превосходную окраску и лишь небольшое снижение непрозрачности.

В компании Engelhard также сообщают, что Ultrex 96 может замещать до 20% 7 фунтов в час TiO₂, который используется при изготовлении белой обшивки из PVC. Сообщается, что исходная белизна такая же или даже несколько лучше, чем при использовании чистого TiO₂. Исходная желтизна равна данным контрольного образца TiO₂ при степени замещения 10%, в то время как и ускоренное, и фактическое испытания на стойкость к воздействию атмосферных условий показывают, что Ultrex 96 при 10% замещения дает лучшие эксплуатационные характеристики, чем контрольный образец TiO₂.

Дэвид Скелхорн, технический директор поставщика неорганических материалов ECC International, все же предостерегает, утверждая, что создатели рецептур должны помнить, что "каолиновые глины и карбонат кальция не обеспечивают той устойчивости к воздействию ультрафиолетовых лучей, какой от природы обладает TiO₂".

Различные марки TiO₂

Не все марки TiO₂ одинаковы. У рутилового TiO₂ коэффициент преломления 2.75 по сравнению с 2.55 анатазного TiO₂, который производится с использованием более старой сульфатной технологии. Хотя анатаз обычно стоит немного дешевле, чем рутиловая марка, он примерно на 20% менее эффективен для придания пластмассам непрозрачности.

Не рекомендуется смешивать марки рутилового и анатазного TiO₂ для того, чтобы снизить затраты. По словам Джона Причарда, менеджера по пластмассам компании DuPont , помимо снижения непрозрачности анатаз может создать и проблемы с окраской. Но он отмечает также, что, с другой стороны, анатазный TiO₂ действительно необходим в некоторых рецептурах. Так, например, анатазные марки не подавляют флуоресцентные отбеливающие вещества так мощно, как рутиловые марки. Другим примером применения анатазовых красителей являются полиолефиновые маточные смеси для экструзионных покрытий фотопленки.

Использование более дешевых рутиловых марок TiO₂ "широкого спектра", которые не являются чисто белыми, также является вариантом частичного замещения TiO₂. Данный продукт импортируется из Украины компанией K&T Export/Import. Он называется Titan 2. Эта 0.3-микронная марка оценивается некоторыми поставщиками маточных смесей красителей и создателями рецептур. Ее рыночная цена составляет 78-82¢ за фунт. В компании K&T говорят, что она способна обеспечивать хорошую белизну и приемлемую непрозрачность при замещении в рецептуре 15% (или более для применений, где эти свойства не имеют решающего значения) стандартного TiO₂.

Другим "альтернативным" TiO2₂ является синтетический рутил TiO₂ от компании Hitox Corp. Краситель Hitox цвета буйволиной кожи обладает частицами слегка большего размера и менее правильной формы по сравнению с типичным рутилом TiO₂. Он стоит 68¢ за фунт, и может замещать до 45% стандартного TiO₂ в продуктах, для которых требуется непрозрачность, но которые не должны быть чисто белыми.

Еще несколько белых кандидатов

Сульфат бария до некоторой степени используется в качестве наполнителя TiO₂, поскольку разница в цене не дает таких преимуществ, как при использовании каолина и карбоната кальция. Компания J.M. Huber представила новый сульфат бария с обработкой поверхности, о котором сообщается, что он дает хорошие эксплуатационные характеристики при замещении TiO₂ до 50%. Этот материал называется Huberbrite Interlok, он использовался одним из производителей экструзией эластичного PVC для замены всего TiO₂ в своей рецептуре. У продукта средний размер частицы 1.0 микрон, и он является многообещающим также и для полиолефиновых применений.

В число прочих альтернативных белых красителей входят литопон (результат соосаждения сульфата бария и оксида цинка) и оксид цинка технической марки. Литопон не используется в США широко, поскольку он склонен вступать в реакцию с некоторыми марками TiO₂, в результате чего образуются ядовитые запахи. Оксид цинка использовался ранее в периоды нехватки TiO₂, но его использование было существенно ограничено деградацией пластмассы, такой как полипропилен.

Что говорят создатели компаундов

Наполнение TiO₂ едва ли можно назвать новой практикой, и, хотя мало кто из потребителей красителей с готовностью это признает, все это делают, или, по крайней мере, так заявляют поставщики. Некоторые производители компаундов проявляют осторожность, и не говорят открыто о наполнении TiO₂, поскольку опасаются, что, если об этом узнают заказчики, они могут потребовать снижения цены.

Хотя они и с осторожностью сообщают информацию о наполнителях TiO₂, которые они могут использовать, основные производители концентратов красителей, такие как Ampacet, подразделение Masterbatches Div.компании Clariant, M.A. Hanna Color, Teknor Color, и WedTech, указывают, что они всегда стремятся найти лучшие альтернативы, особенно, если они дают умеренную непрозрачность.

Кирнс из компании M.A. Hanna Color говорит, что специальный тонко измельченный кальцинированный каолин с размером частиц 0.9 микрона может обычно замещать концентрации TiO₂ до 15% при сохранении приемлемой яркости (96% GE яркость) и лишь незначительном снижении непрозрачности. Он отмечает, что тонко измельченный сульфат бария с размером частиц 8.5 микрона также может использоваться при почти той же степени замещения TiO₂, но у него будет более низкая яркость (93%) и более высокая стоимость.

Мимо говорит, что в компании Ampacet Corp. наполнители рассматривают как способ сокращения затрат за счет сведения к минимуму использования смолы, а не содержания TiO₂. Так, например, в качестве альтернативы обычной белой маточной смеси из 50% TiO₂/50% PE, компания Ampacet предлагает смесь, содержащую 50% TiO₂, 25% карбоната кальция и 25% PE. Другая рецептура включает 40% TiO₂, 30% литопона и 30% смолы. Мимо говорит, что она дает практически ту же непрозрачность, что и маточная смесь 50% TiO₂, но у нее "более нежный и мягкий белый цвет", потому что она менее абразивна. Эти две маточные смеси реализуются по цене примерно на 7-12% ниже цены стандартного продукта 50% TiO₂. Еще одним способом получить больше за свои деньги и сэкономить на стоимости смолы является использование более наполненного концентрата, например, с 80% TiO₂, так советует директор Ampacet по маркетингу Фрэнк Айэнотти.

Рик Тиззард, коммерческий директор компании WedTech, говорит: "В наполненном белом красителе, который чаще всего используется при производстве пленки, содержится 50% TiO₂, 20% карбоната кальция и 30% смолы подложки". Предлагаемый WedTech вариант, марка 1022, предназначена для производства бакалейных мешков, и обычно стоит на 1-2¢ за фунт меньше, чем стандартная маточная смесь с 50% TiO₂. Рик Тиззард отмечает, что, хотя наличие карбоната кальция мало способствует повышению непрозрачности, оно добавляет стабильности рукава при изготовлении экструзионно-раздувной пленки. Компенсирующим моментом здесь является тот факт, что, как он говорит, наполнители TiO₂ добавляют плотности готовому продукту, что может компенсировать некоторую экономию.

Компания Wedtech также разработала новую белую маточную смесь, в которой используется ее собственный наполнитель. Маточная смесь WT-164 предназначена для производства белых пакетов-маек, и, считается, что она дает хорошую непрозрачность. Компания рекомендует ее в качестве альтернативы маточной смеси с 50%-TiO₂ для того, чтобы иметь экономию примерно 2¢ за фунт.

Newchemistry.ru