В технических дискуссиях с клиентами время от времени возникает тема:углеводородная смоладействительно обеспечивает достаточную дополнительную ценность, чтобы оправдать свою более высокую цену по сравнению с углеводородной смолой, катализируемой C9. Поскольку гидрогенизированный
углеводородная смолаимеют более светлый цвет и обычно имеют слабый запах, многие люди, естественно, предполагают, что платить больше автоматически означает получить более качественную смолу.
Наш опыт работы с составами клеев и покрытий показывает, что редко все бывает так просто. Более светлый внешний вид или слабый запах, безусловно, могут быть важны в некоторых приложениях, но они не обязательно приводят к повышению общей производительности в каждой системе. Оправданность дополнительных инвестиций зачастую во многом зависит от конкретной полимерной матрицы, условий эксплуатации, требований к старению и того, чего на самом деле ожидает конечный пользователь от готового продукта.
Еще одно недоразумение, с которым мы часто сталкиваемся, — это представление о том, что гидрогенизированная углеводородная смола является просто прямой заменой углеводородной смолы, катализируемой C9. На практике эти материалы лучше рассматривать как отвечающие различным позициям продукта и различным целям производительности. Гидрирование — это этап модификации, который улучшает определенные характеристики, но его не следует интерпретировать как универсальное обновление, которое автоматически делает одну смолу лучше другой в каждой рецептуре.
Одно заблуждение, которое возникает снова и снова
На ранних стадиях многих проектов мы часто видим, как клиенты полагают, что, поскольку гидрированный C9 выглядит чище и светлее по цвету, он должен превосходить каталитически полимеризованный C9 во всех аспектах.
Другие подходят к нему с противоположной стороны. Поскольку каталитически полимеризованный С9 стоит дешевле, его считают «базовой версией» и не видят смысла тратить больше.
На практике обе точки зрения слишком упрощены. Во многих вопросах рецептур, с которыми мы сталкивались на протяжении многих лет, проблема редко заключается в том, является ли сама смола «достаточно хорошей». Чаще всего реальный вопрос вращается вокруг стабильности цвета, контроля запаха и того, как продукт ведет себя после длительного воздействия тепла, кислорода или условий хранения.
Некоторые приложения очень чувствительны к этим факторам. Другие нет. Имеют ли эти различия значение, полностью зависит от требований системы конечного-пользования.
Эти два продукта не существуют на одном уровне производственного процесса.
Катализируемая C9 углеводородная смола производится путем катионной полимеризации крекированных ароматических фракций C9, содержащих такие компоненты, как стирол, метилстирол, инден и родственные ароматические соединения, под действием катализаторов на основе кислот Льюиса.
Его характеристики обусловлены прежде всего его молекулярной структурой. Смола сохраняет относительно высокую ароматичность, демонстрирует отличную совместимость со многими неполярными системами и обеспечивает надежное повышение клейкости. Это объясняет, почему он успешно использовался в бесчисленных рецептурах на протяжении десятилетий.
C9 гидрированныйнефтяная смолаОднако это не отдельный путь полимеризации. Все начинается с существующей базовой смолы,-полученной методом каталитической или термической полимеризации-, и подвергается гидрированию. В ходе этого процесса ненасыщенные связи и хромофорные структуры насыщаются с помощью катализаторов на основе никеля, палладия или подобных металлических систем.
По сути, одна технология создает смолу, а другая модифицирует смолу после того, как она уже сформирована. С этой точки зрения они вообще не являются конкурирующими технологиями.
Большинство различий проявляется в ежедневной--дневной производительности, а не в резких изменениях свойств.
В практическом применении различия между каталитически полимеризованным C9 и гидрированным C9 редко приводят к совершенно разным профилям производительности. Вместо этого они, как правило, проявляются в долгосрочном-поведении.
Возьмем, к примеру, стабильность цвета. Каталитически полимеризованные смолы естественным образом обладают некоторым первоначальным цветом и могут постепенно темнеть со временем из-за окисления и термического старения. Для продуктов,-чувствительных к внешнему виду, это изменение может стать весьма заметным.
Гидрирование значительно уменьшает ненасыщенные структуры и хромофорные группы, создавая более светлые-материалы с гораздо более медленным изменением цвета при хранении и старении. Покупатели обычно замечают это наиболее отчетливо при использовании прозрачных или светлых-препаратов.
Запах аналогичен. Обычные ароматические смолы в некоторых случаях могут иметь легкий ароматический запах, тогда как гидрогенизированные углеводородные смолы заметно мягче. Для гигиенических клеев, этикеток и экспортной-продукции запах часто становится практическим фактором, поскольку на этих рынках обычно предъявляются более строгие требования к летучим органическим соединениям и органолептическим ощущениям.
Тем не менее, гидрирование принципиально не меняет основную роль смолы. Ее функция повышения клейкости, характеристики совместимости и начальное адгезионное поведение по-прежнему во многом определяются самой базовой смолой. Что главным образом улучшает гидрирование, так это стабильность и внешний вид.
Разные отрасли фокусируются на разных вещах
На рынке клеев-расплавов упаковочные клеи и переплетные материалы очень чувствительны к затратам. Поскольку требования к цвету обычно умеренные, каталитически полимеризованный C9 остается одним из основных вариантов, поскольку стабильность обработки и экономичность имеют большее значение.
Как только вы перейдете на средства гигиены, такие как клей для подгузников, средства женской гигиены или медицинские термоклеи, приоритеты меняются. Клиентов все больше беспокоят запах, стабильность цвета и долговечность-старения. В этих обстоятельствах,гидрогенизированная нефтяная смолаих легче оправдать, несмотря на более высокую стоимость.
Та же картина наблюдается в клеях,-чувствительных к давлению.
Многие промышленные ленты на удивление терпимы к изменениям цвета. Но как только продукты перейдут на прозрачные ленты, этикетки премиум-класса или приложения,-чувствительные к внешнему виду, принятиегидрогенизированная нефтяная смолазначительно увеличивается.
Интересный контраст представляет собой промышленность по производству чернил и резины. Многие производители чернил не хотят платить больше только за более светлый цвет. Их приоритетами остаются смачивание пигмента, дисперсия и совместимость рецептур, что объясняет, почему каталитически полимеризованный C9 по-прежнему сохраняет очень сильную позицию.
То же самое касается и резиновых смесей. Технологические характеристики и экономическая эффективность обычно важнее внешнего вида, поэтому гидрогенизированные углеводородные смолы, как правило, используются только в специализированных приложениях, а не в основных продуктах.
Почему гидрогенизированная нефтяная смола более стабильна и светлее по цвету?
С молекулярной точки зрения ответ довольно прост.
Гидрирование насыщает многие двойные связи и реакционноспособные структуры, которые подвержены окислению. Это также уменьшает присутствие хромофорных групп, ответственных за формирование цвета.
В результате смола становится светлее, со временем окисляется медленнее и, как правило, обладает улучшенной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.
Это не означает, что каталитически полимеризованный C9 по своей природе нестабильен. Это просто означает, что эти два материала обеспечивают разные окна стабильности, и значение этой разницы полностью зависит от предполагаемого применения.
Точка смягчения часто менее важна, чем думают люди
Еще одно заблуждение состоит в том, что гидрирование кардинально меняет все физические свойства, включая температуру размягчения.
В действительности, промышленный опыт и опубликованные данные позволяют предположить, что на температуру размягчения влияют, прежде всего, молекулярно-массовое распределение и условия полимеризации. Само гидрирование оказывает сравнительно незначительное влияние на это свойство.
Что более заметно меняется, так это целый набор характеристик,-связанных со стабильностью, а не фундаментальные физические параметры.
На практике отбор не столько связан с технологиями, сколько с экономикой
Когда мы оцениваем проекты, мы редко начинаем с вопроса о том, какая технология лучше.
Вместо этого мы задаем более практические вопросы: есть ли в системе строгие требования к цвету?
Если продукт представляет собой черное промышленное соединение, каталитически полимеризованный C9 часто вполне достаточен и дает явные экономические преимущества.
Если речь идет о прозрачной упаковке, светлых-клеевых слоях или продуктах,-чувствительных к запаху, гидрогенизированная нефтяная смола обычно оправдывает дополнительные затраты, поскольку клиенты с большей готовностью платят за улучшенный внешний вид и стабильность.
Позиционирование продукта также имеет значение. Продукты с низкой-ценностью и большими объемами-обычно определяются стоимостью. Для-экспортной продукции с высокой добавленной стоимостью больше внимания уделяется стабильности и долгосрочной-эффективности.
Во многих случаях окончательное решение на самом деле не является технологическим решением. Это компромисс между структурой затрат и ожиданиями-конечных пользователей.
То, что мы довольно часто видим в реальных проектах
Одно интересное наблюдение заключается в том, что многие клиенты используют оба типа смолы одновременно, а не выбирают один из них.
В стандартных линиях промышленной продукции может использоваться каталитически полимеризованный C9, тогда как в этикетках премиум-класса или экспортной продукции используются гидрогенизированные углеводородные смолы.
С точки зрения цепочки поставок такая схема имеет смысл: ни одна смола не может экономически удовлетворить все требования к производительности и в каждом ценовом диапазоне.
Последняя мысль
Если бы мне пришлось обобщить взаимосвязь между этими двумя материалами в одном предложении, я бы выразил это так:
Каталитически полимеризованный C9 представляет собой зрелую и очень практичную платформу для повышения клейкости, а гидрированный C9 представляет собой -версию этой платформы с повышенной стабильностью.
Но это обновление не является чем-то, за что нужно платить каждому приложению. Во многих случаях реальный вопрос не в том, какая смола технически лучше.
Более важный вопрос заключается в том, где обновление создает ценность-, а где оно просто увеличивает ненужные затраты.
Это, прежде всего, обсуждение, которое мы чаще всего ведем с клиентами при поддержке разработки рецептур и приложений.
Ссылки
1. Цзян М., Вэй XJ, Чен Х.П., Ван Л.Л. и Лян Дж.З. (2020). Гидрирование нефтяной смолы C9 на модифицированном ПЭГ1000 никелевом катализаторе, нанесенном на пригодный для вторичной переработки жидкий остаток катализатора каталитического крекинга. АСУ Омега, 5(32), 20291–20298. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02193
2. Чен Д., Ван Л.Л., Чен Х.П., Вэй XJ, Лян Дж.З., Цзян Дж. и Лян Б.Ф. (2018). Катализатор на основе Ni- с поливинилпирролидоном в качестве диспергатора, нанесенный на предварительно обработанный остаток катализатора жидкостного каталитического крекинга для гидрирования нефтяной смолы C9 (C9 PR). Королевское общество открытой науки, 5(5), 172052. https://doi.org/10.1098/rsos.172052.
3. Ю, К., Хуан, Х., Ли, К.В., Сюй, Р.Ю., Тао, С.Ю., Сяо, С.В., Луо, Ю.Дж. и Фанг, Дж.Х. (2020). Новые достижения в области катализаторов гидрирования нефтяных смол C9. В серии конференций IOP: Наука о Земле и окружающей среде (том . 513, стр . 012003). Издательство ИОП. https://doi.org/10.1088/1755-1315/513/1/012003
4. Рахматпур А. и Гасеми Мейманди М. (2021). Крупномасштабное-производство ароматической углеводородной смолы C9 из крекированной-нефтяной-фракции C9, полученной из крекинга: химия, масштабируемость и технико--экономический анализ. Исследования и разработки органических процессов, 25 (1), 120–135. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00474