Мир, покрытый белой сажей,
Шепчет ветром сказки-были…
Скрип полозьев… Едут сани…
Звезды небо осветили.
Иннокентий Фёдорович Анненский русский поэт, драматург.
(01.09.1855 г. - 13.12.1909 г.)
Канцелярский клей разболтать в воде, добавить разбавленную серную кислоту, перемешать, отфильтровать и высушить. Это и есть осажденный диоксид кремния, или «белая сажа», или PPS (рrecipitated silica). Но что-то в этой простоте не так, как минимум потому, что на это разбалтывание существуют сотни патентов, больше, чем на полиэтилены и полипропилены вместе взятые.
Основными факторами, влияющими на процесс получения PPS, являются: температура, рН, скорость дозирования сырья, скорость работы мешалки, количество стадий при высаждении, наличие или отсутствия времени успокоения реакционной массы. Но суть от этого не меняется, клей разболтали с водой и добавили кислоту, как на этом настрогать сотни патентов?
Можно было бы сказать, что патенты различаются между собой тем, что один вращает мешалку по часовой стрелке, а другой против или один наливает кислоту левой рукой, а другой правой. Если бы дело заключалось именно в этом и в широте взглядов на параметры, записанные в патентах, то счастью занимающихся этим продуктом не было бы предела.
В реальном производстве PPS все очень неоднозначно. Оставим в стороне лозунги свойственные любому производителю, что только он способен выпускать качественную продукцию, а все остальные в лучшем случае копирайтеры или на подхвате. В России освободились огромные ниши по белой саже, но пока все по Ф.М. Достоевскому «Записки из Мертвого дома»:
- А как твои дела?
- «Да наши дела, как сажа бела, вы как?»
- Живем и мы по грехам нашим, тоже небо коптим.
В настоящее время с качеством дела не очень, как по армирующим наполнителям для шин и ТЭП, так и по адсорбентам и наполнителям для бумаги и красок. Если затрагивать абразивы и адсорбенты для зубных паст или загустители и адсорбенты для фармации, вечер перестает быть томным и нужно от лозунгов переходить к хорошим технологическим картам.
PPS применяется как минимум по трем десяткам направлений, а если просуммировать назначения по использованию в этих направлениях, то наберется несколько сотен. Неудивительно, что рынок PPS оценивался в 1,9 миллиарда долларов в 2018 году и, по прогнозам, достигнет 3,98 миллиарда долларов в 2028 году, увеличившись в среднем на 7,69% с 2021 по 2028 год. На этом про рынок и закончим, в конце концов мы технологи, а не торгующие, которые были изгнаны Христом из Храма (химических технологий).
Шутка, но в каждой шутке только доля шутки. Маркетинг в белой саже очень серьезное мероприятие и вот почему. Производство РPS может выполняться, как для периодического, так и для непрерывного процесса.
При непрерывном процессе реактор объемом 150 м3, позволяет осуществлять выпуск РPS не менее 100 тыс. т/год. Выпускаемая продукция имеет небольшую номенклатуру, как по направлению, так и по применению, например, шины, РТИ и некоторые марки ТЭП. Почему так мало наименований, а потому, что сменить режим в процессе непрерывной работы проблематичное дело, да и переходных разностей будет много.
При периодическом процессе количество линий не ограничивается, что позволяет выпускать продукцию различных направлений и назначений. Вот один из примеров периодического производства общей мощностью 23.000 т/год:
- армирующие наполнители для шин и термоэластопластов (ТЭП), 2*7.000 т/год,
- наполнители и адсорбенты для бумаги и красок, 1*4.000 т/год,
- абразивы и адсорбенты для средств гигиены, в том числе, полости рта и (или) пищевого назначения, 1*3.500 т/год,
- адсорбенты и загустители для фармацевтической продукции, 2*750 т/год.
Разница в мощностях непрерывного и периодического процесса при одном и том же объеме реактора составляет 5-6 раз и более. Удельные затраты на строительство $ на выпуск 1 тонны РPS при непрерывном и периодическом процессе различаются в 1.5-2 раза.
Из сказанного ясно-понятно, что при периодических процессах РPS технологу без маркетинга полный абзац, впрочем, и на непрерывном тоже абзац, но в гораздо большем масштабе.
Перейдем к воде, силикату натрия и кислоте. В этом разделе «смешались в кучу кони, люди. И залпы тысячи орудий…», но мы же обсуждаем, как заполнить свободную нишу качественным РPS, а не рассыпать из одного ведра в десять баночек и наклеивать разные этикетки.
Линии для средств гигиены, в том числе, полости рта и (или) пищевого назначения, разделены с непищевыми как минимум по воде процесса. Линия для фармации разделена и по воде процесса, и по сырью.
Для не пищевого направления достаточно обессоленной воды (за исключением РPS для некоторых марок ТЭП и бумаги для принтеров). В пищевом, гигиеническом и фармацевтическом используется деминерализованная вода.
По сырью для непищевого назначения, а также для средств гигиены, в том числе, полости рта и (или) пищевого назначения достаточно силиката натрия и улучшенной концентрированной серной кислоты качества Technical (Технический), российские ГОСТы полностью этому соответствуют.
По сырью для фармации требуется силикат натрия и концентрированная серная кислота, качество Purified (Очищенный), в России нет таких ГОСТов, но никто не мешает производителю РPS сделать свое ТУ по аналогам.
Перейдем к качеству, т.е. к технологии. Параметров качества для PPS не много:
- удельная поверхность CTAB,
- удельная поверхность BET,
- абразивность (только для зубных паст и порошков),
- объем пор V1 (имеющих диаметр до 500 Å),
- объем пор V2 (имеющих диаметр 150-250 Å),
- соотношение V2/V1,
- глубина проникновения ртути в поры,
- средний размер частиц.
К сожалению, в ГОСТе на «белую сажу» большинство из перечисленных не указывается, но это и правильно, не может ГОСТ охватывать три десятка направлений, качество для которых абсолютно перпендикулярные. Именно поэтому производитель РPS имеет свои ТУ не только для каждого направления, но иногда и назначения. Потребитель РPS имеет свои требования по качеству и если мнения производителя и потребителя совпадают, то все отправляются отмечать удачу)))). Не важно, как называются бумажки, в которых зафиксированы качественные показатели, главное, чтобы эти бумажки охватывали все направления и отражали всю специфику.
Можно добавить десяток требований от фармацевтов на содержание всяких-разных тяжелых металлов, но это зависит от качества сырья, а не от технологического режима при ведении процесса.
Почему не получается качество РPS, которое имеется у импортных аналогов? Не всегда и не во всем, но такие факты имеют место быть, и все российские производители белой сажи это отлично знают. Извечный русский вопрос, кто виноват и что делать? Никто не виноват, потому что технология белой сажи у российских производителей остановилась на середине 90-х годов, а потом пришли помощники в лице 16 лидеров по производству осажденного диоксида кремния и заткнули за пояс местных. В то время многих заткнули за пояс и по процессам нефтепереработки, и нефтехимии, и химии, и по присадкам, и по катализаторам, и решалось это на государственном уровне, а не на уровне фабрики выпускающей осажденный диоксид кремния.
Перейдем к вопросу более актуальному. Что делать:
- прекратить врать самим себе, что с качеством все хорошо;
- прекратить выдумывать, что технологические карты для актуальных марок РPS это тайна за семью замками;
- прекратить выдумывать, что РPS это «отстой», а верхом совершенства является пирогенный диоксид кремния, Fumed silica (FS). Это неправда, у каждого своя ниша, а кроме того себестоимость продукта для одного и того же назначения, получаемого по технологии РPS в разы дешевле, чем получаемого по технологии FS;
- поверить, что маркетинг определяет план производства;
- обязать маркетинг оперировать не только тоннами и деньгами, но и параметрами качества, которые необходимы Покупателю, чтобы технолог мог определится с параметрами режима;
- принять априори, что технологическая дисциплина является единственной основой для качества, а технологическая карта – это закон, а не бумажка для размышлений и интерпретаций;
- принять априори, что без наличия расходомеров, рН-метров и лабораторной базы, выпуск продукции современного уровня невозможен;
- запомнить, что процесс РPS очень плохо копируется, а еще хуже масштабируется, так как малейшие изменения в составе сырья, воды, параметрах режима меняют картину высаждения, а для этого написан следующий пункт;
- принять априори, что процесс-инженеры, лидеры по выпуску РPS, при освоении новых марок неделями отрабатывают технологическую карту и только потом передают ее аппаратчикам (а для российского производителя все марки новые)?
На этой радостной нотке будем завершать и помнить, что в химии уже давно нет ничего нового и мировые лидеры тоже когда-то были новичками.
Гадецкий А. Блог написан без использования ИИ.
