مستربچ - پارسا پلاستیک نوین|parsa plastic novin
Download
Report
Transcript مستربچ - پارسا پلاستیک نوین|parsa plastic novin
مقدمه:
امروزه با رشد محصوالت پالستیکی (پلیمری ) در سطح جهان و استفاده روز
افزون از این تولیدات ،میزان توجه به این محصوالت نیز زیاد شده است .
استفاده از پلیمر به تنهایی به دلیل نداشتن رنگ خاصی خیلی کم صورت می
گیرد و معموال برای جلب مشتریان این محصوالت باید به صورت رنگی تولید
شوند .
مستربچ به عنوان رنگ دهنده پلیمر در صنعت پالستیک مورد استفاده قرار می
گیرد و کیفیت مستربچ نیز با کیفیت محصوالت پالستیکی ارتباط مستقیمی
دارد .مستربچ را نیز معموال بین 1.5الی 3درصد مورد استفاده قرار می
دهند اما بسته به نوع تولید از این مقدار پایین تر و یا باالتر هم مورد استفاده
قرار می دهند .
تعریف :
مستربچ محصولی است که در آن پودر رنگ ( )pigmentو یا افزودنی های
دیگر به صورت بهینه با یکدیگر در یک رزین پایه ادقام شده اند که این رزین
مطابق است با پالستیک اصلی تزریقی ،چه به صورت گرانول چه به
صورت کپسول
ماده پایه
ماده پایه مصرفی غالبا به صورت یکی از موراد ذیل است :
پلی اتیلن سبک ،پلی پروپیلن ،پلی استایرن ،واکس های با وزن مولکولی
پایین ،رزین آلکیدی یا پلیمرهای مخصوص دیگر .
فرآیند
ترکیب رنگدانه ها با یک پلیمر پراکنش نامیده می شود که شامل سه مرحله فرایندی
است که به ترتیب یا همزمان انجام می شوند و عبارتند از :خیس شدن ،
پراکنش و توزیع .
تفاوت هایی بین رنگدانه های آلی و غیرآلی وجد دارد .رنگدانه های غیرآلی آسان
تر پراکنده می شوند در حالی که رنگدانه های آلی می توانند به آمیزه ها آسیب
برسانند .
فرمول بندی مستربچ معموال شامل پلیمر و عامل پراکنش می باشد .
خیس کردن رنگدانه ها معموال با استفاده از عوامل پراکنش نظیر واکس ها (
پلیمرهایی با وزن مولکولی کم ) صورت می گیرد .
واکس مذاب شده در اکسترودر رنگدانه ها را خیس می کند و احتمال کلوخه شدن
را کاهش می دهد و به پراکنده شدن کمک می کند .
تولید مستربچ
سه فرایند مختلف وجود دارد :
پیش اختالط ()Premix
تقسیم خوراک ()Split feed
رنگ همانندی () Colour matching
پیش اختالط ()Premix
برای فرایند پیش اختالط نیاز به مخلوط کنی است تا مخلوطی همگن از فرمول
بندی پلیمر ،رنگدانه و عامل پراکنش آماده سازد .تفاوت هایی بین پیش
اختالط گرم و سرد وجود دارد .
پیش اختالط سرد منحصرا مخلوط همگن آماده می سازد در حالی که پیش اختالط
گرم انرژی اصطکاکی کافی فراهم می کند تا عامل پراکنش مذاب شود و خیس
شوندگی رنگدانه ها آغاز شود که پراکنش در این حالت بهتر می شود .
مواد پیش اختالط شده با استفاده از خوراک دهنده داخل آمیزه ساز دو ماردون می
شوند اکسترودرها معموال نسبت طول به قطر ( )L/Dبین 36تا 44دارند و
دو یا سه محدوده اختالط و همگن سازی بعد از ناحیه مذاب سازی دارند آج
های مخلوط کن نصب شده در ناحیه مذاب می توانند سبب کلوخه شکنی شوند .
پیش اختالط به خاطر هزینه کم و قابلیت تغییر رنگ سریع محصوالت استفاده
زیادی دارد خروجی آنها معموال 10تا 500کیلوگرم بر ساعت است .
تقسیم خوراک
در فرایند تقسیم خوراک مذاب شدن جدا از اضافه کردن رنگدانه ها در
اکسترودر اتفاق می افتد .در ابتدا پلیمر در قسمت مذاب سازی ذوب می
شود ،سپس رنگدانه ها و عوامل پراکنش توسط خوراک دهنده جانبی اضافه
می شوند مزیت این روش این است که رنگدانه ها نیاز به عبور از ناحیه
مذاب سازی که باعث کلوخه شدن می شود ندارند .به جای آن رنگدانه ها
به تدریج توسط المان های با ماردون با پلیمر مخلوط می شوند .این فرایند
معموال باعث کیفیت باالی مستربچ با ظرفیت های زیاد نسبت به فرایند پیش
اختالط می شود اکسترودرهای دو ماردون برای فرایند تقسیم خوراک
معموال نسبت طول به قطر بین 40تا 48دارند که امروزه برای مستربچ
های Tio2و دوده بکار می روند عالوه بر پیچیدگی های این سامانه هزینه
های زیادی دارد .این روش برای ظرفیت های 500تا 5000کیلوگرم بر
ساعت استفاده می شود .
رنگ همانندی
رنگ همانندی سومین نوع فرایند در تولید مستربچ شامل تولید و مخلوط کردن
مستربچ های تک رنگدانه ای مختلف ( آنها که فقط حاوی یک نوع رنگدانه
هستند ) می باشد بنابراین به عنوان مثال تولید رنگ سبز روشن از مستربچ
های آبی ،زرد و سفید امکان پذیر می باشد مستربچ های تک رنگدانه از
قبل حاوی رنگدانه پراکنده شده می باشد و تمرکز اصلی روی چگونگی
رسیدن به رنگ نهایی دلخواه می باشد این کاربرد با آمیزه سازهای ZSK
MEGAبا نسبت طول به قطر بین 28تا 32و خروجی 10تا 5000
کیلوگرم بر ساعت انجام می شود و اغلب در صنایع ریسندگی الیاف مورد
استفاده قرار می گیرد.
همانگونه که قبال توضیح داده شد قابلیت پراکنش بستگی به تنش برشی اعمالی
که حاصل ضرب گرانروی و سرعت برشی است بستگی دارد .در حالی
که گرانروی به فرمول بندی ( پلیمر انتخابی ،غلظت رنگدانه و عامل
پراکنش ) بستگی دارد .سرعت برشی تنها به ماشین بستگی دارد .
معرفی آمیزه ساز های MEGAدر سال 1995دامنه جدیدی از امیزه
سازهای دو ماردون پرسرعت را باز کرد .
در این ماشین هر چه فشار کمتر باشد کیفیت باالتر خواهد شد .بنابراین برای
رسیدن کیفیت باالتر آمیزه سازهای ZSK MEGAمعموال در سرعت
های 600تا 1200دور بر دقیقه( ) RPMکار می کنند عالوه بر کیفیت
باالتر سرعت ماردون بیشتر تاثیر زیادی بر خروجی دارد .
فاکتورهای مهم در کیفیت مستربچ
•
•
•
•
•
فاکتور بهداشتی
فاکتور غلظت
مقاومت حرارتی
شکل ظاهری
نوع بسته بندی
فاکتور بهداشتی
در محصوالتی که برای بسته بندی مواد غذایی ،دارویی ،آرایشی بهداشتی و
....مورد استفاده قرار می گیرد فاکتور بهداشت از اهمیت بسیار باالیی
برخوردار است یعنی در تهیه مستربچ هایی که در این مورد استفاده می
شوند نباید از افزودنی ها و پیگمنتهای غیربهداشتی و سمی و موادی که در
هنگام بسته بندی مواد غذایی و غیره قابل حل باشند مورد استفاده قرار
بگیرد .
که امروزه با پیشرفت تکنولوژی و به خصوص نانو تکنولوژی ،تهیه مستربچ
ها کامال بهداشتی از طریق اضافه نمودن مقدار مشخصی نانوسید ممکن
شده است .
فاکتور غلظت :
کیفیت مستربچ با میزان استفاده از آن در تولیدات ارتباط مستقیم دارد یعنی
مستربچ با غلظت باالتر را می توان با درصد پایین تر مورد استفاده قرار
داد .
مقاومت حرارتی :
مقاومت رنگ مستربچ ها در برابر حرارت باال یک فاکتور کیفیتی است .در
محصوالت پالستیکی که از پلیمرهای (…) PVC, ABS ,HIPS,
استفاده می شود مقاومت حرارتی باال نیازمند است چون این پلیمرها در
دماهای باالتری ذوب می شوند .
شکل ظاهری :
در حین تولید مستربچ توسط اکسترودرها شکل ظاهری بسیار مورد توجه قرار
می گیرد .شکل ظاهری یکی از شاخصه های کیفیت است و هم در بازاریابی
و رضایتمندی مشتری بسیار مورد توجه قرار می گیرد .
دانه های مستربچ باید توپر ،صاف و سطح مقطع آن نیز باید از برش مناسبی
برخوردار باشدو تا حد ممکن باید صاف و براق باشد در خصوص مستربچ
های گروه پلیمرهای ، PEاستفاده از وکیوم حین تولید مستربچ می تواند
بسیار موثر باشد .
نوع بسته بندی :
استفاده از پاکت های چند الیه به منظور جلوگیری از تابش نور خورشید به
مستربچ ها و جلوگیری از جذب رطوبت در مستربچ ها می تواند در حفظ
کیفیت آنها موثر باشد .
انواع مستربچ های افزودنی :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
مستربچ های روان کننده
مستربچ های آنتی بالک
مستربچ های آنتی بالک روان کننده
مستربچ های آنتی استاتیک ( ضد الکتریسته ساکن )
مستربچ های ضد UV
مستربچ های کمک فرایند
مستربچ های آنتی اکسیدانت
مستربچ های ضد مه گرفتگی ( ضد بخار )
مستربچ های ضد حریق
مستربچ تاخیرانداز اشتغال
مستربچ تمیز کننده
مستربچ های روان کننده :
از این مستربچ جهت صیقلی شدن و افزایش کیفیت سطح فیلم ،کاهش ضایعات ،
کاهش استهالک ماشین آالت ،کاهش چسبندگی سطوح فیلم به هم و تسهیل در
فرایند تولید استفاده می گردد .
مورد استفاده در محصوالت ، PET , PP , PEفیلم های نازک ،فیلم های
معمولی و ضخیم ،فیلم های کشاورزی
مستربچ های آنتی بالک
از این مستربچ جهت کاهش
چسبندگی سطوح فیلم به
یکدیگر پس از تولید تا
زمان مصرف استفاده می
شود.
مورد استفاده در محصوالت
، PET , PE ,PPفیلم
های نازک ،فیلم های
معمولی و ضخیم ،فیلم
های کشاورزی.
مستربچ های آنتی بالک روان کننده
این مستربچ کلیه خواص مستربچ های لیزکننده و آنتی بالک را در بردارد .
مستربچ های آنتی استاتیک ( ضد الکتریسته ساکن )
از این مستربچ جهت جلوگیری از تجمع الکتریسته ساکن بر روی محصول استفاده
می شود که سبب بهبود خاصیت چاپپذیری ،عدم جذب گرد و غبار و دوده می گردد.
مورد استفاده در محصوالت ، PE , PPفیلم های نازک ،فیلم های معمولی و
ضخیم ،فیلم های کشاورزی ،گونی و جامبو و کارتن پالست
مستربچ های ضد UV
از این مستربچ جهت افزایش
عمر محصول و جلوگیری از
تغییر رنگ محصول در
برابر نور خورشید استفاده
می گردد .
مورد استفاده در محصوالت
فیلم های نازک ،فیلم های
معمولی و ضخیم ،فیلم های
کشاورزی ،گونی و جامبو و
کارتن پالست ،الیاف تزریقی
PE ,PPو لوله ها ی .PP
مستربچ های کمک فرایند
از این مستربچ جهت کاهش استهالک ماشین آالت بهبود و تسهیل فرایند تولید ،
کاهش دما و فشار و افزایش عمر ماشین آالت استفاده می شود .
مستربچ های رنگی
این مستربچ ها به منظور رنگ آمیزی قطعات پلیمری به طور وسیع مورد استفاده
قرار می گیرد .
طیف وسیعی از مستربچ های رنگی با رنگ های متفاوت قابل تولید است .براساس
رنگ نهایی مدنظر ،فرموالسیون مستربچ و درصد نهایی مصرف متفاوت است
.انتخاب پیگمنت مناسب متناسب با نوع پلیمر حامل و فرایند تولید مستربچ و اعمال
فرایند تولید مطلوب جهت حصول پخش و توزیع کامل پیگمنت در بافت پلیمر حامل
،متضمن کیفیت نهایی است .
به عالوه استفاده از سیستم های مناسب جهت توزیع ،اختالط وتولید مستربچ رنگی
و اعمال فرایند کیفیت رنگ مناسب می تواند تکرار پذیری پلیمری محصول نهایی
را تضمین کند.
مستربچ های رنگی
فاکتورهای مهم در تولید مستربچ رنگی
الف ) از مهمترین فاکتورها در تولید یک مستربچ رنگی ،تکرارپذیری رنگ
محصول است .با توجه به قدرت رنگ دهی بسیار باالی پیگمنت های مصرفی ،
کوچکترین تغییر در رنگ مستربچ باعث تغییر رنگ شدید محصول نهایی خواهد
شد ،ازطرفی مقایسه چشمی رنگ ،با توجه به تفاوت توانایی چشم انسان ها در
تشخیص رنگ ،اثرات نورهای محیطی ،اثرات سطح وشکل ظاهری مستربچ ها به
هیچ عنوان مالک و معیار مناسبی نیست از این رو از دستگاهای رنگ سنجی
استفاده میکنند .
ب) پخش رنگ نیز فاکتور بسیار مهمی است عدم توزیع و پخش مناسب
پیگمنت در بافت پلیمر باعث اثراتی چون غیر همگونی قطعه تولیدی می شود .
از این رو با استفاده از سیستمهای استریو میکروسکوپ ومانیتورینگ سطح
مقطع مستربچ های تولیدی می توان به بررسی کمی و کیفی دقیق میزان پخش
پیگمنت محصوالت دست یافت .
ج) فاکتور مهم دیگر در تولید یک مستربچ رنگی ،میزان ماتی حاصل از
استفاده از این مستربچ است .
از نظر تهیه این گونه مستربچ ها به طور کلی می توان آن ها را به دو گروه اصلی
تقسیم
بندی کرد :
گروه اول
مثل متالیک های مختلف با نمای طالیی و نقره ای ،یا درخشان ،فلوئورسنتها ،
فسفرسئانس ها ،فتوکرومیک ها ،ترموکرومیک ها یا صدفی ها
برخی از جلوه های رنگی گروه اول
.1اگر از ذرات فلزی معلق با درخشندگی
زیاد در زمینه پلیمر شفاف استفاده شود .این
ذرات نور را منعکس می کنند و در واقع
زمینه پلیمر برق می زند ولی در عین حال
ورقه با سطح پالستیک همچنان شفاف است و
نور را از خود عبور می دهد و کل مجموعه
حالت دوگانه شفاف انعکاسی را خواهد داشت
این نوع جلوه های رنگی
به
Reflective/transmissive
می گویند.
.2برخی رنگدانه ها نور فرا بنفش را
جذب می کنند و انرژی جذب شده را
با طول موج بیش تر منتشر می کنند با
استفاده از این رنگدانه ها سطح بوجود
آمده لبه هایی خواهد داشت که شبرنگ
هستند و نورانی تر از سطوح به نظر
می رسند .این نوع جلوه های رنگی
تحت عنوان Edge Glowشناخته
می شوند .
.3رنگدانه های فسفرسنت از سولفیدهای
فلزی غیرآلی بلوری تشکیل شده اند ،که
انرژی را جذب کرده و آن ها را به
صورت نور بازتاب می دهند .استفاده از
این رنگدانه ها سبب تابان بودن جسم در
تاریکی می شود .این رنگدانه ها بر دو
نوع هستند ؛ نوع اول خیلی سریع شارژ
می شود و نور بازتابیده شده از آن ،
روشن تر و بادوام تر است ،نوع دوم که
این ویژگی ها را ندارد بیشتر مرسوم ولی
ارزانتر است .جلوه این رنگدانه ها در
پلیمرهای شفاف بهتر است .
:Thermochromic .4
ترموکرمیک ها رنگدانه هایی
هستند که با حرارت تغییر سایه یا
Shadeنشان می دهند و بیشتر در
بسته بندی های هوشمند کاربرد دارند
ولی در هر حال جزء رنگدانه های
ویژه محسوب می شوند و برای جلوه
بخشی به قطعات رنگ شده نیز مورد
استفاده قرارمی گیرند .
:Photochromic .5
فتوکرومیک ها رنگدانه هایی هستند که
در اثر تابش نور فرابنفش تغییر
رنگ می دهند که این پدیده را به نام
فتوکرومیک می شناسیم .
.6تولید قطعه ای با ظاهر گرانیتی و
مرمری یا سنگ مانند ،با اختالط
دقیق رنگ زمینه و رنگ متضاد
جداگانه و نیز استفاده از روش
قالبگیری خاصی امکان پذیر است
.
.7نور تابیده شده از صدف سبب ایجاد
ظاهری می شود که به صدفی یا
Pearlescentمعروف است و
به ویژه در پلیمرهایی که ضریب
شکست نور زیادی دارند بهتر و
بیشتر خود را نشان میدهد.
.8رنگ های Iridescentبا ظاهر
شیری رنگ و پر رنگ که از
زوایای مختلف تغییر سایه نشان
می دهند تصویری رویایی و زیبا
به قطعه می بخشند .
Pearl/Marble .9
طرح صدف مرمر ،ترکیبی از
درخشندگی صدف و استحکام مرمر
را به قطعه رنگ شده می بخشند که
جلوه ای منحصر به فرد دارد .
: Tortoise Shell.10
”پوست الک پشتی ” با استفاده از اختالط
رنگدانه های ناهمگن و متضاد با رنگ های
شفاف یا غیر شفاف ،بدست می آید .
: Infrared .11
رنگ های مادون قرمز که بیش تر
در بسته بندی های هوشمند کاربرد
دارند ،در اثر تابش امواجی با طول
موج مشخص که در محدوده امواج
بلند به شمار می روند ،به صورت
شفاف یا مات تغییر می کنند .
.12ظاهر چوب مانند پالستیک ها
تکنیک دیگری است که با استفاده
از براده چوب در کنار دانش
مستربچ سازی به دست آمده است.
استفاده از افزودنی های مناسب که
بتوانند توزیع مورد نظر ذرات
چوب در زمینه پلیمر را فراهم کند
ترکنندگی الزم را برای آنها بوجود
آورد و نیز پایداری مناسب را در
طول فرایند داشته باشد اهمیت
خاص دارد .
:Wood Grain .13
نوع دیگری از ظاهر رنگی قطعات
و محصوالت پالستیکی است .برا
ی ایجاد ظاهر و گره های چوب
در ظاهر قطعه ،استفاده از
رنگدانه های خاص و روش های
خاص قالب گیری تزریقی مورد
نیاز است .
.14استفاده از رنگدانه های
فلوئورسنت سبب تولید قطعات و
سطوحی می شود که از خود نور
می تابانند و سبب جلب توجه
بیننده می شوند.
.15ترکیب دقیقی از رنگدانه و دای
( جوهر ) سبب تولید تغییر رنگ
بین دو رنگ متضاد می شود .این
نام
به
ویژه
دورنگی
Chameleon Effectو این
پدیده به عنوان Chroma Shift
شناخته می شود
.16ظاهر فلزی یا متالیک از اختالط
پودر فلز با پالستیک در حالت
مذاب پلیمر بدست می آید.
.17تا به حال برای تولید جلوه رنگی
Camouflageکه به لباس
نظامی یا شکارچی معروف است
از چند بار رنگ زدن روی
یکدیگر استفاده می شد ولی اکنون
با استفاده از مستربچ ویژه می توان
قطعه ای با این ویژگی را پس از
تزریق قطعه بدست آورد .
گروه دوم
در تولید گروه دوم باید از روشهای خاصی استفاده شود مثال هایی از این نوعجلوه های رنگی در این جا آورده می شود :
رنگ های متلون یا رنگ هایی که ساده نیستند و از یک رنگ زمینه تشکیل
شده اند در حالی که یک یا چند رنگ دیگر به صورت رگه های رنگی
داخل زمینه به چشم می خورند با استفاده از تکنیک ویژه و توجه به
خواص و ویژگی های سیالن مستربچ و پلیمرها تولید می شود .
در حقیقت در این مستربچ ها ترکیبی ازحداقل دو مستربچ هستند که میزان
سیالن یکی از آن ها در دمای ذوب پلیمر پایه و مستربچ رنگ اصلی ،از
مستربچ دیگر کمتر است و در نتیجه کمتر از دیگری با پلیمر پایه مخلوط
می شود و خود را به صورت رگه در محصول نهایی نمایش می دهد.
معموال رگه دار بودن ظاهر محصوالت رنگی پدیده مطلوبی نیست و نشان
دهنده عدم تنظیم درست پارامترهای تزریق یا نامناسب بودن پایه
انتخاب شده برای مستربچ به شمار می رود .در پلیمرهایی که با مستربچ های
نقره ای رنگ می شوند که حالت متالیک نقره ای به محصول می دهند
وجود خط تزریق یا خطی که الیه های مذاب از دو طرف به یکدیگر می
رسند پدیده ناخوشایندی است که تا همین اواخر بدون راه حل مانده بود این
مساله ناشی از نحوه سیالن رنگدانه نقره ای است .
تولید بطری PETدو رنگ نیز صرفا با استفاده از روش خاص تزریق قابل تهیه
است ؛ در این جا از مستربچ خاصی استفاده نمی شود ولی با استفاده از روشی
خاص ،جلوه ویژه ای از رنگ در محصول ایجاد می شود برای این کار از
فرایند Binjectionیا تزریق در دومرحله جداگانه استفاده می شود در حقیقت
دو جریان ماده مذاب به داخل حفره قالب تزریق می شود و درنتیجه پریفرمی با
دو ناحیه جداگانه رنگی به وجود می آید که ناحیه انتقالی آنها بسیار کوچک
است ازاین ناحیه انتقالی می توان برای چسبانیدن لیبل استفاده کرد .