В прошлом мастербатчи использовались в основном только при окрашивании термопластичных полимерных материалов. В конце 80-х гг. темпы увеличения использования мастербатчей, выраженные двузначным числом, превышали соответствующие темпы роста индустрии пластмасс. Этот процесс с несколько уменьшающейся интенсивностью продолжался примерно до 1997 г. И если сегодня количественная доля окрашиваемых мастербатчами полиолефинов больше не претерпевает значительных изменений, в сфере технических полимерных материалов еще есть большой потенциал для развития.

       Производственный процесс, бывший в первые годы развития индустрии мастербатчей преимущественно периодическим, все больше и больше трансформировался в менее затратоемкий непрерывный производственный процесс. Это расширило возможности подстройки  используемых систем носителей под соответствующие области применения. В частности, окрашивание технических полимерных материалов суперконцентратами стало возможным за счет использования модифицированных систем носителей, характерных для каждого полимера. Разработки в области полимеров, особенно в области технических полимерных материалов, например, ABS, привели к созданию систем, собственная окраска которых максимально постоянна. Это является основной предпосылкой для воспроизводимого и рентабельного окрашивания мастербатчами.

      Рынок  все  чаще  выдвигает требования  производить окрашивание с оптимальными затратами при сокращении жизненных циклов красок, уменьшающихся объемах партий и увеличении гибкости. К этому надо добавить рост выпуска изделий, механические свойства которые не допускают многократного термического воздействия на полимер или добавления чужеродных полимеров. Реакцией индустрии мастербатчей на эти требования стал выпуск специализированных и усовершенствованных продуктов, которые в системе носителей могут подстраиваться под индивидуальные параметры текучести, окрашиваемости, дозировки вводимых красителей и добавок в каждом конкретном случае. Форму подачи (например, размер гранул), во многих случаях тоже можно привести в соответствие с индивидуальными требованиями. Это требует интенсивного взаимодействия с клиентом и соответствующих технических консультаций, поскольку применение мастербатчей зависит от множества факторов - используемого полимера, вида и мощности перерабатывающего оборудования, геометрии изделия, а также области применения конечного продукта, эксплуатационных требований, норм, регулирующих продажу продовольственных товаров, пожеланий клиента и дизайна. Но при ошибочной оценке и недостаточной осведомленности о технических требованиях такая комплексность заключает в себе потенциальные ошибки, которые не следует недооценивать, поскольку они могут привести к низкому качеству продукции и нерентабельному производству.

Однородность
      В принципе, мастебатчи можно ввести в полимер достаточно простым способом. В настоящее время еще пользуются успехом так называемые ручные смеси, для которых полимеры с необходимым количеством мастербатча взвешиваются и смешиваются в подходящей емкости. Затем эта смесь перерабатывается обычным способом. В зависимости от требований к качеству продукции, вида и размера готового изделия, а также от количества добавляемого мастербатча, требуемый результат может быть вполне удовлетворительным. Но уже увеличение разницы в плотностях мастербатча и полимерного материала, неправильно подобранный размер гранулята или статическое введение какого-либо компонента смеси могут привести к существенной неоднородности, проявляющейся в заметных колебаниях окраски. Чем меньше количество добавляемого мастербатча, чем тоньше детали или чем ненасыщенней краситель, тем быстрее снижается качество продукции.

      Для обеспечения однородности введения рекомендуется использование волюметрических или гравиметрических дозаторов. При этом следует учитывать, что при объёмном дозировании каждый отдельный продукт требует индивидуально рассчитанного волюметрического дозатора. Перерабатывающие предприятия, имеющие централизованные системы подачи материалов, вообще не могут больше обходиться без таких интегрированных дозаторов. Кроме того, появлению неоднородностей способствует недостаточно точное согласование характеристик плавления и текучести мастербатча и окрашиваемого полимера. Мастербатч может при этом расплавиться слишком рано или слишком поздно и либо загрязнить шнеки перерабатывающей машины, либо попасть в готовую деталь не полностью расплавленным. В крайних случаях могут забиться сита или засориться сопла. На технологической ступени определенную помощь могут оказать специальные ингредиенты. Основным условием является достаточное диспергирование красящих пигментов в мастербатче. В зависимости от сферы применения возможны различные степени диспергирования. Например, в производстве пленок и штапельного волокна требования к мастербатчам особенно высоки.

      Как правило, машины для переработки полимеров обладают относительно плохой аксиальной смешивающей способностью, которая частично улучшается в процессе за счет ингредиентов. Тем самым однородного окрашивания можно добиться и с малыми вводимыми количествами. В зависимости от цвета можно достичь и эффективного снижения затрат на окрашивание. Для улучшения однородности при литье под давлением следует, насколько это позволяют технические возможности, повышать динамический напор до получения удовлетворительного результата, а также оптимизировать остальные технологические параметры. Оптимизация исключительно выходных параметров может привести к различным дефектам качества.

Дефекты поверхности

      Зачастую дефекты поверхности конечных изделий относят на счет добавляемых в полимер суперконцентратов. В большинстве случаев это обосновывается тем, что такие дефекты не возникают или незаметны в тех случаях, когда добавки не вводились. На практике же к возникновению таких явлений, как отслоение или образование пузырей может привести несовместимость полимера и системы носителей мастербатча. Возникновение серебристых полос может быть обусловлено неподходящими добавками. Но часто неудовлетворительное качество конечных изделий вызвано иными причинами. Так, слишком высокие скорости впрыска в холодные формы могут привести к расслоению. Помимо таких характерных для суперконцентратов проблем, как плохое распределение краски или образование её скоплений, которые могут быть вызваны отложениями на одном из технологических этапов и проблем, обусловленных условиями переработки, существуют также причины, зависящие от вида добавок и пигментов. Красители, распадающиеся при низкой температурной нагрузке или высоком времени выдержки, могут обусловить возникновение газовых пузырей, полос краски, звездообразно ориентированных по направлению литья, серебряным полосам или накоплению отложений в форме. В большинстве случаев такую проблему можно решить только заменой красящего вещества альтернативным красителем. Матовые поверхности могут быть вызваны мигрирующими компонентами. В этой связи, большое значение приобретает тщательный подбор красящего вещества производителем мастербатча и подтверждение клиентом его приемлемости для той или иной сферы применения. Кроме того, необходима максимально точная оценка производственного процесса. Часто рекомендуемая дозировка меняется без ведома производителя суперконцентрата, продукт используется не по назначению или даже используется другой полимер. Это может значительно ухудшить заданные характеристики.

Неоднородно окрашенное литое изделие (скребок для льда)

      В крайних случаях нарушаются даже допуски правовых норм, регулирующих продажу продовольственных товаров. Это может произойти в случае повышения дозировки, вызванного превышением заданных максимальных используемых концентраций отдельных компонентов. При снижении дозировки следует учитывать растворимость красителей, ведущую к миграции. В случае сомнений следует запросить у поставщиков информацию о приемлемости применения в каждом конкретном случае. Каждому красителю свойственны определенные отрицательные проявления, которые могут быть исключены только заменой пигмента. Но в случае с насыщенными красками это сопровождается снижением требуемого эффекта и в большинстве случаев неизбежно. В особых случаях проблема может быть решена модификацией точки впрыска и потоков. По возможности это следует учитывать уже при конструировании формы.

Совместимость

      Расширение областей применения требует полного раскрытия характеристик используемого полимера. Здесь важно, чтобы система носителей мастербатча не оказывала негативного воздействия на требуемые характеристики, поэтому она должна обладать структурой, максимально сходной с окрашиваемым полимером. Полипропилен, применяемый в областях, подверженных большим нагрузкам, например, в пленках с нанесённым печатным рисунком, по возможности не должен содержать чужеродных полимеров. Для этого многие производители мастербатчей предлагают специальные мастербатчи для полипропилена. Необходимость использования родственных или по меньшей мере схожих систем стоит сегодня практически везде, где предъявляются высокие требования. Особенно это относится к области технических полимерных материалов, окрашивание которых мастербатчами зачастую возможно только специально подобранными для конкретного полимера системами носителей.

Поведение при усадке

      На поведение неокрашенных полимерных материалов может в значительной степени повлиять изменение условий переработки. Про это часто забывают, если речь идет об окрашенном изделии. Но нельзя скрыть тот факт, что ряд красителей оказывает крайне негативное воздействие на поведение при усадке. Хотя производители пигментов прикладывают со своей стороны большие усилия, чтобы представить усовершенствованную продукцию. Но их эффективность при применении различных цветов неодинакова. Оптимальное решение в данном случае должно быть выработано совместными усилиями поставщиков суперконцентратов и клиентов, что иногда бывает возможно только за счет достижения компромисса в конечном оттенке или расходах на краситель. Но при этом следует сохранить допустимые показатели выработки и минимизации брака. Перечисленные источники возможных ошибок являются лишь малой толикой всех сложностей современного производственного процесса. Знание взаимосвязей и качественное определение подходящей системы носителей и необходимых пигментов и добавок определяют компетентность поставщика. К этому следует также добавить необходимую гибкость и готовность к внедрению инноваций. Эти факторы дают переработчикам возможность наладить бесперебойное производство с оптимальными затратами, поскольку в большинстве случаев не только отпускная цена за килограмм мастербатча является решающим фактором.

Фолькер Бекеб, начальник лаборатории Gabriel-Chemie Deutschland GmbH

Masterbatch Verband
in Verband der Mineralfarben Industrie e.V.
(Германия)
info@vdmi.vci.de; www.vdmi.de