مستربچ مشکی (Black masterbatch)

مستربچ مشکی چیست؟

مستربچ مشکی آرمن پلیمر بر پایه ماتریس های ترموپلاست مختلف از جمله (PET-ABS-EVA-PA-PP-PE-PS) با درصد های استاندارد دوده در هر صنعت بر پایه دانش پلیمری این مجموعه برای افزایش خوااص محصول و بهبود فرآیند و کوتاه شدن زمان تولید٬ فرمولاسیون می‌شود. مستربچ مشکی با دررصد های مختلف دوده از 15-10 درصد تولید می‌شود.

مستربچ مشکی از جمله افزودنی هایی است که کاربرد بالایی دارد.

از ویژگی های مختلف مستربچ مشکی می‌توان به توزیع مناسب اشاره کرد.

مستربچ مشکی از ترکیب دوده و پلیمر تولید می‌شود و برای داشتن محصول با کیفیت بالا باید با ایجاد نیروی مناسب ترکیبات موجود را مخلوط کند و همچنین دمای محصولات باید به خوبی کنترل گردد٬ به طور کلی بهترین زمان اضافه کردن افزودنی به مستربچ های مشکی زمانی است که پلیمر مورد نظر از چسبندگی زیادی برخوردار است در این زمان افزودنی به خوبی ترکیب شده است.

مستربچ مشکی باعث افزایش بازدهی و سود محصول نهایی خواهد شد از مزایای دیگر مستربچ مشکی می‌توان به توزیع یکنواخت رنگدانه ها و افزودنی ها در محصول نام برد. 

از مستربچ مشکی به عنوان رنگدانه های مشکی برای رنگ دادن به صنایع پلاستیکی استفاده می‌شود.

مستربچ مشکی به دو دسته تقسیم می‌گردد

• براق
• مات

از تاثیرگذارترین عوامل در در تولید مستربچ از جمله مستربچ مشکی می‌توان به عواملی مانند

• تکرار پذیری رنگ محصول
• پخش رنگ ها

مستربچ مشکی مرغوب از لحاظ ظاهری دارای ویژگی های ظاهری زیر است

• سطح براق
• سطح یکدست
• سطح مقطعی کاملا صاف و بدون تغییر شکل ر محل برش   

کاربردهای مستربچ مشکی

• فیلم و لفاف های بسته بندی

• لوله و اتصالات نوار تیپ و اتصالات

• روکش انواع کابل

• قطعات تزریق

• فوم ها و محصولات اکستروژن

مزایای مستربچ مشکی

• کیفیت فیلتر بالا

• فرآیند پذیری مناسب و توزیع بالا و یکنواخت در زنجیره های پلیمری

• براقیت بسیار بالا

• عدم ایجاد ذرات تجمع یافته و حباب در محصول و ابر و بادی شدن

خواص ماورای بنفش مستربچ مشکی شرکت آرمن پلیمر

یکی از عوامل محیط های مهاجر برای پلیمرهای ماورای بنفش است قرار گرفتن پلاستیک ها در برابر این اشعه مانند سینک هایی که یکبار مصرف نیستند و عمر طولانی تری دارند نظیر قطعات خودرو لوله های پلی اتیلن آبیاری و... این گونه محصولات بخصوص در حضور اکسیژن و ازون برای مدت طولانی در معرض نور فرابنفش قرار گیرند و با گذشت زمان و تخریب هایی شیمیایی خواص مکانیکی آنها افت و سرویس دهی آنها کاهش می‌یابد.
مقاومت شیمیایی و میکانیکی می‌تواند با حضور مستربچ مشکی بسیار افزایش یابد دوده و آنتی یووی موجود در مستربچ مشکی آرمن پلیمر نقش مقاومت کننده و ضد فرابنفش را ایفا می‌کند به همین دلیل است که در این گونه محصولات از رنگ مشکی به جای رنگ های دیگر استفاده می‌کنند و در مراتب بعدی رنگ های سفید آبی و سبز قاعده کار به این صورت است که پیگمنت ها نور فرابنفش را جذب خود کرده و مانع از نفوذ آن به توده پلاستیک و زنجیره پلیمری می‌شود در این بین دوده بهترین گزینه است حدود 2-3 کیلو گرم مستربچ در صد کیلوگرم محصول می‌تواند مقاومت در برابر اشعه فرابنفش را 15 برابر می‌کند به همین دلیل در بعضی از محصولات استفاده از مستربچ مشکی اجباری است لاستیک ها و لوله ها نمونه بارز این محصولات هستند.

عواملی که در مستربچ مشکی باعث مقاومت نوری محصولات پلاستیکی می‌شود

1)SC arenger های رادیکال های آزاد: واکنش اکسایش (تخریب در حضور اکسیژن ) را متوقف می‌کند.
2) Quencher (فرد نشاننده ): انرژی فرابنفش را جذب و به صورت سایر انرژی ها مثل گرما و فلوئورنت آزاد می‌کنند.
3) جاذب های نور خورشید
4) بازتاب کننده های نور خورشید
( دوده هر 4 عامل را به طور همزمان در بر می‌گیرد.)

شیمی سطح دوده در مستربچ مشکی : عوامل شیمیایی یک دوده خوب

1)    قابلیت جذب نور فرابنفش
2)    پخش خوب در ماتریس پلیمری نظیر (PE,PP,PA,PC,PS,…)
3)    جذب رطوبت کم

4) اندازه ذرات اولیه دوده، ساختار خوشه ها و ترکیب آن

اندازه ذرات اولیه به شدت عملکرد دوده را در ایجاد مقاومت در برابر نور فرابنفش کنترل می‌نماید
ذرات اولیه می‌توانند از 5nm تا حدود 60nm باشند مشکل رایج به صورت کروی است بعضی از دوده ها اشکالی خارج از کره ایده آل است.

ساختار خوشه ها

ذرات اولیه دوده ها با آرایش های متفاوت درکنار هم ساختارهای خوشه ای تشکیل می‌دهند اهمیت‌ آنها بر خواص دوده به عوامل زیر بستگی دارد :

1)    شکل خوشه ها
2)    اندازه
3)    درصد حفره و فضاهای خالی آن ها

ساختار خوشه ها به نحوه پخش دوده در محصول نهایی اثر گذار است

و پخش نامناسب موجب عوامل زیر می‌شود:

1)    کاهش عملکرد مقاومت در برابر نور فرابنفش
2)    تضعیف خواص مکانیکی و سطحی

اثر ساختار خوشه ها

شکل سمت چپ نمونه یک پخش نامناسب دوده حاصل استفاده از مستربچ های مشکی نامناسب و شکل سمت راست یک پخش با توزیع و پراکنش بسیار بالا در حد نانو را نشان می‌دهد.

خواص رنگی دودها

براساس اندازه ذرات اولیه و ساختار خوشه های‌ آنها محدوده ای از رنگ بدست می‌آید.

اثر اندازه ذرات اولیه

بهترین خواص نوری محصولات حاوی دوده شامل

1)    Mass Tone
2)    Jetness
3)    Tin ting strength

Jetness : میزان رنگ مشکی حاصل از افزودن دوده را نشان می‌دهد با افزایش Jetness رنگ مشکی تری را شاهد خواهیم بود.

Mass Tone : میزان فام رنگ مشکی را نشان می‌دهد این شاخص در واقع میزان فام رنگ مشکی حاصل از دوده را به آبی یا قهوه ای نشان می‌دهد.
Tin ting strength : توانایی دوده برای سایر رنگ ها را نشان می‌دهد برای سنجش این شاخص معمولا دوده برای مثال به اکسید روی افزوده شده و مقدار تغییر رنگ اندازه گیری می‌شود این پارامتر یک معیار مهم برای خاص دوده است و اثر به سزایی در مقاومت در برابر نور فرابنفش دارد بالاترین مقدار Tin ting strength در اندازه گیری ذرات اولیه nm 20 حاصل می‌شود.
 
نکته : با در نظر گرفتن تمام شاخص های دوده با کیفیت در تولید مستربچ عوامل زیر بسیار حائز اهمیت است

1)    فرمولاسیون پیشرفته
2)    کامپاندینگ و تکنولوژی تولید مناسب
3)    از نقطه نظر رئولوژی مستربچ باید با پایه پلیمری محصول نهایی سازگار باشد در این صورت توزیع و پراکنش بسیار یکنواخت صورت می‌گیرد
4)    درصد مصرف ( مستربچ باید به حدی در خود دوده داشته باشد که با درصد های استاندارد تعین شده استفاده شود)

5)    پایداری حرارتی با توجه به این که مستربچ پس از تولید باید با مواد اولیه محصول نهایی تحت فرآیند مذاب قرار گیرد باید مقاومت حرارتی با آنتی اکسیدانت های نسل 1 نسل 2 در فرمولاسیون مستربچ تامین شود

-مستربچ مشکی در شرکت آرمن پلیمر با دوده PrintenV ساخت شرکت دگوسای آلمان استفاده می‌شود و اندازه ذرات دوده مستربچ nm20 است.

چرا از مستربچ های مشکی آرمن پلیمر استفاده کنیم

• تولید مستربچ مشکی با ماشین آلات کاملا سفارشی صورت گرفته و توانایی میکسینگ 50 درصد دوده و پیگمنت را در پلیمر پایه دارد.

• در مستربچ مشکی آرمن پلیمر دوده و پیگمنت در یک ماتریس پلیمری بسیار روان به منظور اختلاط بیشتر صورت گرفته است.

• در فرمولاسیون مستربچ مشکی از کمک فرآیندهای تخصصی به منظور تلفیق بهتر و جلوگیری از ابر و بادی شدن محصول نهایی استفاده شده است.

• درصد مصرف مستربچ مشکی حتی در فیلم های بسیار میکرون پایین 700 در صد کیلوگرم است.

• رنگ محصول نهایی مشکی مطلق است.

• در گرید های سفارشی از پیگمنت های بهینه شده به جای دوده استفاده می‌شود و نتیجه تولید محصول سوپر مشکی با براقیت بسیار بالا و چشم نواز می‌شود.

• به دلیل اختلاف دمای کاربری و ذوب پیگمنت های مشکی و پلیمر جهت جلوگیری از تخریب پلیمر و ضعیف شدن خواص محصول نهایی از آنتی اکسیدانت نسل دوم در مستربچ مشکی استفاده شده است.

• رنگ دهی به محصولات شما در حین فرآیند با دما و فشار پایین تری صورت می‌گیرد.

• ارسال و حمل نمونه به صورت رایگان انجام می‌پذیرد.

• ارسال باربه صورت رایگان است.

مستربچ مشکی در مجموعه آرمن پلیمر چگونه تولید می‌شود
پیرو معرفی مستربچ در بخش دوم به فرآیند تولید مستربچ در شرکت آرمن پلیمرمی پردازیم.
اشاره به بخشی از عارضه های مستربچ مشکی

• پوشش دهی کم و استفاده از درصد های بالا برای رنگ دهی    

• ایجاد رگه های تیره و روشن در محصول

• ایجاد دانه هایی در سطح محصول

• گرفتن دای و فیلترها

• ابر و بادی شدن محصول نهایی

• ناسازگاری پایه پلیمر(انتخاب اشتباه پایه پلیمر)

• عدم براقیت و چشم نواز بودن محصول

• قیمت تمام شده بالا (با فرض یکسان بودن مواد اولیه اما نداشتن فرآیند مناسب)

تولید مستربچ مشکی با کیفیت

مراحل اصلی تولید مستربچ مشکی

• مرحله پیاده سازی فرمولاسیون

• مرحله خوراک دهی

• مرحله تلفیق و اختلاط

• خنک کاری و بسته بندی

مرحله پیاده سازی فرمولاسیون
در واحد R&D مجموعه آرمن پلیمر با سال ها مطالعه و آزمون و خطا به منظور تولید مستربچ مشکی ابتدا دوده مناسب با مشخصات زیر انتخاب می‌شود

• مش بسیار بالای دوده

• درصد خلوص و رنگ دهی دوده

• در نظر گرفتن تاثیر دوده بر ضریب الاستیسیته (کشسانی محصول)

• در نظر گرفتن تاثیر دوده بر پارگی و کشش

• در نظر گرفتن تاثیر دوده بر دوخت پذیری محصول و چاپ

با احتساب موارد بالا دوده تخصصی برای تولید مستربچ مشکی انتخاب می‌شود.
در نظر داشته باشید دوده علاوه بر نقش رنگ دهی در برخی محصولات نظیر لوله های انتقال آب و گاز و نفت نقش آنتی یووی در برابر اشعه خورشید را ایفا می‌کند به همین دلیل از مستریچ مشکی استفاده می‌شود و همچنین محصولاتی نظیر 

• عاج مخصوص تایر

• انواع تیوپ

• قطعات حساس به فشار و گرما

• لاستیک هواپیما

علاوه بر انتخاب دوده درصد دوده در مستربچ و ادغام با رزین پایه نیز بر حسب شرایط و تکنولوژی تولید مشخص می‌گردد. شرکت آرمن پلیمر برای اولین بار در ایران با تقویت بخش اختلاط و تجهیزات جانبی خط تولید قادر به تولید مستربچ مشکی با کیفیت با 60 درصد دوده است. پس از دوده انتخاب مواد اولیه پلیمری یا پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) بر اساس در نظر گرفتن موارد زیر انجام می‌شود.

•  پایه پلیمر با MFI مناسب

• دمای ذوب سازگار

• الاستیسیته مناسب

• قدرت توزیع در مواد اولیه محصول نهایی

انتخاب افزودنی های بسیار کار آمد در تولید مستربچ مشکی

• افزودنیه سازگار کننده و اتصال دهنده بخش دوده با ماتریس پلیمری

• روان کننده مناسب

• کمک فرآیند مناسب

• افزودنی براق کننده

• آنتی استاتیک جهت حذف الکتریسیته ساکن از سطح مواد و جلوگیری از جذب گرد و خاک و مو به محصول

• آنتی اکسیدانت به منظور جلوگیری از تخریب پلیمر و افت خواص محصول

مرحله خوراک دهی در تولید مستربچ

    در این بخش اجزای فرمول متناسب با دبی خروجی دستگاه هماهنگ می‌شود، نوع خوراک دهی و روش های آن از استراتژی های مهم و تاثیر گذار در کیفیت محصول است.

مرحله اختلاط و تلفیق

مهمترین عامل در تولید مستربچ مشکی مرحله اختلاط است و به روش های زیر صورت می‌پذیرد

• مخلوط کن های بنبوری (Banbury mixer)

• اختلاط اکسترودر دستگاه دو پیچ

با توجه به اهمیت مخلوط کن های بنبوری به عنوان بهترین روش اختلاط مخصوصا در درصد های بالای دوده به معرفی مختصری از آن می‌پردازیم.

قسمت های مهم دستگاه بنبوری

• قسمت تغذیه

• قسمت اختلاط

• قسمت موتور

قسمت تغذیه بنبوری (تولید مستربچ مشکی )

شامل یک قیف برای دریافت مواد و نگهدارنده رام که مواد مخلوط شونده را در محدوده عمل موثر روتور ها (ماردون ها) نگه می‌دارد.

قسمت اختلاط بنبوری (تولید مستربچ مشکی )

این بخش شامل دو سیلندر به هم مرتبط که درون آن از دو مارپیچ حلزونی که روتور نامیده می‌شود .تشکیل شده است که عکس یکدیگر می‌چرخند.

سیلندر و روتورها درون یک محفظه چدنی قرار دارند.

 
به نام محفظه اختلاط / عمل اختلاط درون این اتاقک انجام می‌پذیرد. به همین دلیل به آن مخلوط کن بنبوری داخلی می‌گویند. در نهایت درب هیدرلیکی با باز و بسته شدن مواد مخلوط شده را خارج می‌کند.

قسمت موتوری بنبوری

موتور بنبوری داخلی باعث چرخش روتورها می‌شوند در این زمینه شرکت زیمنس دارای محبوبیت بالایی است.

چرا استفاده از اختلاط کننده های بنبوری داخلی در تولید مستربچ مشکی بهترین روش است

• قدرت اختلاط بسیار بالاتر از اکسترودرها

• اختلاط بدون خطر سوختگی

• پراکندگی و توزیع بالای دوده در پلیمر پایه

• تاثیر بسیار زیاد در از بین رفتن عارضه های رایج مستربچ (قبلا گفته شد )

• دوخت پذیری بالاتر در فیلم های پلاستیکی و محصولات بادی

• پوشش یکنواخت و جلوگیری از هم پوشانی و رنگ دهی نقطه ای

مرحله اکسترودر نهایی به روش اختلاط بنبوری

پس از فرآیند اختلاط مواد از یک سیلندر و ماردون دیگر عبور می‌کند و فرآیند آماده سازی جهت تبدیل به گرانول و مرحله خنک کاری صورت می‌گیرد.

مرحله خنک کاری

به روش هوا خنک یا وان های خنک کننده با سیستم گردش آب وان های آب خنک کننده که از استخرهایی که بیرون از سالن تولید تعبیه شده اند و با کولینگ تاور (برج های خنک کننده آب ) شرایط پایداری در فصول سرد و گرم ایجاد می‌شود که باعث خنک شدن محصول به صورت کاملا یکنواخت در شرایط پایدار می‌شوند و تاثیر گذار درحفظ کیفیت محصول است.

مرحله خشک کردن مستربچ

در این مرحله به وسیله سانترفیوژ رطوبت و گاز از محصول جداسازی می‌شود. توجه داشته باشید در این مرحله اگر به درستی رطوبت مواد جداسازی نشود در هنگام به کار بردن مستربچ در محصولات باعث ایجاد حفره و حباب می‌شوند.

مرحله الک کردن

پس از تبدیل شدن محصول خام به گرانول و شکل دهی به وسیله کاترها یا به وسیله فرآیند رشته ای یا واترینگ که دو محصول رشته ای یا عدسی به ما می‌دهد به وسیله یک صفحه مشبک که با حرکت ویبره ای در حال الک کردن دانه ها و تفکیک در سایز های استاندارد و یکنواخت است. به هدف جلوگیری با مشکلات خوراک دهی برای مصرف کننده نهای صورت می‌گیرد.

مستربچ های مشکی بر پایه ماتریس های پلیمری زیر

1) مستربچ مشکی بر پایه پلی اتیلن (PE)

2) مستربچ مشکی بر پایه پلی پروپیلن (PP)

3) مستربچ مشکی بر پایه ای بی اس (ABS)

4) مستربچ مشکی بر پایه پلی اتیلن ترفتالات (PET)

5) مستربچ مشکی بر پایه پلی کربنات (PC)

6) مستربچ مشکی بر پایه پلی امید (PA)

7) مستربچ مشکی بر پایه هایمپک (HIPS)

8) مستربچ مشکی بر پایه پلی استایرن (PS)