PL | EN
Koncentraty barwiące do tworzyw masterbatch.

Koncentraty barwiące do tworzyw masterbatch.

Dodatki z tej grupy wprowadzane są do mieszaniny polimerowej w celu nadania jej odpowiedniej barwy, przez co uzyskuje się poprawę właściwości użytkowych. Główny podział na barwniki i pigmenty bierze się stąd, że te pierwsze pozostawiają przeźroczystość mieszaniny (barwa transparentna), zaś te drugie nadają nieprzeźroczystą barwę (barwę krytą). Efekt przeźroczystości uzyskuje się dzięki rozpuszczalności dodatku barwiącego w polimerze, zaś nieprzezroczystość jest wynikiem nierozpuszczalności pigmentu w mieszaninie polimerowej. Większość polimerów w swojej czystej postaci jest przezroczysta i pozbawiona koloru. Niektóre z nich znajdują zastosowanie w stanie transparentnym, jednak większość wymaga nadania barwy w celu wybarwienia wytworów z tworzyw bądź ich rozjaśniania w tym celu stosuje się środki barwiące.

Z tego powodu dodatki barwiące stanowią jeden z podstawowych składników receptur polimerowych. Wpływają istotnie na poprawę estetyki wyrobów, nadają im nieprzezroczystość oraz odpowiednią barwę i połysk, ale również chronią tworzywo przed destrukcyjnym działaniem promieniowania świetlnego i cieplnego. Środki barwiące powinny wyróżniać się dobrą odpornością na długotrwałe działanie światła oraz podwyższonej temperatury. Poza tym powinna je charakteryzować zdolność do jednorodnego rozprowadzenia czy trwałego łączenia ze wszystkimi składnikami tworzywa.


Barwniki i pigmenty do tworzyw sztucznych.

Barwniki.

Barwniki są związkami organicznymi, które w zależności od budowy ulegają rozpuszczeniu w ośrodkach stosowania np. polimerach tworząc z nimi wiązania chemiczne. Cząsteczki barwników zawierają grupy chromoforowe nadające im kolor oraz grupy auksochromowe dzięki którym cząsteczka barwnika wiąże się na stałe z barwionym materiałem i odpowiada za zdolność barwienia. Barwniki można klasyfikować w zależności od ich budowy chemicznej (azowe, chinoidowe, di- i triarylometanowe, nitrowe i nitrozowe, azynowe, indygoidowe, antrachinonowe, pironowe, polienowe) oraz przeznaczenia (barwniki o takich samych układach chromoforowych). Najczęściej stosuje się je do barwienia tworzyw transparentnych np. PC lub PS.

Pigmenty.

Pigmenty są związkami barwiącymi, nierozpuszczalnymi w środowisku stosowania. Nie wchodzą w reakcje chemiczne z polimerami, natomiast tworzą w nich zawiesinę. Stąd wynika konieczność odpowiedniego zdyspergowania cząsteczek pigmentu w polimerze. Związki te mogą powodować powierzchniowe odbicie światła albo je absorbować, co zależy od budowy chemicznej, struktury krystalicznej i stopnia rozdrobnienia pigmentu. W praktyce przemysłowej pigmenty stosuje się najczęściej w postaci koncentratów o stężeniu pigmentu w koncentracie do 80%. Rozmiary cząsteczek pigmentów nie przekraczają na ogół 1000 nm. Uzyskany w procesie barwienia kolor polimeru stanowi wypadkową dwóch zjawisk fizycznych; absorpcji, która odpowiada za powstawanie koloru i rozpraszania, które powoduje nieprzezroczystość. Rozpraszanie zależy bezpośrednio od wielkości cząstek pigmentu. Ze wzrostem różnicy pomiędzy współczynnikiem załamania światła pigmentu i ośrodka, zwiększa się intensywność rozpraszania.

Ze względu na budowę chemiczną pigmenty dzieli się na:

  • Organiczne – pozyskiwane z zasobów naturalnych, o dużej sile tinktorialnej, jednak o stosunkowo małej odporności termicznej.
  • Nieorganiczne – cechujące się mniejszą siłą barwienia i żywością odcieni, jednak są odporniejsze termicznie. Do tej grupy należą pigmenty mineralne pozyskiwane poprzez mielenie i oczyszczanie minerałów i syntetyczne produkowane metodami chemicznymi, w tym również proszki metali żelaznych i nieżelaznych oraz perłowe produkowane na bazie płytek miki.

Pigmenty organiczne.

Pigmenty organiczne posiadają mniejszą odpornością cieplną w porównaniu z pigmentami nieorganicznych. Posiadają szeroki zakres oraz dużą jaskrawość barw. Z tego względu ich udział w całkowitej masie barwionego tworzywa jest mniejszy. Pigmenty organiczne stosowane do barwienia tworzyw polimerowych charakteryzują się budową chemiczną zbliżoną do barwników. Pigmenty te w zależności od grupy chromoforowej dzieli się na nitrowe, nitrozowe, azowe, trifenylometanowe, antrachinonowe, siarkowe czy ftalocyjaninowe. Najczęściej stosowanymi pigmentami organicznymi są związki azowe (czerwienie, oranże, żółcienie) oraz pigmenty ftalocyjanianowe (zieleń, błękit).

Pigmenty nieorganiczne.

Pigmenty nieorganiczne są związkami charakteryzującymi się dużą odpornością cieplną, a ich udział w całkowitej masie tworzywa wynosi najczęściej 0,5–4%. Największym znaczeniem w tej grupie pigmentów wyróżnia się dwutlenek tytanu (TiO2), który stosowany jest głównie jako wybielacz optyczny. Poza tym do pigmentów białych zalicza się jeszcze biel cynkową (ZnO), litopon (BaSO4 + ZnS), biel ołowiową siarczanową (PbSO4) i biel ołowiową węglanową (2PbCO3⋅ Pb (OH)2). Poza pigmentami białymi w tej grupie duże znaczenie mają sadze, czyli pigmenty czarne. Charakteryzują się odpornością na wysoką temperaturę, nie wykazują tendencji do migracji, a także mają korzystny wpływ na właściwości i trwałość polimeru, w którym są zdyspergowane. Jako pigmenty stosuje się cząstki sadzy o wielkości 5–50 μm. Ponadto w grupie pigmentów nieorganicznych znajdują się między innymi żółcień kadmowa (CdS + BaSO4), żółcień chromowa (PbCrO4), żółcień żelazowa (FeO(OH), czerwień kadmowa (CdS + CdSe), cynober (HgS), minia (Pb3O4), czerwień żelazowa (Fe2O3) i inne. W procesie barwienia tworzyw polimerowych największą rolę odgrywają pigmenty z grupy azowej, które charakteryzują się stosunkowo niską ceną, odpornością na odbarwienia, dobrą stabilnością w wysokiej temperaturze, odpornością na światło.

Kadm, ołów oraz 6 wartościowy chrom są zakazane przez większość dyrektyw EU i dotyczą aplikacji samochodowych, opakowań, urządzeń elektrycznych i ich odpadów (< 100 ppm = 0,01%), produktów do kontaktu z żywnością itd.

Techniki pigmentowania tworzyw sztucznych.

Pigmentowanie tworzyw w stanie sypkim.

Pigmenty w tworzywach sypkich uzyskują bardzo dobre rozproszenie już przy mieszaniu na sucho. W technice tej (dry blend) zazwyczaj nie stosuje się ciekłego nośnika dyspergującego ze względu na jego niekorzystny wpływ na finalne wyroby. W procesie mieszania stosuje się szybkoobrotowe mieszalniki lub młyny kulowe, które dzięki odpowiedniej konstrukcji mieszadeł wytwarzają duże siły ścinające. W pierwszym rzędzie do mieszalnika dodaje się sproszkowany polimer, pigmenty oraz pozostałe składniki sypkie. Następnie mieszankę polimerową wytłacza się za pomocą wytłaczarki jedno- lub dwuślimakowej.

Pigmentowanie tworzyw granulowanych.

Tworzywa sztuczne takie jak poliolefiny, polistyren, ABS, poliamidy, polimetakrylan metylu oraz inne dostarczane są do dalszego przerobu w postaci granulatów. Proces pigmentacji w tych przypadkach odbywa się w mieszarkach wolnospadowych lub oscylacyjnych. Niesymetryczny osiowo pojemnik obraca się wokół osi tak, że znajdujący się w nim materiał jest mieszany. Napięcie oraz wyładowaniom elektrostatyczne, generowane na skutek przemieszczania się granulek polimeru powodują pokrywanie granulek cienką warstwą pigmentu. Efektywność przylegania pigmentu jest wyższa w przypadku granulatów kulistych i wyraźnie wzrasta w przypadku zmieszania granulatu z niewielką ilością środków zwiększających przyczepność lub środków powierzchniowo czynnych, takich jak: poliolefiny, woski, estry kwasów tłuszczowych, mydła itp. Sucha pigmentacja nie prowadzi do idealnego rozproszenia pigmentu w polimerze. W związku z tym poza nielicznymi wyjątkami poliolefiny, polistyren czy ABS są pigmentowane za pomocą przedmieszek.

Pigmentowanie za pomocą przedmieszek (koncentratów barwiących).

Pigmentowanie za pomocą przedmieszek jest stosowane głównie w produkcji polimerów termoplastycznych. Koncentraty barwiące najczęściej wytwarza się przy pomocy wytłaczarek ślimakowych, najczęściej dwuślimakowych. Zastosowanie koncentratu poprawia dyspergowalność pigmentów w podłożu poliolefinowym, umożliwia optymalne ich rozprowadzenie w produkcie końcowym, gwarantuje powtarzalność barwy i pozwala uniknąć problemów związanych z pyleniem pigmentu. Ten sposób pigmentowania szybko zyskał sobie dużą popularność. Koncentraty barwiące (ang. masterbatch) są powszechnie stosowanymi dodatkami w przemyśle tworzyw sztucznych, umożliwiającymi nadanie pożądanych właściwości estetycznych i funkcjonalnych wyrobom polimerowym. Koncentraty barwiące to materiały w formie granulatu, składające się z pigmentów lub barwników, żywicy stanowiącej bazę oraz dodatków technologicznych. Głównym celem ich stosowania jest umożliwienie jednorodnego rozprowadzenia koloru w tworzywach sztucznych bez konieczności stosowania bezpośrednich pigmentów lub barwników, co upraszcza proces przetwórczy. Przedmieszki są dostarczane w postaci granulatów bezpyłowych przy użyciu standardowych nośników PP, HDPE, LDPE, LLDPE, PA, PC, SAN, PS, PBT lub EVA dla łatwego przetwarzania.

Dozowanie tworzywa i barwnika.

Należy podkreślić, że wybór barwienia z użyciem koncentratów barwiących wymaga odpowiedniego dozowania do cylindra wytłaczarki. Za dozowanie koncentratów barwiących odpowiadają urządzenia, które opierając się na pomiarze wagi lub objętości barwnika, dozują wcześniej ustaloną ilość koncentratu oraz polimeru do cylindra wytłaczarki. Jeżeli chcemy, aby składniki były dokładnie dozowane to zalecane jest zastosowanie dozowników grawimetrycznych. Ważne jest zastosowanie dozowania dla wszystkich składników łącznie z podstawowym polimerem wtedy możliwe jest również głodowe karmienie wytłaczarki a nie tylko zalewowe Ruch obrotowy ślimaka miesza podgrzane tworzywo z barwnikiem, a następnie płynny, ujednolicony stop podlega wytłaczaniu w postaci produktu. Ustalenie dawki koncentratu barwiącego jest ważne dla równomiernego rozprowadzenia koloru. Zbyt duża ilość barwnika może osłabić właściwości mechaniczne tworzywa.

Ważne zasady dotyczące barwników:

  • Temperatura przetwórstwa nie powinna wpływać na odcień ich koloru.
  • Właściwości mechaniczne i elektryczne materiału nie powinny ulegać zmianie po barwieniu.
  • Barwniki powinny charakteryzować się wysoką odpornością na światło słoneczne.
  • Barwniki powinny łatwo mieszać się z polimerem powinny być nietoksyczne  oraz  nie powinny powodować  zmian w strukturze barwionego tworzywa.


Co to jest barwa i kolor?

Barwa i połysk pełnią istotną rolę w ocenie stanu powierzchni wytworów z tworzyw polimerowych, gdyż decydują o ich dekoracyjności. Pojęcia „kolor” i „barwa” uznawane są za synonimy, jednak w wielu dziedzinach np. malarstwie czy poligrafii, dochodzi do zasadniczego rozróżnienia tych dwóch terminów. Barwa oznacza doznanie wzrokowe, zjawisko psychofizyczne, natomiast kolor jest terminem technicznym, cechą materiału. Światło widzialne jest wycinkiem z zakresu widma promieniowania elektromagnetycznego o zakresie ok. 400 - 800 nm, a barwa to wynik selektywnej absorpcji promieniowania z tego zakresu. Pochłonięcie fragmentu promieniowania o określonej długości fali ze światła białego powoduje, że pozostała część promieniowania dochodząca do oka wywołuje wrażenie barwy dopełniającej. Z naukowego punktu widzenia kolor jest wyrazem światła. Niektóre materiały pochłaniają i odbijają określone długości fal światła widzialnego, co powoduje, że obiekty przyjmują określony kolor dla ludzkiego oka.

Kolory podstawowe.

Ważne jest również zrozumienie koncepcji kolorów podstawowych. Podstawową zasadą jest to, że istnieją trzy kolory, których nie można uzyskać przez zmieszanie innych kolorów. Te trzy, czerwony, niebieski i żółty, są znane jako kolory podstawowe.

Kolory czarny i biały jak powstają ze światła?

Kolor Czarny.

Jak pokaże tęcza, czerń nie znajduje się w widzialnym spektrum kolorów. Wszystkie inne kolory są odbiciami światła, z wyjątkiem czerni. W nauce czerń to brak światła. W przeciwieństwie do bieli i innych odcieni, czysta czerń może istnieć w naturze bez światła. Gdy nie ma światła, wszystko jest czarne. Sprawdź to, wchodząc do fotograficznej ciemni. Nie ma fotonów światła. Innymi słowy, nie ma fotonów kolorów. Czarny obiekt pochłania wszystkie kolory widzialnego spektrum i nie odbija żadnego z nich do oka.

  • Czarny obiekt może wyglądać na czarny, ale technicznie rzecz biorąc, może nadal odbijać trochę światła. Na przykład czarny pigment powstaje w wyniku połączenia kilku pigmentów, które łącznie pochłaniają większość kolorów. W rzeczywistości to, co wydaje się czarne, może odbijać niewiele światła.
  • W fizyce ciało doskonale czarne jest idealnym pochłaniaczem światła.

Kolor biały.

Biel jest mieszanką wszystkich kolorów i dlatego jest kolorem. Światło wydaje się bezbarwne lub białe. Białe światło obejmuje wszystkie kolory widzialnego spektrum światła. Tęcza jest tego dowodem. Nie można zobaczyć kolorów światła słonecznego, chyba że warunki atmosferyczne załamują promienie światła w atmosferze i tworzą tęczę. Można również użyć pryzmatu, aby zademonstrować widmo światła białego. Suma wszystkich kolorów światła daje biel. To jest addytywna teoria kolorów. Technicznie rzecz biorąc, czysta biel to brak koloru. Innymi słowy, nie można mieszać kolorów, aby uzyskać biel. Dlatego biel to brak koloru w najściślejszym sensie tej definicji. Jednak, gdy badasz chemię pigmentu bieli, zmielone substancje takie jak kreda lub takie jak tlenki tytanu i cynku są używane do tworzenia wielu odcieni bieli. Dlatego można powiedzieć, że biel jest kolorem w kontekście chemii pigmentu.

Światło.

Rysunek1 Światło.

Co to jest światło?

Światło to forma energii, która jest częścią widma promieniowania elektromagnetycznego. Możemy je opisać jako fale elektromagnetyczne albo jako strumień cząstek nazywanych fotonami.

Fale elektromagnetyczne.

Światło składa się z fal elektromagnetycznych, które rozchodzą się w przestrzeni. Fale te mają różną długość:

  • Krótkie fale, takie jak promienie gamma i promienie rentgenowskie, mają dużo energii.
  • Długie fale, takie jak fale radiowe, mają mniej energii.

Światło widzialne.

Część spektrum światła, którą widzimy, to światło widzialne. Jest to wąski zakres długości fal (od około 400 nm do 700 nm), które nasze oczy mogą zarejestrować. Widmo światła widzialnego obejmuje kolory od fioletu (krótkie fale) do czerwieni (długie fale).

Foton to cząstka światła.

Światło ma też właściwości cząsteczkowe. Foton to najmniejsza porcja światła, która przenosi energię. Energia fotonu zależy od długości fali światła – krótsze fale (np. fioletowe) mają więcej energii, a dłuższe fale (np. czerwone) mniej.

Szybkość światła.

Światło w próżni porusza się z prędkością 299 792 458 m/s. Jest to najszybsza znana prędkość w przyrodzie.

Zasada powstawania kolorów (barw).

Rysunek 2. Zasada powstawania kolorów (barw).

Należy wiedzieć, że barwa nie jest cechą bezwzględną, ponieważ zależy od wielu czynników takich jak stan powierzchni badanych wytworów czy predyspozycji obserwatora.

Gdy światło pada na domeny rozpraszające np. pigmenty, dochodzi do rozproszenia białego światła odbitego. Na własciwości światła odbitego składa się ilość światła odbitego od powierzchni oraz od warstw wewnętrznych badanego wyrobu. W efekcie można obserwować barwę nadaną przez pigment.

 Rodzaje pigmentów.

Rysunek 3. Rodzaje pigmentów.

Zobacz także:

Wytłaczarki - Geometria ślimaków.

Zaawansowane funkcje wytłaczarek poszukiwane przez naukowców.

Reologia w czasie rzeczywistym w przemyśle tworzyw sztucznych.

Ekstruzja na gorąco oraz spektroskopia NIR i spektroskopia Ramana.

Korelacja między jakością stopu a wydajnością ślimaka w procesie wytłaczania.

Wysokoenergetyczne plastyczne materiały wybuchowe.

Stan mieszania gumy w walcarce dwuwalcowej.

Wytłaczarki dwuślimakowe jako narzędzia do mieszania gumy w skali laboratoryjnej.

Metody badań właściwości fizycznych i chemicznych polimerów.

Warunki pracy wytłaczarki i definiowanie geometrii ślimaka.

X

Poproś o kontakt

Imię i nazwisko:

Nazwa Firmy

e-mail

Telefon

Treść:


chat logo
Zadzwoń