![]() 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. 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:
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:
|
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. |