مستربچ چیست و استفاده از آن چه مزایایی دارد؟ (قسمت اول: معرفی مستربچ)

 

-مستربچ چیست ؟ مستربچ آمیزۀ غلیظی حاوی سه جزء پایه پلیمری، مواد شیمیایی افزودنی و عامل سازگارکنندۀ فعال به عنوان پخش­ کننده است. افزودنی­ های مستربچ مقدار زیادی پودر رنگ (پیگمنت)، پرکننده ­های معدنی یا مواد شیمیایی هستند که به سه منظور مختلف شامل، تولید رنگ، بهبود خواص و یا کاهش قیمت تمام شده به پلیمر اضافه می­ شوند. پایه پلیمری مستربچ معمولا بایستی مشابه پلاستیک اصلی تزریقی باشد و شکل ظاهری آن، دانه ­ای (گرانول) است. استفاده و کاربرد مستربچ به صورت شماتیک در شکل ۱ مشاهده می­ شود:

مستربچ

شکل ۱: استفاده و کاربرد شماتیک مستربچ

 

اجزای مستربچ

مستربچ ها دارای سه جزء اصلی پلیمر پایه، افزودنی و عامل سازگارکننده هستند که هر یک در زیر توضیح داده شده اند:

  • پلیمر پایه: پایۀ پلیمری مصرفی، غالبا انواع پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن، اتیلن وینیل استات، واکس‌هایی با وزن مولکولی پایین، پلیمر‌ آلکیدی یا پلیمر‌های مخصوص دیگر هستند.
  • افزودنی: به منظور تغییر خواص پلیمرها، مواد شیمیایی افزودنی به مستربچ ها اضافه می شوند که عبارتند از افزودنی های بهبود دهندۀ خواص، پیگمنت ها و پرکننده ها. با توجه به نوع و قدرت افزودنی و پایه پلیمر میزان خوراک­ دهی افزودنی در مستربچ متفاوت است.
  • عامل سازگارکننده: موثرترین روش پخش‌ افزودنی یا رنگ، ترکیب آن ­ها با یک پلیمر مذاب سازگار با مادۀ نهایی مصرفی است. افزایش سازگاری شیمیایی افزودنی ها با پلاستیک پایه در فرآیند تولید مستربچ، با پلی پروپیلن گرافت شده به کمک مالئیک انیدرید  ، پلی اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید (PE-g-MA)  و ABS گرافت شده با مالئیک انیدرید (ABS-g-MA) انجام می­ گیرد که باعث بهبود خواص می گردند. در این راستا، به منظور دست یابی به حداکثر سازگاری، استفاده از تجهیزات مناسب نیز از اجزای جدایی ناپذیر تولید مستربچ ها است. گسترۀ وسیعی از تجهیزات در این صنعت مورد استفاده قرار می ­گیرند، اما عموما تجهیزات باید شامل دستگاه هایی با توانایی ایجاد نیروی برشی مناسب به همراه مخلوط­ کن و کنترل­ گر دما باشد. معتبرترین نظریه در مکانیزم اختلاط، نظریه ­ای است که بر نیروی برشی به عنوان بحرانی‌ترین مرحله تاکید دارد و بهترین زمان افزودن اجزای مخلوط زمانی است که پلیمر مصرفی بیشترین چسبندگی را دارد. اختلاط مواد بعد از این نقطه، تحت تاثیر افزایش دما و در نتیجه، کاهش چسبندگی قرار می‌گیرد.

 

انواع مستربچ

انواع مستربچ­ ها عبارتند از مستربچ رنگی، افزودنی و پرکننده. در شکل ۲ انواع مستربچ ها مشاهده می­ شوند:

 

مستربچ افزودنی

مستربچ رنگی

مستربچ پرکننده

شکل ۲: انواع مستربچ

 

۱) افزودنی: یکی از بهترین راهکارهای ایجاد خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه در محصول نهایی، استفاده از مستربچ افزودنی است. شرکت آریا پلیمر پیشگام، فعالیت گسترده ای در زمینۀ تولید سفارشی این مستربچ های مهندسی دارد.

  1. نانو افزودنی­ ها: مستربچ ­های نانو پایه PE ،PP و UPVC   به منظور بهبود خواص مکانیکی و ضربه پذیری به کار می­ رود.
  2. مستربچ­ های افزودنی: در شکل ۳ انواع مستربچ های افزودنی مشاهده می شوند و عبارتند از:
  • مستربچ شفاف کننده PP یا هسته ­زا: این مستربچ ها شفافیت پلی پروپیلن را از طریق سازمان دهی مولکولی در حین فرآیند افزایش می دهند.
  • مستربچ لیزکننده: پس از تولید فیلم‌های پلاستیکی، لایه‌های فیلم به سختی از هم جدا می‌شوند و در فرآیندهای بسته‌بندی مشکلات فراوانی ایجاد می کنند. همچنین در تولید برخی تجهیزات و لوازم پزشکی مانند سرنگ، اصطکاک بین دو قطعه باعث کندی حرکت آن می شود. برای از بین بردن مشکلاتی از این قبیل از مستربچ لیزکننده استفاده می‌شود. این مستربچ باعث لغزندگی بهتر و کاهش چسبیدگی سطح محصول (خصوصا فیلم و ورق) به قطعات فلزی می‌گردد. انواع مستربچ های لیز کننده عبارتند از پایه پلی اتیلن جهت مصرف در نایلون، نایلکس و فیلم­ های چندلایه  و پایه پلی پروپیلن مخصوص سلفون.
  • مستربچ آنتی بلاک: این مستربچ در تولید فیلم‌های پلیمری کاربرد دارد. این مستربچ افزودنی جهت کاهش چسبندگی سطوح فیلم به همدیگر پس از تولید تا زمان مصرف است.
  • مستربچ روشن کنندۀ نوری یا براق کننده PE: این مستربچ با نام های مواد سفیدکنندۀ پلیمر، مستربچ شفاف کننده و عوامل سفیدکنندۀ فلوئورسنت، مستربچ Aria Add 2161 است. این مستربچ برای براق کنندن و رفع کدری محصولات به کار می رود و به دلیل عبور نور بیشتر در محصول، جلای بیشتری به مصنوعات پلاستیکی می‌دهد. این ماده مورد استفاده در فیلم‌های معمولی و نازک و ضخیم و ظروف یک بار مصرف و انواع مصنوعات پلاستیکی است.
  • مستربچ آنتی استاتیک: استفاده از این مستربچ باعث جلوگیری از ایجاد الکتریسیته ساکن و جذب گرد و غبار در سطح محصول می‌شود.
  • مستربچ پایدارکنندۀ نور UV: استفاده از این مستربچ ها باعث جلوگیری از اثرات تخریبی و رنگ‌پریدگی محصولات پلیمری در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش می‌گردد.
  • مستربچ آنتی اکسیدانت: پلیمرها به دلایل مختلف تحت تاثیر اکسیداسیون و تخریب قرار می‌گیرند. از این مستربچ ها جهت پایدار‌سازی پلیمر در برابر عوامل اکسایش در فرآیند تولید استفاده می شود.
  • کمک فرآیند پلیمر: به منظور افزایش قابلیت اکستروژن، مستربچ های کمک فرآیند پلیمری به طور گسترده در صنایع پلاستیک استفاده می شوند. مستربچ کمک فرایند شکست مذاب را حذف می کند، تجمع سرقالب را کاهش می دهد، با حذف پدیدۀ پوسته ماهی سطح فیلم را بهبود می بخشند و با کاهش درصد ژل، خروجی تولید را افزایش می دهند.
  • ضد سایش: مستربچ های سیلیکونی بر پایۀ پلی اتیلن که به منظور بهبود مقاومت سایشی به کار می رود.

شفاف کننده و هسته زا

لیزکننده

آنتی بلاک

براق کننده

آنتی استاتیک

پایدارکنندۀ نور UV

آنتی اکسیدانت

کمک فرآیند پلیمر

ضد سایش

شکل ۳: انواع مستربچ های افزودنی

دیگر مستربچ های افزودنی عبارتند از: ضد حریق، ضد مه گرفتگی، تمیز کننده، کنترل چسبندگی، حفره زا، ضد چسبندگی (Chill-roll Release)، خشک کننده، به تاخیراندازندۀ شعله، کاغذی (Paperlike)، صدفی رنگ (Pearlescent)، تجزیه­ پذیر نوری، ضد میکروبی، مقاوم به ضربه و فسفورسانس.

۲) مستربچ رنگی: رایج ترین روش تولید قطعات رنگی از مواد پلاستیکی، افزودن مستربچ‌های رنگی است. این افزودنی‌ها گاهی علاوه بر ایجاد رنگ مطلوب محصول نهایی، باعث بهبود و اصلاح خواص فیزیکی، مکانیکی نیز می‌شود. مستربچ رنگ یک مخلوط پلاستیکی شامل درصد بالایی از رنگ دانه و درصد کم پلیمر است و از طریق تغییر غلظت و مقدار این ماده می توان به نمونه های رنگی مختلف دست یافت. انواع مستربچ های رنگی، مستربچ سفید، مشکی و سایر رنگ ­ها هستند. این مستربچ ­ها معمولا دارای دو نوع پایدارکننده و دو نوع روان ­کنندۀ داخلی و خارجی، رنگینه و پایه پلیمری است. با کمک مستربچ، پلاستیک مورد نظر را می توان به رنگ ­های مختلفی در آورد. نکتۀ بسیار مهم در انتخاب مستربچ، سازگاری پلاستیک با رنگ و سایر افزودنی های همراه آن مستربچ است.

 اجزای اصلی مستربچ رنگی عبارتند از رنگ­ دانه، سازگارکننده و پلیمر حامل:

  • رنگ­ دانه­ ها: شامل پیگمنت­ ها در دو گروه آلی (مانند فتالو سیانین سبز) و معدنی (مانند اکسید آهن قرمز و یا تیتانیوم) و دای که مانند یک جوهر یا رنگ بی اثر است و عموما نمی توان از آن برای رنگ کردن پلی اولفین استفاده کرد. در شکل ۴ انواع رنگ ­دانه­ ها نشان داده شده است:

رنگ دانه (پیگمنت)

دای

شکل ۴: انواع رنگ ­دانه­­ها

  • سازگارکننده (پخش کننده): وجود سازگارکننده از طرفی باعث ایجاد ترشوندگی بر سطح رنگ­دانه و در نتیجه پخش بهتر پیگمنت می­ شود و از طرف دیگر بدون آن­ که روی کیفیت رنگ محصول اثر بگذارد، پلیمر‌ را نیز پایدار می­ کند.
  • پلیمر حامل: این پلیمر‌ باعث یکنواختی توزیع پیگمنت و سهولت شکل ­دهی آن به صورت گرانول می ­شود. وجود سازگاری پلیمر‌ و عامل پخش و همچنین سیالیت بیشتر حامل نسبت به رنگ­ دانه و پلیمر‌ ضروری است. پلیمر با توجه به شاخص مذابش، به صورتی انتخاب می­ شود که بتواند مستربچ را در خود حل کند؛ از آن جایی که مستربچ ها برای تعداد محدودی از پلاستیک ­های پر مصرف صنعتی ساخته می­ شوند، لازم است در مورد توانایی رنگ ­آمیزی پلاستیک­ ها با رنگ­ دانه نیز اطلاعاتی ارائه گردد. بنابر ماهیت شیمیایی پلاستیک می­ توان رنگ مناسب آن را انتخاب نمود. به عنوان مثال، رنگ آمیزی پلی اتیلن، پلی پروپیلن و پی وی سی به رنگ سفید (با استفاده از تیتان) یا زرد یا قهوه ای (با استفاده از اکسید­های کروم) در آورد اما از رنگ­ های ترکیبات آبی آهن نمی­ توان در فرمولاسیون پلی­ اتیلن و پلی ­پروپیلن استفاده نمود.

۳) مستربچ پرکننده: برای کاهش قیمت و بهبود خواص مستربچ استفاده می­ شود. از مستربچ کربنات کلسیم، مستربچ تالک، میکا و مستربچ های دیگر می توان به عنوان مستربچ پر کننده یاد کرد.

 

مزایای استفاده از مستربچ

با به کار بردن مستربچ­ ها می‌توان در وقت، انرژی و هزینۀ لازم برای مخلوط کردن این پودرها و نیروی کار صرفه جویی کرد و استفاده از این ترکیبات اقتصادی است. همچنین به دلیل عدم پخش شوندگی مناسب برخی از افزودنی ­ها، امکان اضافه کردن مستقیم آن به محصول وجود ندارد. به عنوان مثال در فرآیندهای تزریق اضافه کردن افزودنی های پودری به دلیل کوتاه بودن طول مارپیچ دستگاه تزریق مناسب نبوده و استفاده از مستربچ پلیمری توصیه می شود. دیگر مزایای استفاده از مستربچ عبارتند از:

  1. سهولت ذخیره سازی، جابجایی و کاربری به دلیل شکل گرانولی آن
  2. ساده تر شدن خوراک دهی و حل مشکل تغییر غلظت افزودنی و یکنواختی رنگ یا خواص در حین تولید
  3. عدم پخش پیگمنت ها در هوا و در نتیجه ایجاد خطر سلامتی و ایمنی کارکنان و آلوده سازی خطوط تولید مجاور
  4. پخش و یکنواختی بهتر رنگ، افزودنی یا پرکننده در سراسر محصول نهایی
  5. مصرف مقدار کمتر پیگمنت یا افزودنی
  6. بهبود فرآیند ذوب به دلیل سازگاری عامل اتصال دهندۀ مستربچ با پلیمر
  7. ثبات بیشتر خواص یا رنگ
  8. کنترل پذیری بهتر کدری و شفافیت محصولات رنگی
  9. کاهش دفعات خوراک دهی در فرآیند با استفاده از مستربچ حاوی افزودنی های تغلیظ شدۀ پایدار UV، آنتی اکسیدانت، به تاخیر اندازندۀ شعله یا شفاف کنندۀ نوری
  10. افزایش تکرارپذیری فرآیند از طریق از پیش تعیین کردن نسبت اجزای افزودنی مستربچ
  11. حذف هزینۀ پاک سازی و تمیزکاری

 

درصد استفاده از مستربچ

با بالا رفتن درصد افزودنی مستربچ در کاربردی مشخص، میزان مصرف مستربچ پایین می آید. درصد مصرف مستربچ در محصول نهایی به عوامل زیر بستگی دارد:

  1. درصد و کیفیت افزودنی
  2. ضخامت قطعه یا فیلم تولیدی
  3. میزان پوشش دهی یا غلظت مورد نظر

مقدار مستربچ مورد استفاده در تولید محصول نهایی از زیر یک درصد (در برخی انواع ضد UV و پایدارکنندۀ رنگ ها) تا بالای ۵۰ درصد (گونه­ هایی از کندکننده‌های حریق یا مستربچ های کربنات کلسیم) متفاوت است. همچنین برای رنگ کردن محصولات، معمولا مقدار یک تا سه درصد مناسب است.

 

ویژگی های مستربچ خوب

فاکتورهای موثر در انتخاب مستربچ با کیفیت مناسب عبارتند از:

  1. مطابقت پایه پلیمری مستربچ با مواد و کالای تولیدی
  2. ثبات رنگ یا خواص در دفعات مصرف
  3. مشخصات فنى مطلوب که این مشخصات فنی عبارتند از مقاومت انتقال سطح، درصد رطوبت، دمای ذوب، پراکندگی در ماتریس پلیمری، شکل ظاهری و جلای مستربچ، مقاومت حرارتی سطح
  4. غلظت یکنواخت و درصد مناسب افزودنی یا پیگمنت
  5. میزان مصرف کم
  6. منحصر به فرد بودن رنگ و شید
  7. عدم ایجاد مشکلات در فرآیند تولید محصول نهایی

 

در قسمت دوم این مقاله فرآیند تولید مستربچ را بررسی خواهیم کرد.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *