پایگاه خبری پلیمر و بسته بندی - پپنا (www.ppna.ir):
مستربچها، یکی از محصولاتی هستند که در صنعت از محبوبیت بسیار زیادی برخوردار هستند و به دلیل مزایای فراوانی که دارد، بسیار مورد استفاده تولیدکنندگان قرار می‌گیرد؛ سهولت ذخیره‌سازی، جابجایی و کاربری به دلیل شکل گرانولی آن، از مزایای مهمی است که این محصول را به یک ماده کاربردی تبدیل کرده‌است. در این مقاله، به ابعاد مختلف این محصول پرداخته شده‌است و با معرفی مستربچ و اجزای آن، انواع مستربچ و روش‌های تولید آغاز می‌شود و با مزایای مستربچ، درصد استفاده از آن و ویژگی‌های مستربچ خوب به پایان می‌رسد. اگر می‌خواهید همه چیز را درباره این محصول کاربردی بدانید، در این مقاله با ما همراه باشید.
مستربچ، محصولی است كه در آن پیگمنت و یا افزودنی‌های دیگر به صورت بهینه با یكدیگر در یك رزین پایه ادغام شده‌اند. این افزودنی‌ها مقدار زیادی پودر رنگ (پیگمنت)، پرکننده‌های معدنی یا مواد شیمیایی هستند که به سه منظور مختلف شامل، تولید رنگ، بهبود خواص و یا کاهش قیمت تمام‌شده به پلیمر اضافه می‌شوند. پایه پلیمری آن معمولا باید مشابه پلاستیک اصلی باشد و شکل ظاهری آن، دانه ای (گرانول) است.
مستربچ ها دارای سه جزء اصلی پلیمر پایه، افزودنی و عامل سازگارکننده هستند.
پایۀ پلیمری مصرفی، غالبا انواع پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی‌استایرن، اتیلن وینیل استات، واكس‌هایی با وزن مولكولی پایین، پلیمر آلكیدی یا پلیمرهای مخصوص دیگر هستند.
به منظور تغییر خواص پلیمرها، مواد شیمیایی افزودنی به مستربچ ها اضافه می شوند که عبارت‌اند از افزودنی‌های بهبود دهندۀ خواص، پیگمنت ها و پرکننده‌ها. با توجه به نوع و قدرت افزودنی و پایه پلیمر، میزان خوراک‌دهی افزودنی در مستربچ متفاوت است.
سازگارکننده ها با عنوان علمی ترکیبات آمفی فیلیک، دارای یک سر آب دوست و یک سر آلی دوست هستند و به دلیل ماهیت شیمیایی خاصشان، باعث:
می‌شوند.
وجود سازگارکننده از طرفی باعث ایجاد ترشوندگی بر سطح رنگ‌دانه و در نتیجه پخش بهتر پیگمنت می‌شود و از طرف دیگر بدون آن‌که روی کیفیت رنگ محصول اثر بگذارد، پلیمر را نیز پایدار می‌کند.
با افزودن سازگارکننده‌ها به مستربچ، فرآیندپذیری آن‌ها از طریق بهبود ترشوندگی، یکنواختی و تثبیت، تسهیل می‌شود که هریک شامل موارد زیر می‌شوند:
انواع مستربچ ها عبارتند از:
یکی از بهترین راهکارهای ایجاد خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه در محصول نهایی، استفاده از مستربچ افزودنی است.
این نوع مستربچ های افزودنی، شفافیت پلی پروپیلن را از طریق سازمان‌دهی مولکولی در حین فرآیند افزایش می‌دهند.
مستربچ های نانو پایه PE ، PP و UPVC به منظور بهبود خواص مکانیکی و ضربه‌پذیری به کار می‌رود.
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 می‌شود.
برای از بین بردن مشکلاتی از این قبیل، از مستربچ لیزکننده استفاده می‌شود. این محصول باعث لغزندگی بهتر و کاهش چسبیدگی سطح محصول (خصوصا فیلم و ورق) به قطعات فلزی می‌شود. انواع مستربچ‌های لیزکننده عبارتند از: ۱) پایه پلی اتیلن جهت مصرف در نایلون، نایلکس و فیلم‌های چندلایه و ۲) پایه پلی پروپیلن مخصوص سلفون.
مستربچ آنتی بلاک، در تولید فیلم‌های پلیمری کاربرد دارد. این محصول جهت کاهش چسبندگی سطوح فیلم به همدیگر پس از تولید تا زمان مصرف است.
این مستربچ با نام های مواد سفیدکننده پلیمر، مستربچ شفاف کننده و عوامل سفیدکننده فلوئورسنت نیز شناخته می‌شود و برای براق‌کردن و رفع کدری محصولات به کار می‌رود؛ 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.
استفاده از این مستربچ باعث جلوگیری از ایجاد الکتریسیته ساکن و جذب گرد و غبار در سطح محصول می‌شود.
استفاده از این محصول باعث جلوگیری از اثرات تخریبی و رنگ‌پریدگی محصولات پلیمری در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش می‌شود.
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 می‌شود.
به منظور افزایش قابلیت اکستروژن، مستربچ های کمک فرآیند پلیمری به طور گسترده در صنایع پلاستیک استفاده می‌شوند. کمک‌فرآیند، شکست مذاب را حذف می کند، تجمع سرقالب را کاهش می دهد، با حذف پدیده پوسته‌ماهی سطح فیلم را بهبود می‌بخشند و با کاهش درصد ژل، خروجی تولید را افزایش می‌دهند.
مستربچ های سیلیکونی بر پایه پلی اتیلن که به منظور بهبود مقاومت سایشی به کار می‌رود.
از دیگر مستربچ‌های افزودنی می‌توان به: ضد حریق، ضد مه‌گرفتگی، تمیزکننده، کنترل‌کننده چسبندگی، حفره‌زا، ضد چسبندگی (Chill-roll Release)، خشک‌کننده، کندکننده حریق، کاغذی (Paperlike)، صدفی‌رنگ (Pearlescent)، تجزیه‌پذیر نوری، ضد میکروبی، مقاوم به ضربه و فسفرسانس اشاره کرد.
رایج‌ترین 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 رنگی، 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 نمونه‌های رنگی مختلف دست یافت.
از این محصول برای کاهش قیمت و بهبود خواص استفاده می‌شود. از مستربچ‌های پرکننده می‌توان به مستربچ کربنات کلسیم، تالک، میکا و انواع دیگر اشاره کرد.
فرآیند تولید مستربچ شامل چهار مرحله فرمولاسیون، خوراک‌دهی، اختلاط و الک‌کردن است:
اولین و مهمترین مرحله، فرمول‌بندی رنگ و میزان افزودنی است. در این مرحله توزین دقیق تمام اجزاء فرمولاسیون انجام می‌گیرد که در بعضی موارد لازم است كه این تركیبات با سرعت بالا تركیب شوند تا نتیجه بهتری ارائه دهند.
میزان تغذیه اجزاء متناسب با خروجی دستگاه تنظیم می‌شود.
اختلاط مذاب در دمای مخزن تنظیم می‌شود تا مخلوط ذوب شود. دمای نامناسب باعث اختلال در برش گرانول و پخش پودر می‌شود.
اختلاط شامل ۴ مرحله زیر است:
مهمترین مرحله تولید مستربچ، اختلاط است و متداول‌ترین روش پخش مناسب افزودنی یا رنگ از طریق تركیب اجزاء به صورت مذاب حاصل می‌شود.
مرحله اختلاط با بهره‌گیری از دستگاه‌های زیر انجام می‌شود:
مهمترین دستگاه مورد استفاده در فرآیند اختلاط و تولید مستربچ که به طور گسترده در صنعت ایران به کار می‌رود، اکسترودر است. در این روش پلیمر و افزودنی‌ها درون دستگاه اکسترودر ذوب و با هم ترکیب شده و سپس از انتهای اکستروژن خارج می‌شوند. در این روش خط تولید مستربچ به طور مختصر عبارت است از سیستم تخلیه، سیستم خوراک‌دهی، اکسترودر، سیستم خنک کننده، سسیستم برش، انبارش و بسته‌بندی.
اکسترودر دو پیچه همسو گرد: این فرایند شامل وزن کردن، وارد کردن خوراک، انتقال، ذوب کردن، پخش کردن و همگن کردن، خارج کردن گازهای مزاحم، فیلتر کردن و گرانول کردن است.
کلید بنیادی درک و بهینه سازی فرآیند اختلاط در تشخیص تمایز، مکانیسم های آن شامل پراکندگی و توزیع است. مکانیسم پراکندگی شامل کاهش اندازۀ اجزاء چسبندۀ کوچک در یک سیستم چند فازی است. مکانیسم توزیع، فرآیند پخش ذرات کوچک در سراسر ماتریس به منظور دست یابی به پخش فضایی خوب است.
در هر دستگاه اختلاط، این دو مکانیسم به صورت هم زمان یا مرحله به مرحله انجام می گردد. پراکنش تحت تاثیر موازنۀ دو عامل نیروهای چسبندگی ایجاد کلوخه و نیروهای هیدرودینامیک تخریب است. همچنین، بزرگی تنش های اعمالی، نقش تعیین کننده ای در توزیع اندازۀ قطرات دارد.
پراکندگی و توزیع پیگمنت‌ها در مستربچ های پلی اتیلن، اختلاط موثر به کمک ترکیبات سازگارکننده، سازگارکننده‌ها با عنوان علمی ترکیبات آمفی فیلیک، دارای یک سر آب دوست و یک سر آلی دوست هستند و به دلیل ماهیت شیمیایی خاصشان، باعث افزایش پایداری حرارتی، سازگارسازی پلی اولفین‌ها و پلیمرهای مهندسی، تشکیل لایۀ پایدار بر روی سطح افزودنی، پیگمنت یا پرکننده از طریق کنش متقابل با آن‌ها و ایجاد اتصال آن‌ها به ماتریس پلیمری می‌شوند.
مستربچ نهایی باید به اندازه‌ای محكم و با سایز مناسب باشد كه مصرف کننده نهایی بتواند در مرحله تولید خود با مشکل خوراک دهی روبرو نشود. بنابراین لازم است تا از الک هایی برای اطمینان از مناسب بودن اندازه گرانول مستربچ استفاده شود.
با بالا رفتن درصد افزودنی مستربچ در کاربردی مشخص، میزان مصرف آن پایین می‌آید. درصد مصرف مستربچ در محصول نهایی به عوامل زیر بستگی دارد:
مقدار مستربچ مورد استفاده در تولید محصول نهایی از زیر یک درصد (در برخی انواع ضد UV و پایدارکننده رنگ‌ها) تا بالای ۵۰ درصد (گونه‌هایی از كندكننده‌های حریق یا کربنات کلسیم) متفاوت است. همچنین برای رنگ‌كردن محصولات، معمولا مقدار یک تا سه درصد مناسب است.
فاکتورهای موثر در انتخاب مستربچ با کیفیت مناسب عبارتند از:
مستربچ ها، انواع گوناگونی دارند و با توجه به هدف و کاربرد مدنظر تولیدکننده، انواع مختلفی از آن می‌تواند توسط تولیدکننده خریداری شود. تولیدکنندگان، باید فاکتورهای مهم برای خرید مستربچ را بررسی کنند و پس از آن برای خرید اقدام کنند.
