مستربچ رنگی ترکیبی است تهیه شده از رنگدانههایی با پایداری عالی که به صورت یکنواختی در پلیمر پراکنده شده اند. در واقع مستربچ‌های رنگی نوع جدیدی از رنگ‌های پلیمری است که برای تهیه محصولات پلیمری رنگی با پخش رنگ یکنواخت استفاده می‌شوند. این ترکیبات از چهار جزء اصلی تشکیل شده اند: رنگ‌دانه، پلیمر Carrier، پخش کننده و مواد افزودنی. مستربچ‌ها را می‌توان رنگ‌دانه غلیظ دانست و قدرت رنگ‌دهی آن‌ها بیشتر از خود رنگ‌دانه است.
رنگ‌دانه
رنگ‌دانه‌های آلی شامل قرمز فتالوسیانین، آبی فتالوسیانین، سبز فتالوسیانین، قرمز تیره، قرمز، زرد، زرد پر رنگ دائمی، بنفش پز رنگ دائمی، قرمز آزو و غیره است.
رنگ‌دانه‌های غیرآلی: قرمز کادمیوم، زرد کادمیوم، تیتانیوم دی اکسید، دوده، قرمز اکسید آهن و غیره است. مقدار خوراک دهی رنگ‌دانه‌ها معمولا بین 15-40 درصد است.
مقایسه خواص و قابلیت رنگ‌دهی رنگ‌دانه، رنگ‌دانه‌های آلی و غیر آلی در جدول 1 آورده شده است:
جدول 1 خواص و قابلیت رنگ‌دهی رنگ‌دانه‌های آلی و غیر آلی
| مورد | رنگ‌دانه آلی | رنگ‌دانه غیرآلی |
| مواد | سنتزی | طبیعی و سنتزی |
| چگالی نسبی | 1.2-2.0 | 3.5-5.0 |
| حل شدن در حلال‌های آلی و پلیمرها | حل نشدنی | حل نشدنی |
| شفافیت پلاستیک | مات/ نیمه شفاف | مات |
| توانایی رنگ‌دهی | متوسط | کم |
| پایداری نوری | متوسط | کم |
| پایداری حرارتی | 200-260°C | 500°C حدود |
| پایداری شیمیایی | متوسط | بالا |
| پدیده مهاجرت | متوسط | کم |
Carrier
از پلیمرهایی مانند ,PE, PP, ABS, PVC, PET PS, HIPS و غیره به عنوان Carrier استفاده می‌شود. مستربچ فوق العاده مستربچی است که Carrier آن با پلیمر محصول یکسان باشد. به این دلیل که سازگاری این دو باهم بهتر است؛ اما سیالیت Carrier را هم در نظر می‌گیرند. برای مثال؛ برای پلیمرهای PP/PE از LDPE ، ABS/PS از HIPS، PVC از CPE/SPVC به عنوان پلیمرهای Carrier استفاده می‌کنند. اغلب مقدار این Carrier در فرمولاسیون بین 50-80 درصد است.
پخش کننده
از پخش کننده علاوه بر بهبود پراکندگی یکنواخت رنگ‌دانه‌ها و جلوگیری از کلوخه‌ای شدن آن‌ها در Carrier، باعث افزایش سیالیت می‌شود. نکته حائز اهمیت این است که نقطه ذوب ماده پراکنده شده در پلیمر کمتر از خود آن باشد، بنابراین سازگاری خوبی با پلیمر داشته و تمایل خوبی برای ترکیب شدن با رنگ‌دانه دارد. متداول‌ترین پخش کننده‌های مصرفی عبارتند از واکس پلی اتیلن، پلی اتیلن اکسید شده، پارافین مایع، ZnSt، CaSt، MgSt، barium laurate، گلیسرید. این مواد حدودا 15% به ترکیب افزوده می‌شوند.
افزودنی‌ها
افزودنی‌ها مانند بازدارنده شعله، روشن کننده، آنتی باکتریال، ضد الکتریسته ساکن، پایداری حرارتی و غیره هستند. معمولا این افزودنی‌ها در فرمولاسیون استفاده نمی‌شود مگر به درخواست مشتری.
به منظور یکنواختی رنگی شدن پلاستیک؛ ذرات رنگ‌دانه باید به اندازه کافی ریز باشند و توزیع یکنواختی در پلاستیک داشته باشند. پراکندگی رنگ‌دانه نه تنها بر ظاهر محصول رنگی (مانند لکه‌ها، رگه‌ها، درخشندگی رنگ و شفافیت) بلکه مستقیما بر کیفیت محصول رنگی نظیر استحکام، کشیدگی و مقاومت کهنگی تاثیر می‌گذارد. اگر اندازه ذرات رنگ‌دانه بیش از µm 30 باشد؛ سطح محصول دارای لکه‌ها و رگه‌هایی خواهد بود. هنگامی‌که اندازه ذرات بین µm 10-30 منجر به ماتی سطح محصول می‌شود. برای محصولات عمومی می‌توان از اندازه ذرات کمتر از µm 5 استفاده کرد. رنگدانههایی با اندازه ذراتی کمتر از µm 1 برای الیاف (قطر یک سیم µm 20-30) و فیلم‌های بسیار نازک (کمتر از µm 10) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
جدول 2 شاخصی از میزان رنگ‌دهی رنگ‌دانه‌ها با اندازه ذرات مختلف
| مورد | توانایی رنگ دهی (%) | مقدار ذرات با اندازه متفاوت (%) | ||||
| 10-20 µm | 10-5 µm | 2.5-5 µm | 2.5-1.5 µm | µm 1.5> | ||
| 1 | 35 | 26 | 62 | 12 | 0 | 0 |
| 2 | 110 | 0 | 8 | 77 | 12 | 3 |
| 3 | 145 | 0 | 3 | 32 | 52 | 13 |
| 4 | 180 | 0 | 3 | 1 | 3 | 98 |
فرآیند تولید مستربچ‌های رنگی
روش تهیه مستربچ‌ها بدین صورت است که ابتدا رنگ‌دانه‌ها، Carrier و پخش کننده به وسیله مخلوط‌کنی با سرعت بالا مخلوط می‌شوند. در این حین هم‌زن ضمن خرد شدن ذرات درشت‌تر رنگ‌دانه، آن‌ها را با واکس پلی‌اتیلن و دیگر افزودنی‌ها پیش آغشته می‌کند. به طور همزمان به دلیل دمای حاصل از اصطکاک اختلاط، رنگ‌دانه‌ها به سطح ذرات پلیمر چسبیده و سطح پلاستی سایز شده ایجاد می‌کند. سپس این مخلوط به کمک اکسترودر دو پیچه ذوب و کاملا مخلوط می‌شود تا محصول رنگی یکنواختی ایجاد شود و با عبور از قالب اکسترودر و خرد کردن خروجی آن، گرانول‌های مستربچ حاصل شود.
در انتخاب اکسترودر دو پیچه مناسب برای تهیه مستربچ باید به این نکات توجه کرد:
- قطر دو پیچه اکسترودر برای تهیه مستربچ رنگی کم باشد. زیرا که قابلیت پراکندگی اکسترودر با پیچه کوچک‌تر بهتر از بزرگ‌تر است.
- استفاده از Screen Changers، برای آسان‌تر تهیه کردن مستربچ‌های رنگی مختلف استفاده شود.
نمونه‌هایی از فرمولاسیون مستربچ رنگی آورده در ذیل آورده شده است:
| مستربچ رنگی PP/PE | |||
|---|---|---|---|
| مقدار رنگ دانه (%) | مقدار پخش کننده (%) | مقدار (%)LDPE | |
| 30-10 | 30-50 | 40 | رنگ قرمز |
| 30-10 | 10-30 | 60 | رنگ زرد |
| 30-20 | 30-40 | 40 | رنگ آبی |
| مستربچ رنگی PS/ABS | |||
|---|---|---|---|
| مقدار رنگ دانه(%) | مقدار پخش کننده (%) | مقدار (%)HIPS | رنگ |
| 20-10 | 10-20 | 70 | رنگ قرمز |
| 30-10 | 10-30 | 60 | رنگ زرد |
| 40-20 | 20-40 | 40 | رنگ آبی |
