Il masterbatch colorato (noto anche come "masterbatch di colore" o "masterbatch di pigmenti") è un nuovo tipo di agente colorante specializzato per materiali polimerici, anche definito "preparazione di pigmenti". I masterbatch colorati sono utilizzati principalmente nelle applicazioni per materie plastiche. Un masterbatch è costituito da tre componenti fondamentali: pigmenti (o coloranti), un vettore e additivi, ed è prodotto come un aggregato in cui una concentrazione supernormale di pigmento è uniformemente dispersa all'interno di una matrice di resina. Può essere descritto come un "concentrato di pigmento"; di conseguenza, il suo potere colorante è significativamente superiore a quello del pigmento grezzo stesso. Durante il processo, una piccola quantità di masterbatch viene miscelata con resina non colorata per produrre una resina colorata o un prodotto finito che raggiunge la concentrazione di pigmento desiderata.

1. Componenti di base di Masterbatch di colore

1.1 Pigmenti o coloranti

I pigmenti vengono ulteriormente classificati in pigmenti organici e pigmenti inorganici.
I pigmenti organici comunemente usati includono: Rosso ftalocianina, Blu ftalocianina, Verde ftalocianina, Rosso rapido, Rosso macromolecolare, Giallo macromolecolare, Giallo permanente, Violetto permanente, Rosso azoico, ecc. I pigmenti inorganici comunemente usati includono: Rosso cadmio, Giallo cadmio, Biossido di titanio, Nero di carbonio, Ossido di ferro rosso, Ossido di ferro giallo, ecc.

1.2 Vettore

Questo funge da matrice (materiale di base) per il masterbatch di colore. Per i masterbatch speciali, la resina selezionata come vettore è in genere dello stesso tipo di resina utilizzata nel prodotto finale; ciò garantisce una compatibilità ottimale tra i due materiali, sebbene sia necessario tenere in considerazione anche le proprietà di fluidità del vettore.

1.3 Disperdente

I disperdenti facilitano la distribuzione uniforme dei pigmenti e ne impediscono la riagglomerazione. Un disperdente dovrebbe avere un punto di fusione inferiore a quello della resina veicolante, presentare un'eccellente compatibilità con la resina e possedere una forte affinità per il pigmento. I disperdenti più comunemente utilizzati sono le cere di polietilene a basso peso molecolare e gli stearati.

1.4 Additivi

Questi includono vari agenti funzionali come ritardanti di fiamma, sbiancanti, agenti antimicrobici, agenti antistatici e antiossidanti; questi vengono in genere incorporati solo quando specificamente richiesto dal cliente.
In circostanze normali, i masterbatch di colore non contengono gli additivi sopra menzionati.

2 Sviluppo storico

Il masterbatch colorato è emerso negli anni '1960 come un nuovo prodotto colorante per materie plastiche e fibre. Si tratta di un composito polimerico ottenuto disperdendo uniformemente una concentrazione supernormale di pigmento all'interno di una matrice di resina. I componenti principali di un masterbatch colorato sono l'agente colorante (pigmento/tintura), il veicolo e il disperdente.

2.1 Crescita della domanda di mercato e distribuzione industriale

Secondo i dati disponibili, il tasso di crescita medio annuo della domanda di masterbatch negli altri paesi asiatici si aggira intorno al 7-9%; al contrario, nel mio paese il tasso di crescita medio annuo della domanda è di circa il 20%. Si prevede che la Cina diventerà il mercato a più rapida crescita in termini di domanda di masterbatch. Il mio paese si è già affermato come il maggiore produttore e consumatore nel mercato asiatico dei masterbatch. Attualmente, nel mio paese operano 330 imprese impegnate nella produzione di masterbatch; di queste, 300 sono dedicate ai masterbatch per materie plastiche, mentre 30 si concentrano sui masterbatch per fibre. Questi impianti di produzione sono principalmente concentrati in province e municipalità come Fujian, Guangdong, Shandong, Zhejiang, Jiangsu, Shanghai, Liaoning, Tianjin, Pechino e Hebei.

2.2 Lacune tecnologiche, sviluppo del prodotto e direzioni future

Nei paesi dotati di tecnologie avanzate per la produzione di masterbatch, esiste una vasta gamma di materie prime, tra cui pigmenti e disperdenti, che porta alla formazione di una struttura di prodotto caratterizzata da serializzazione e specializzazione. In termini di sviluppo del prodotto, i produttori cinesi di masterbatch hanno sviluppato con successo masterbatch specializzati per applicazioni quali fibre, film, fili e cavi, poliolefine, PVC e prodotti stampati a iniezione. Gli esperti del settore prevedono che lo sviluppo futuro dei masterbatch si orienterà verso la multifunzionalità, concentrazioni di pigmenti più elevate e una maggiore sofisticazione tecnologica, con un'evoluzione dei masterbatch che procederà di pari passo con i progressi delle tecnologie di produzione.

3. Vantaggi dell'utilizzo di masterbatch colorati

3.1 Migliora la dispersione del pigmento nei prodotti finiti

Durante il processo di produzione del masterbatch, i pigmenti vengono sottoposti a un trattamento di raffinazione volto a migliorarne sia la disperdibilità che il potere colorante. La resina veicolante in un masterbatch specializzato è identica al tipo specifico di plastica utilizzato nel prodotto finale; ciò garantisce un'eccellente compatibilità, consentendo alle particelle di pigmento di disperdersi uniformemente nella matrice plastica del prodotto una volta riscaldata e fusa.

3.2 Facilita la conservazione della stabilità chimica del pigmento

Se i pigmenti grezzi vengono utilizzati direttamente, durante lo stoccaggio e la lavorazione sono esposti all'aria, il che li rende suscettibili all'assorbimento di umidità, all'ossidazione e ad altri fenomeni di degradazione. Tuttavia, quando vengono formulati in un masterbatch, il veicolo a base di resina isola efficacemente il pigmento dall'aria e dall'umidità, garantendo così la stabilità e la qualità del pigmento nel tempo.

3.3 Garantisce la coerenza del colore nei prodotti finiti

I granuli di masterbatch colorato hanno dimensioni e forma simili ai granuli di resina, il che rende il dosaggio e la misurazione più comodi e precisi. Durante la miscelazione, non aderiscono alle pareti del contenitore e si mescolano in modo più uniforme con la resina. Di conseguenza, ciò garantisce un rapporto di additivi costante, assicurando così una qualità del colore uniforme nei prodotti finali.

3.4 Tutela la salute dell'operatore

I pigmenti si presentano tipicamente in polvere e tendono a disperdersi nell'aria durante le fasi di aggiunta e miscelazione; se inalate, queste particelle aerodisperse possono rappresentare un rischio per la salute degli operatori.

3.5 Resistenza al calore

La resistenza al calore di un masterbatch di colore specializzato è generalmente calibrata in base alla specifica plastica utilizzata nel prodotto finale, consentendo un utilizzo sicuro e affidabile alle normali temperature di esercizio. Tuttavia, lo scolorimento, in misura variabile, può verificarsi in due circostanze specifiche: (1) se la temperatura di lavorazione supera l'intervallo di funzionamento normale; o (2) se la macchina rimane inattiva (spenta) per un periodo prolungato.

4. Qual è la differenza tra colorazione per granulazione e colorazione con masterbatch?

Rispetto al metodo di colorazione per granulazione, la colorazione con masterbatch offre i seguenti vantaggi:

• Processo in un'unica fase: la colorazione e lo stampaggio del prodotto vengono completati simultaneamente in un unico passaggio. Ciò elimina il ciclo di riscaldamento aggiuntivo richiesto per la plastica durante il processo di colorazione per granulazione, contribuendo così a preservare la qualità e l'integrità dei prodotti in plastica.
• Semplificazione del processo: ottimizza e semplifica l'intero flusso di lavoro produttivo per i prodotti in plastica.
• Notevole risparmio energetico: consente un notevole risparmio nel consumo di energia elettrica.

4.1 I prodotti colorati con masterbatch non sbiadiranno mai?

Nessun prodotto è assolutamente immune allo sbiadimento; anche i prodotti colorati con masterbatch possono subire scolorimento. Tuttavia, il grado di sbiadimento varia a seconda della specifica tipologia e qualità del prodotto: in alcuni casi, lo sbiadimento può essere piuttosto evidente, mentre in altri può essere appena percettibile.

4.2 Masterbatch generico vs. Masterbatch specializzato

• Masterbatch specializzato: un masterbatch formulato specificamente per il prodotto in plastica di un utente; viene prodotto utilizzando lo *stesso tipo* di plastica del prodotto finale come resina veicolante. Ad esempio, i masterbatch colorati per PP e i masterbatch colorati per ABS utilizzano rispettivamente PP e ABS come resine veicolanti.
• Masterbatch di colore universali: anche questi utilizzano una resina specifica (spesso PE a basso punto di fusione) come veicolo; tuttavia, sono progettati per essere adatti alla colorazione di resine *diverse* dalla loro resina veicolo.

Sebbene i masterbatch di colore universali siano relativamente semplici e comodi da usare, presentano numerosi svantaggi; pertanto, si consiglia generalmente di optare per masterbatch di colore specifici per l'applicazione.

4.3 Perché molte aziende scelgono di non produrre masterbatch di colore universali?

A livello globale, la stragrande maggioranza dei produttori di masterbatch colorati di buona reputazione in genere non produce masterbatch colorati universali.
I masterbatch di colore universali presentano una serie di svantaggi. In realtà, la portata "universale" di questi prodotti è piuttosto limitata e tendono a mostrare prestazioni tecniche ed efficienza economica inferiori. Nello specifico, tali carenze si manifestano come segue:

• Scarsa prevedibilità dei risultati della colorazione

La funzione principale di un masterbatch di colore è quella di conferire colore. Tuttavia, i pigmenti contenuti in un masterbatch di colore universale possono presentare diverse tonalità o sfumature a seconda del tipo di plastica utilizzata; di conseguenza, è difficile prevedere con precisione l'effetto cromatico finale.

• Impatto negativo su altre proprietà dei prodotti in plastica

Ciò è particolarmente vero per quanto riguarda la resistenza meccanica; i prodotti colorati con masterbatch universali sono più soggetti a deformazioni e incurvamenti, un problema che si accentua soprattutto quando si lavora con tecnopolimeri.

• Costo più alto

Per garantire la loro compatibilità "universale" con diverse resine, i masterbatch di colore universali spesso utilizzano pigmenti con valori di resistenza al calore eccezionalmente elevati, una pratica che frequentemente si traduce in inutili sprechi di materiale e in un aumento dei costi di produzione.

4.4 Un masterbatch può fornire funzioni aggiuntive oltre alla semplice colorazione?

Sì, un masterbatch di colore può effettivamente incorporare diverse di queste funzionalità contemporaneamente, a condizione che l'impianto di produzione riceva specifiche indicazioni in tal senso.
Occasionalmente, anche se il cliente non li ha esplicitamente richiesti, il produttore di masterbatch colorati può raccomandare l'aggiunta di determinati agenti ausiliari in base alle esigenze specifiche del prodotto finale (ad esempio, l'incorporazione di agenti sbiancanti nella formulazione del masterbatch). Naturalmente, l'inclusione di tali additivi comporterà un aumento del costo complessivo del prodotto.

5. Come utilizzare i masterbatch di colore?

L'utilizzo dei masterbatch colorati è un processo molto semplice: è sufficiente mescolare i granuli di masterbatch con i granuli di resina base secondo le proporzioni prescritte; in genere è sufficiente una semplice miscelazione manuale.
Durante il funzionamento delle apparecchiature di processo (come presse a iniezione o estrusori), è necessario osservare attentamente i seguenti punti:

• Il cilindro (o camera) di miscelazione di una pressa a iniezione o di un estrusore è in genere costituito da diverse zone di temperatura. La zona più vicina alla tramoggia di alimentazione del materiale deve essere mantenuta a una temperatura leggermente superiore rispetto alle altre. Ciò garantisce che il masterbatch di colore si fonda rapidamente all'ingresso nella camera di miscelazione, facilitandone così una dispersione rapida e uniforme nella resina plastica, un fattore critico per ottenere un'eccellente dispersione del pigmento nel prodotto stampato finale.
• Applicare una contropressione adeguata alla pressa a iniezione; ciò migliora l'efficienza di miscelazione della vite e facilita la dispersione del pigmento. Un effetto collaterale dell'applicazione della contropressione, tuttavia, è una leggera riduzione della velocità di iniezione.
• Un leggero aumento della temperatura della testa di estrusione può migliorare la lucentezza superficiale del prodotto finito.

6. Come determinare il rapporto di utilizzo per i masterbatch di colore?

Il criterio principale per determinare il rapporto di utilizzo del masterbatch di colore è il raggiungimento di un effetto cromatico soddisfacente. Finché la superficie del prodotto finito presenta una tonalità uniforme, priva di striature o macchie, il risultato è considerato accettabile. I rapporti di utilizzo del masterbatch di colore possono essere selezionati in base alle linee guida riportate di seguito:

• 1:100 — A meno che le apparecchiature di lavorazione non possiedano eccezionali capacità di miscelazione, questo rapporto può facilmente causare una dispersione non uniforme del pigmento; pertanto, in genere sconsigliamo ai clienti di utilizzare questo rapporto.
  Tuttavia, a causa delle pressioni sui costi, alcuni clienti richiedono espressamente l'utilizzo di masterbatch colorati con questo rapporto. Tenendo conto degli interessi dei nostri clienti, produciamo un volume significativo di masterbatch concentrati a basso rapporto, e la dispersione del pigmento ottenuta in genere soddisfa comunque gli standard richiesti.
• 1:50 — Utilizzato per prodotti in plastica con requisiti di colorazione standard; questo rapporto è frequentemente impiegato per masterbatch colorati in PE e PP.
• Da 1:33 a 1:25 — Utilizzato per prodotti in poliolefina (PO) con requisiti di colorazione più elevati, nonché per prodotti in ABS con requisiti di colorazione da bassi a standard.
• 1:20 — Utilizzato per prodotti in plastica di alta gamma (inclusi materiali PO e ABS); questo rapporto è ampiamente applicabile a vari processi come lo stampaggio a iniezione, lo stampaggio a soffiaggio e la filatura di fibre.
• Rapporto superiore a 1:20: generalmente utilizzato per colorare contenitori di cosmetici di alta gamma; questo rapporto è spesso impiegato su macchine per lo stampaggio a iniezione di dimensioni più ridotte.

7. Come calcolare il costo dell'utilizzo dei masterbatch di colore?

Nel calcolo del costo di colorazione tramite masterbatch, il peso del masterbatch stesso deve essere detratto dal peso totale del materiale. Ad esempio: se si aggiungono 2 kg di masterbatch colorato a 100 kg di resina plastica, il peso totale diventa 102 kg. Supponendo che la resina abbia un prezzo di $ 1.40/kg e il masterbatch di $ 2.86/kg,
L'aumento dei costi attribuibile all'utilizzo del masterbatch in quei 102 kg di prodotto in plastica è:
2 kg × (2.86 $/kg – 1.40 $/kg) = 2.92 $
Convertito in un aumento di costo per 100 kg di prodotto in plastica, ciò equivale a:
(2.86 $ / 102 kg) × 100 kg = 2.80 $

7.1 L'utilizzo di masterbatch colorati aumenta i costi del prodotto?

Nella maggior parte dei casi, sì. Tuttavia, in determinate situazioni, l'utilizzo di masterbatch di colore per la colorazione risulta effettivamente più economico rispetto all'impiego di pigmenti colorati grezzi (polveri). Questo perché un colorista può ottenere lo stesso effetto cromatico di un pigmento costoso utilizzando una combinazione di diversi pigmenti a basso costo.
Occorre inoltre tenere in considerazione due fattori aggiuntivi:

• In molti casi, quando i produttori di materie plastiche utilizzano pigmenti grezzi per la corrispondenza dei colori, i pigmenti specifici selezionati non sono necessariamente le opzioni più economiche. Inoltre, a causa della scarsa familiarità con i pigmenti, è molto comune che i produttori si impegnino in numerosi tentativi ed errori durante il processo di corrispondenza dei colori, con conseguente notevole spreco di manodopera e materiali. Questo problema viene completamente evitato con l'utilizzo di masterbatch colorati.
• I prodotti colorati con masterbatch sono generalmente considerati di qualità superiore rispetto a quelli colorati con pigmenti grezzi; di conseguenza, hanno un prezzo di vendita più elevato. Questo sovrapprezzo spesso supera il costo aggiuntivo derivante dall'utilizzo del masterbatch, il che significa che quest'ultimo può effettivamente generare un "profitto". Da questo punto di vista, l'utilizzo di masterbatch colorati può, in determinate circostanze, rivelarsi l'opzione più "economica" rispetto all'utilizzo di pigmenti grezzi.

8. Il masterbatch colorato necessita di asciugatura prima dell'uso?

In genere, il masterbatch colorato non richiede essiccazione e può essere utilizzato direttamente. Fanno eccezione, tuttavia, i masterbatch destinati all'uso con resine ABS e NY (Nylon), che devono essere essiccati secondo i protocolli di lavorazione standard. Il masterbatch colorato può essere conservato per lunghi periodi.

I pigmenti contenuti nel masterbatch sono dispersi e fissati all'interno di una resina veicolante, rimanendo di fatto in uno stato sigillato; pertanto, la loro qualità si mantiene inalterata anche dopo una conservazione prolungata. Ciononostante, è consigliabile conservarli in un ambiente fresco e asciutto.

Sintesi

Il masterbatch colorato è un materiale fondamentale sia per la colorazione che per la modifica funzionale nella produzione di prodotti in plastica. Sottoponendo pigmenti, resine veicolanti, disperdenti e additivi funzionali a un processo di pre-dispersione, questo prodotto facilita il raggiungimento di una colorazione stabile, uniforme ed esteticamente gradevole nei prodotti in plastica durante la produzione. Per le aziende produttrici di plastica, la scelta del masterbatch appropriato è una decisione cruciale che incide non solo sull'estetica del prodotto, ma anche sulla stabilità della produzione e sulla soddisfazione del cliente. Per qualsiasi esigenza in merito, non esitate a contattarci. contattare NuoxinSiamo pronti a fornirvi servizi tecnici professionali.