Часто задаваемые вопросы об основах суперконцентратов (мастербатчей)

Суперконцентрат (мастербатч) для окрашивания — это гранулированный концентрированный краситель, в котором высококонцентрированные пигменты, носитель (несущая смола) и диспергирующие добавки заранее диспергированы на двухшнековом экструдере. При использовании его дозируют в натуральный (некрашеный) полимер в заданной пропорции, и окрашивание выполняется за один шаг: более равномерно, чем при прямом вводе пигмента, без пыли и с управляемым цветом. Сегодня это основной способ окрашивания пластмассовых изделий.

Суперконцентрат состоит из трёх частей: пигменты или красители (обеспечивают цвет, обычно 10–50%), носитель (несущая смола) — полимер, совместимый с окрашиваемым пластиком (30–70%), а также диспергирующие и технологические добавки (обеспечивают равномерное диспергирование пигментов и предотвращают агрегацию). Функциональные концентраты дополнительно несут функциональные добавки: антипирены, УФ-стабилизаторы, карбонат кальция и т.д.

Носитель (несущая смола) — это базовый полимер, который несёт пигменты и вводит их в окрашиваемую смолу. По принципу он должен совпадать с окрашиваемым пластиком или быть совместимым с ним: концентрат на носителе PE — для PE, на носителе PP — для PP, на носителе ABS — для ABS. Несовместимый носитель приводит к плохому диспергированию, отклонению цвета и снижению прочности — это первое правило выбора суперконцентрата.

Сухой пигмент — это чистый порошок красителя: он дешевле, но требует предварительного смешивания и диспергирования собственными силами, сильно пылит, даёт плохо контролируемую разницу оттенков и предъявляет высокие требования к технологии. В суперконцентрате пигменты уже преддиспергированы в носителе: применение чистое, воспроизводимость цвета высокая, смена цвета быстрая. За исключением очень больших объёмов или особых рецептур, большинство заводов литья под давлением и экструзии плёнки используют именно суперконцентраты.

Пигментная паста — это пастообразная дисперсия пигментов в жидкой среде, применяемая в основном в лакокрасочных материалах, типографских красках и жидких системах вроде пластизолей мягкого ПВХ. Суперконцентрат — это твёрдые гранулы для термопластов (PE, PP, ABS и др.) при литье под давлением, экструзии и выдувании плёнки. Это разные системы, которые нельзя просто взаимно заменять.

По цвету: чёрные, белые и цветные концентраты. По носителю: специализированные концентраты на носителях PE, PP, PVC, ABS, PA, PC и др. По функции: окрашивающие и функциональные концентраты (антипиренные, УФ-стабилизирующие, наполненные, антистатические, антибактериальные и т.д.). По области применения: универсальные и специализированные. При закупке сначала определяют носитель, затем цвет и в последнюю очередь функцию.

Универсальный концентрат использует носитель с широкой совместимостью (например, EVA или комбинированную несущую смолу) и подходит для нескольких полимеров: его удобно держать на складе, но диспергирование и цветовая концентрация являются компромиссом. Специализированный концентрат имеет носитель, идентичный окрашиваемому полимеру: оптимальные концентрация и диспергирование при меньшей дозировке. Для основных продуктов рекомендуем специализированные концентраты, а универсальные — для многономенклатурных мелких партий.

У обычных чёрных концентратов содержание сажи 20–50%, у белых — диоксида титана 30–70%, у цветных — пигментов 10–40%. Чем выше содержание, тем ниже дозировка, но чрезмерно высокое ухудшает диспергирование и удорожает продукт. При выборе смотрите на два показателя: соответствие укрывистости целевому цвету и соответствие дисперсионной способности вашего оборудования.

Суперконцентрат дороже равного количества сухого пигмента, однако совокупная стоимость часто ниже: дозировка мала (обычно 1–4%), нет потерь от пыли, не нужны трудозатраты на предварительное смешивание, меньше переделок из-за отклонений цвета, короче время промывки при смене цвета. Для серийных заказов со стабильными требованиями к качеству выигрыш в доле годной продукции перекрывает разницу в цене.

Суперконцентраты подходят практически для всех технологий переработки термопластов: литьё под давлением, экструзия плёнки (выдувная и рукавная), литьё плоских пленок и листов, экструзия труб и профилей, выдувное формование, производство мононитей, ротационное формование, вспенивание и др. Разница лишь в том, что носитель и термостойкость пигментов должны соответствовать температуре переработки: для высокотемпературных полимеров типа PA и PC нужны специализированные концентраты, выдерживающие свыше 280°C.

Masterbatch — это суперконцентрат (мастербатч, концентрат-краситель): концентрированные гранулы, в которых пигменты или добавки заранее диспергированы в высокой концентрации в носителе (несущей смоле). В англоязычной терминологии color masterbatch — окрашивающий концентрат, additive/filler masterbatch — функциональные и наполненные концентраты.

Суперконцентрат решает задачу ввода цвета и добавок при дозировке в несколько процентов, тогда как модифицированные пластики (например, стеклонаполненный PA66 или антипиренный PPS) используются непосредственно как сырьё для силовых деталей. Обычно они применяются вместе: сначала выбирается нужная марка модифицированного материала, затем он окрашивается соответствующим суперконцентратом — наши два бизнес-направления покрывают всю эту цепочку.

Для изделий из PE — концентрат на носителе PE (часто применяется при экструзии плёнки, выдувном и ротационном формовании), для изделий из PP — концентрат на носителе PP (типично для литья домашней тары и контейнеров), для изделий из ABS — концентрат на носителе ABS (корпуса бытовой техники, игрушки). Перед использованием концентрата с другим носителем обязательно проводите опытное окрашивание для проверки диспергирования и стойкости цвета.

В белом концентрате пигментом служит диоксид титана (в основном рутильной формы); ключевые показатели — содержание TiO2, укрывистость и белизна. В чёрном концентрате пигмент — сажа; ключевые показатели — концентрация сажи, глубина чёрного и синий оттенок. Это две самые массовые категории, обе всегда есть на складе.

Функциональный суперконцентрат — это гранулы, в которых функциональные добавки (антипирены, УФ-стабилизаторы, антиоксиданты, карбонат кальция, антистатики, антибактериальные агенты и др.) заранее диспергированы в высокой концентрации в носителе. Применяется так же, как окрашивающий концентрат: дозируется в полимер для придания определённого свойства. В отличие от прямого ввода порошковых добавок он обеспечивает более равномерное диспергирование и точное дозирование.

Высококонцентрированный концентрат требует низкой дозировки (0,5–2%): при том же окрашивании суммарный расход меньше, влияние на свойства базового полимера минимально, а затраты на транспортировку и хранение снижаются. Это оптимально для больших стабильных заказов. Но требования к диспергированию выше: нужна правильная смесь и достаточный сдвиговый шнек. Для малых партий или простого оборудования подойдут концентраты средней и низкой концентрации.

Смотрите на пять моментов: равномерность диспергирования пигментов (разрежьте гранулу и проверьте срез на цветовые пятна и агрегаты), соответствие концентрации и укрывистости эталонному образцу, совместимость носителя с вашим полимером, отсутствие примесей и чёрных точек, стабильность межпартионной разницы оттенков (диапазон контроля ΔE). Требуйте от поставщика COA, а также данные по термостойкости и миграции.

Сам суперконцентрат химически стабилен; в нераспечатанной упаковке при сухом хранении наилучшие результаты достигаются в течение примерно 2 лет. Увлажнение, прямое солнце и повреждённая упаковка ухудшают свойства; увлажнённые гранулы перед переработкой рекомендуется сушить около 2 часов при 80°C. Просроченный концентрат сначала проверьте опытным окрашиванием на цвет и диспергирование, и только потом решайте, использовать ли его.

Храните в заводской герметичной упаковке в прохладном сухом складе, вдали от солнечных лучей и осадков, не смешивая с летучими химическими веществами. После вскрытия используйте как можно быстрее и повторно закрывайте упаковку. Рекомендуемая температура хранения — не выше 40°C, вдали от источников тепла. В сезон повышенной влажности следите за защитой от влаги, при необходимости храните на поддонах, приподнятых над полом.

Основные источники чёрных точек: плохое диспергирование и агрегация сажи или пигментов, деструкция носителя, карбонизация застойных масс в оборудовании, загрязнение вторичным сырьём. Решение: повысить уровень диспергирования концентрата, снизить время пребывания при температуре переработки, регулярно чистить шнек и формующие каналы, а также контролировать чистоту вторичного сырья на входе.

Распространённые методы: микроскопия прессованного образца с оценкой размера и распределения частиц пигмента, выдувание тонкой плёнки с подсчётом плотности цветных точек (шт/м²), литьё стандартных цветных плиток под давлением со сравнением глянца и разницы оттенков. При закупке можно сделать сравнительное пробное окрашивание по одинаковой рецептуре на собственном оборудовании — разница в диспергировании будет очевидна.

Базово проверяют RoHS (шесть тяжёлых металлов), REACH (вещества SVHC), галогены, фталаты; для контакта с пищевыми продуктами — перечни пигментов по FDA 21 CFR или EU 10/2011; для игрушек — EN71-3. Запрашивайте у поставщика соответствующие протоколы испытаний. Мы стандартно поставляем концентраты, соответствующие RoHS/REACH, пищевой класс — по отдельному запросу.

Пищевой суперконцентрат — это концентрат, все пигменты, носители и добавки которого соответствуют законодательству о контакте с пищевыми продуктами (например, FDA 21 CFR, EU 10/2011, GB 9685). Используется для пищевой упаковки, посуды, стаканов и т.п. Ключевое условие — пигменты из разрешённого перечня и соблюдение общего лимита миграции. При выборе обязательно письменно подтверждайте назначение и версию регламента.

Да, окрашивание вторсырья концентратами очень распространено. Обратите внимание на три момента: вторичное сырьё само по себе имеет желтовато-серый базовый оттенок, поэтому рецепт корректируется по фактическому подцвету; носитель вторичного сырья может отличаться от исходного полимера — совместимость подтверждается пробным окрашиванием; во вторсырье много примесей, поэтому рекомендуется применять фильтрующие сетки, а концентрацию концентрата немного повышать для компенсации подцвета.

Да. Предоставьте номер Pantone или физический образец: колорист с помощью спектрофотометра построит целевые значения Lab, подберёт комбинацию термостойких и светостойких пигментов, изготовит опытный образец, а затем подтвердит цвет на стандартной плитке. Обычный срок изготовления образцов — 2–5 рабочих дней; сложные металлик и перламутровые цвета требуют дополнительного цикла подстройки.

Безгалогенный суперконцентрат — это концентрат без галогенных антипиренных систем и галогенсодержащих пигментов, обычно применяется вместе с безгалогенными антипиренными полимерами в электронной и электротехнической отрасли. Требуется содержание галогенов (Cl+Br) ниже нормы клиента (часто предел 900 ppm/1500 ppm); при закупке запрашивайте протокол испытаний на галогены от сторонней лаборатории.

В paint-free смолах эффектные пигменты вводятся напрямую в модифицированный материал: сильный глянцевый металлический эффект без потёков, но высокая цена и ограниченная палитра. Суперконцентрат даёт гибкость, низкую стоимость и быструю смену цвета, однако для металлического эффекта критично согласование носителя и технологии. Для дорогих декоративных деталей выбирайте paint-free, для гибкого многоколорного производства — суперконцентрат.

Не обязательно. Дорогие концентраты обычно содержат пигменты более высокого сорта, выше по концентрации и лучше диспергированы, но если ваша продукция — обычные силовые детали, достаточно обычного концентрата с хорошим соотношением цена/качество. Правило выбора по назначению: для уличных изделий главное — атмосферостойкость, для пищевых — соответствие регламентам, для декоративных — диспергирование и контроль ΔE. Тратьте бюджет на ключевые показатели.

Гранулы суперконцентрата обычно нарезаются в виде цилиндров длиной 2–5 мм и диаметром 2–3 мм — близко к форме гранул стандартных полимеров для удобства смешивания. Неравномерная форма или избыток пыли вызывают колебания при дозировании; проверка однородности гранул при приёмке — простой первичный контроль качества.

По-настоящему универсального суперконцентрата не существует. Так называемые универсальные концентраты используют комбинированный носитель широкой совместимости, покрывающий PE/PP/PS/ABS и другие распространённые базовые полимеры, но для инженерных пластиков типа PA, PC и POM диспергирование и совместимость заметно ухудшаются, а также возникает риск снижения прочности и расслоения. Для инженерных пластиков обязательны соответствующие специализированные концентраты.