Процесс производства мастербатча: От сырьевого пигмента до готового продукта

Обзор производственного процесса суперконцентрата

Производственный процесс суперконцентрата превращает сырьевые пигменты, смолы-носители и добавки в однородные, удобные в использовании гранулы, которые переработчики пластмасс могут дозировать непосредственно в своё оборудование. Качество производственного процесса напрямую определяет качество дисперсии, стабильность цвета и перерабатываемость готового суперконцентрата. Это руководство предоставляет подробный технический разбор каждого этапа.

Этап 1: Подготовка и тестирование сырья

Каждая рецептура суперконцентрата начинается с выбора сырья и предварительной обработки:

Материал	Функция	Предварительная обработка
Пигмент	Обеспечивает цвет или функциональное свойство	Анализ размера частиц, тест на влажность, проверка красящей способности
Смола-носитель	Инкапсулирует и несёт пигмент	Проверка индекса расплава, влажность, выбор первичный/PCR
Диспергатор	Способствует смачиванию и диспергированию пигмента	Проверка совместимости с носителем
Добавка	Функциональные характеристики (УФ, антистатика и т. д.)	Проверка термостабильности, анализ активного содержания
Технологическая добавка	Улучшает поток экструзии и качество гранул	Оптимизация совместимости и дозировки

Сырьё отвешивается в соответствии с рецептурой с использованием оборудования точного дозирования. Точность ±0,1% требуется для цветокритичных рецептур для поддержания стабильности от партии к партии.

Этап 2: Предварительное смешивание и преддиспергирование

Предварительное смешивание критично для достижения равномерного распределения пигмента перед экструзией. Используются два подхода:

Высокоскоростной смеситель (стандартный)

Пигмент, смола-носитель (порошок или гранулы), диспергатор и добавки смешиваются в высокоскоростном интенсивном смесителе (Henschel или аналогичном) при 1000–3000 об/мин в течение 3–8 минут. Трение от нагрева размягчает поверхность смолы-носителя, позволяя частицам пигмента прилипать к поверхности смолы. Этот эффект «обволакивания» улучшает стабильность подачи в экструдер и предотвращает пыление пигмента.

Внутренний смеситель Бэнбери (высоконаполненные рецептуры)

Для рецептур с содержанием пигмента выше 50% внутренний смеситель Бэнбери обеспечивает более интенсивное преддиспергирование. Бэнбери использует два ротора, вращающихся навстречу друг другу в закрытой камере, прикладывая высокое сдвиговое усилие для разрушения агломератов пигмента перед экструзией. Это необходимо для белого суперконцентрата с высоким содержанием TiO2 и чёрного суперконцентрата с высоким содержанием технического углерода.

Этап 3: Компаундирование на двухшнековом экструдере

Основа производства суперконцентрата — компаундирование на двухшнековом экструдере. Предварительная смесь подаётся в коаксиальный двухшнековый экструдер (TSE) со следующими ключевыми параметрами:

Параметр	Типичный диапазон	Функция
Диаметр шнека	35–130 мм	Определяет производительность (50–3000 кг/ч)
L/D соотношение	40:1 до 48:1	Больше L/D = лучше дисперсия
Скорость шнека	300–800 об/мин	Выше скорость = выше сдвиг
Температура цилиндра	160–300°C	Подбирается под смолу-носитель
Вакуумная дегазация	-0,08 МПа	Удаляет влагу и летучие вещества
Сеточный фильтр	80–200 меш	Фильтрует недиспергированные агломераты

Конфигурация шнека

Двухшнековые экструдеры используют модульные шнековые элементы, которые могут быть скомпонованы для оптимизации процесса компаундирования:

• Транспортные элементы: Транспортируют материал через цилиндр
• Крутильные блоки: Обеспечивают высокий сдвиг для диспергирования и смачивания пигмента
• Обратные элементы: Создают противоток для смешивания и времени пребывания
• Смешивальные кольца: Распределительное смешивание для равномерного распределения добавок

Типичная конфигурация шнека для суперконцентрата: транспортная зона → зона кручения (высокий сдвиг) → транспортная зона → зона смешивания → зона дегазации → транспортная зона → головка.

Этап 4: Экструзия жил и гранулирование

Расплавленная масса выходит из экструдера через фильеру с множеством отверстий (обычно 20–100 отверстий, диаметр 3–5 мм). Жилы:

1. Охлаждаются в водяной ванне при 15–25°C на длине 1–3 метра
2. Обдуваются воздухом для удаления поверхностной воды
3. Нарезаются гранулятором на цилиндрические гранулы длиной 2–4 мм

Альтернативные методы гранулирования:

• Подводное гранулирование: Жилы нарезаются в заполненной водой головке, производя сферические гранулы. Лучше для липких или мягких рецептур.
• Горячая резка: Расплавленный материал нарезается на выходе из головки вращающимся ножом. Используется для низковязких рецептур.

Этап 5: Контроль и тестирование качества

Каждая партия суперконцентрата проходит строгий контроль качества:

Тест	Метод	Спецификация
Измерение цвета	CIELAB спектрофотометр (D65, 10°)	Delta E < 1,0 vs стандарт
Дисперсия	Микроскопический контроль при 100x	Без агломератов выше 10 мкм
Индекс расплава	ASTM D1238	В пределах спецификации
Влажность	Титрование по Карлу Фишеру	Ниже 0,1% (ниже 0,02% для PET)
Содержание пигмента	Зольный тест (муфельная печь)	±1% от целевого
Фильтр-давление (FPV)	Экструзионный сеточный тест	Ниже 50 бар при 25 кг

Этап 6: Упаковка и хранение

Готовые гранулы суперконцентрата упаковываются для сохранения качества:

• 25 кг влагонепроницаемые мешки: Внутренний PE-лайнер + наружный тканый мешок
• 500 кг или 1000 кг биг-бэги: Для оптовых заказов, с влагозащитным лайнером
• Маркировка партии: Название продукта, номер партии, дата производства, штамп QC, код рецептуры
• Хранение: 15–30°C, сухое, вдали от прямого солнечного света, срок хранения 12–24 месяца

Стандарты производства

Ключевые стандарты, регулирующие производство суперконцентрата:

• ISO 9001:2015 — Система менеджмента качества
• ISO 14001 — Система экологического менеджмента
• ISO 14021 — Экологические этикетки и декларации
• REACH — Регламент химической безопасности ЕС
• FDA 21 CFR 178.3297 — Пищевые красители (США)
• EU 10/2011 — Пластик для пищевого контакта (ЕС)

Заключение

Производственный процесс суперконцентрата — сложная многостадийная операция, требующая точного контроля рецептуры, смешивания, экструзии, гранулирования и тестирования качества. Каждый этап напрямую влияет на качество готового продукта — особенно качество дисперсии и стабильность цвета. 25+ лет производственного опыта MHK Color и команда R&D из 15 человек обеспечивают стабильное производство высококачественного суперконцентрата для каждой партии.