مستربچ سیاه (Black Masterbatch) یکی از مهمترین افزودنیهای صنعتی در تولید محصولات پلاستیکی است و تقریباً در تمام کارخانههای تولید قطعات پلیمری، لوله، فیلم، کابل و قطعات تزریقی استفاده میشود.
مستربچ سیاه یک ترکیب غلیظ (کنسانتره) از دودهی کربن (Carbon Black) در داخل یک پلیمر پایه (Carrier Resin) است که همراه با مواد افزودنی مثل پایدارکننده، آنتیاکسیدانت و روانکننده در اکسترودر تولید میشود.
در واقع، این مستربچ نوعی پودر یا گرانول مشکیرنگ است که هنگام تولید محصول پلاستیکی، به مقدار کم (معمولاً ۲ تا ۵ درصد) به مادهی اصلی اضافه میشود تا رنگ، مقاومت نوری و خواص فیزیکی محصول حفظ شود.
برای خرید مستربچ سیاه و استعلام قیمت با شماره مهندس اصغری 09124587915 تماس بگیرید.
کاربردهای مستربچ سیاه
در لوله های پلی اتیلن، مستربچ سیاه به وفور استفاده می شود. این لوله ها برای انتقال آب، سیالات، گازها، روغن، مواد صنعتی و تمام موادی که قابلیت جاری شدن دارند استفاده می شود. جزء مشترک همه ی لوله های پلی اتیلن، گرانول پلی اتیلن سنگین است. پلی اتیلن سنگین (پرچگال) یا HDPE از پلیمر های خنثی است که مقاوت شیمیایی و مقاومت خوردگی خوبی دارد.
به علاوه پلی اتیلن سنگین خواص مکانیکی خیلی خوبی دارد که ما تمایل داریم در تولید لوله های با فشار بالا از آن استفاده کنیم.
با توجه به گرید پلیمر مورد استفاده لوله تولیدی خواص متفاوتی خواهد داشت. گرانول PE80 ,PE 100 از موادی هستند که برای تولید لوله استفاده می شوند.
برای تولید گرانول پلی اتیلن سنگین گرید لوله، پلیمر را با مستربچ سیاه (دوده یا کربن بلک) آمیزه سازی می کنند. بنابراین جز اصلی دیگر لوله پلی اتیلن، دوده صنعتی یا کربن بلک یا مستربچ سیاه است.
مستربچ سیاه شامل کربن بلک یا دوده سیاه، گرانول پلی اتیلن یا هر گرانول دیگری جهت پایه و دیگر افزودنی ها همچون آنتی اکسیدانت و لوبریکانت ها خواهد بود. 25 تا 40 درصد مستربچ را کربن بلک تشکیل می دهد. پلی اتیلن مورد استفاده میتواند HDPE یا دیگر گریدها با توجه به نیاز مشتریان باشد.
فرمولاسیون رایج در مستربچ سیاه
فرمولاسیون مستربچ مشکی (Black Masterbatch) پایه اصلی تولید محصولات مشکی پلیمری (مثل لوله، فیلم، قطعات تزریقی و غیره) است و انتخاب درستش روی پراکنش رنگ، مقاومت نوری، پایداری حرارتی و هزینه نهایی تأثیر مستقیم دارد.
مستربچ مشکی یک ترکیب کنسانتره از دوده (Carbon Black) در یک پلیمر پایه (Carrier) به همراه افزودنیهای پراکنش و پایداری است که در فرآیند تولید محصولات پلیمری، به نسبتهای مشخص (معمولاً ۲ تا ۵ درصد) به ماده اصلی اضافه میشود.
| جزء | درصد وزنی معمول | توضیح عملکرد |
|---|---|---|
| دوده (Carbon Black) | 20 – 40% | عامل اصلی رنگ مشکی، همچنین افزایشدهنده مقاومت UV |
| پلیمر پایه (Carrier Resin) | 55 – 75% | معمولاً از همان نوع پلیمر محصول نهایی (مثل PE، PP، PS) انتخاب میشود |
| افزودنیهای پراکنش (Dispersing Agents) | 2 – 5% | برای توزیع یکنواخت دوده در ماتریس پلیمری |
| آنتیاکسیدانتها (Antioxidants) | 0.3 – 1% | جلوگیری از اکسیداسیون حرارتی در اکسترودر |
| پایدارکننده نوری (UV Stabilizer) | 0.1 – 1% | بهبود مقاومت در برابر تابش UV (در کاربردهای بیرونی مثل لوله و فیلم) |
| Lubricants (روانکنندهها) | 0.5 – 1% | بهبود جریان مذاب و خروج گازها در اکستروژن |
انواع دوده (Carbon Black) مورد استفاده
| نوع دوده | سطح ویژه (m²/g) | ویژگی و کاربرد |
|---|---|---|
| N330 | 80–100 | رنگ مشکی استاندارد، مناسب لوله و تزریق |
| N550 | 40–50 | برای فیلم و کاربردهای عمومی، پراکنش راحتتر |
| N660 | 30–40 | مقاومت نوری متوسط، مناسب قطعات ضخیمتر |
| N220 | 120–150 | مشکیتر و براقتر، اما پراکنش سختتر (کاربرد خاص) |
پلیمر پایه (Carrier Resin)
| نوع محصول نهایی | پلیمر پایه پیشنهادی در مستربچ |
|---|---|
| فیلم و بستهبندی | LDPE / LLDPE |
| لوله پلیاتیلنی | HDPE (ترجیحاً PE100 یا PE80) |
| قطعات تزریقی | PP یا HIPS |
| کابل و سیم | EVA یا PE نرم |
| ورق و لمینیت | PP یا PE سبک |
نمونه فرمولاسیون واقعی (برای لوله PE100 مشکی)
| جزء | درصد وزنی |
|---|---|
| دوده N330 | 35% |
| پلیاتیلن پایه (HDPE PE100) | 62% |
| آنتیاکسیدانت (Irgafos 168 + Irganox 1010) | 0.5% |
| UV Stabilizer (HALS + Benzotriazole) | 0.3% |
| Dispersant (Wax PE + Stearate) | 2.2% |
✅ نکات مهم در طراحی فرمول
- پراکنش دوده مهمتر از درصد آن است — حتی دوده زیاد، اگر پخش نشود، باعث ضعف مکانیکی میشود.
- نوع دوده باید با اکسترودر سازگار باشد — دودههای سطح ویژه بالا (مثل N220) نیاز به اکسترودر با گشتاور بالا دارند.
- افزودنیهای پایداری برای کاربردهای بیرونی (Outdoor) الزامی است.
- نقطه ذوب پلیمر پایه باید با پلیمر نهایی نزدیک باشد تا مشکلات فاز جداگانه پیش نیاید.
برخی خصوصیات کربن بلک:
سطح مخصوص:65 تا 150 متر مربع بر گرم
جذب سطحی: 90 تا 110 سی سی در هر 100 گرم
هر چه اندازه ذرات کربن بلک کوچک تر باشد فرایند پراکنش آن سخت تر خواهد بود و ذرات دوده علاقه بیشتری به کلوخه شدن دارند. اندازه ذرات کربن بلک مورد استفاده کمتر از 24نانومتر است.
مشکلات رقیق سازی مرتبط با ویسکوزیته مستربچ است. چون پایه مستربچ پلیمر ویسکوز است.
در حالت کلی ویسکوزیته اولیه رزین پلیمر با افزودن کربن بلک افزایش می یابد. اینکه 40 درصد یا مقادیر بیشتری کربن بلک بزنیم بستگی به این دارد که چه میزان سیالیت قابل قبول است.
مسئله دیگری که در تهیه مستربچ مطرح است ارتباط بین شاخص مذاب MFI و وزن مولکولی است. به طور کلی پلیمر با وزن مولکولی بیشتر سیالیت کمتر(ویسکوزیته بالاتر) و شاخص مذاب کمتری دارد.
انتخاب رزین پایه مناسب:
پلیمر هایی با وزن مولکولی بالا مواد بسیار محکم با مقاومت خوب هستند چرا که خواصی مانند چگالی, مقاومت ضربه , مقاومت به ایجاد و رشد ترک , مقاومت به فشار هیدرواستاتیک و … ارتباط مستقیم با وزن مولکولی دارند. بنابراین برای گرید لوله وزن مولکولی بالاتر بهتر خواهد بود.
توزیع وزن مولکولی نیز از موارد مهم است. توزیع وزن مولکولی پلیمر نباید خیلی پهن باشد چرا که زنجیره های کوچک را خواهیم داشت که باعث نقص در نمونه می شود.
همچنین توزیع وزنی پهن در هنگام فرآیند شکل دهی سبب بروز پدیده die build up می شود. از طرف دیگر توزیع وزن مولکولی پلیمر نباید باریک باشد که باعث پدیده های مخرب دیگری می شود.
نحوه استفاده از مستربچ سیاه در فرایند تزریق
نحوه استفاده از مستربچ سیاه در فرآیند تزریق (Injection Molding) و اکستروژن (Extrusion) تأثیر مستقیم روی رنگ، کیفیت سطح، مقاومت نوری و حتی خواص مکانیکی محصول دارد.
دو روش معمول برای استفاده از مستربچ وجود دارد:
- اختلاط خشک (Dry Mix):
- گرانول پلیمر و مستربچ را در دستگاه مخلوطکن (مثل میکسر پروانهای یا درام چرخان) به مدت ۲ تا ۵ دقیقه مخلوط کنید.
- از افزودن روانکننده اضافی خودداری کنید مگر در فرمول خاص.
- اختلاط در تغذیهکننده (Feeder Mixing):
- برخی دستگاهها مخزن دوگانه دارند که مستربچ و پلیمر را بهصورت جداگانه تغذیه و داخل مارپیچ ترکیب میکنند.
