Technik 101: Kunststoffmischungen formulieren

Der Ausgangspunkt ist, was ist die Endanwendung/das Endprodukt? Die Formulierer sind in der Regel Zweit- oder Drittlieferanten in der Kette und wissen nicht immer, wie das Endprodukt aussehen wird. Der Former liefert möglicherweise nur einen kleinen oder integralen Teil des fertigen Produkts. Daher ist es sehr wichtig zu wissen, aus welchem ​​Sektor das Produkt stammen wird, beispielsweise aus der Lebensmittel-, Pharma-, Medizin- oder Automobilindustrie.

Nicht nur die Kosten müssen kontrolliert werden, sondern vor allem auch die Sicherheit. Im Vergleich zu Industrieprodukten werden bei Produkten mit Lebensmittelkontakt andere Formulierungen zum Einsatz kommen

.Fragen, die Formulierer möglicherweise stellen:

• Polymer der Wahl für die Verbindung? • Was sind die typischen Verarbeitungstemperaturen und Verweilzeiten des Herstellungsprozesses und muss das Endprodukt vor längerem Kontakt mit hohen Temperaturen geschützt werden? • Wenn ja, bei welcher Temperatur und wie lange? • Wie wichtig ist die Lichtechtheit und/oder Wetterechtheit? • Bei Verwendung im Freien für welches Land und für wie lange gilt die Lebenserwartung? • Gibt es Anforderungen hinsichtlich Toxizität, Kontakt mit Lebensmitteln, Kontakt mit dem menschlichen Körper, Spielzeug usw.? • Was ist das? Mindestwandstärke der Endanwendung? Dies ist wichtig, um zu wissen, ob die Opazität/Transparenz von Bedeutung ist. • Um die beste Formel zu entwickeln, sollten wir immer über die Endanwendung informiert sein. • Alle anderen wichtigen Informationen wie Füllstofftyp und -gehalt oder Zusatzstoffanforderungen, die der Kunde ausdrücklich angefordert hat ?

Beginnen wir wie folgt:

Wahl des Polymers Bei der Herstellung von Compound-Formulierungen ist es wichtig, genau zu wissen, was von der Endanwendung erwartet wird. Wenn das Basispolymer falsch gewählt wird, kann dies zu einem Produktversagen führen, das Tausende, wenn nicht Millionen von Pfund kostet, und im schlimmsten Fall zu einer möglichen strafrechtlichen Verfolgung, sollte es zu einem katastrophalen Versagen kommen, das zu Personenschäden oder sogar zum Tod führt.

Bevor man sich also entscheidet, welches Basispolymer für die Verbindung verwendet werden soll, muss man zunächst sicherstellen, dass das ausgewählte Polymer über die mechanischen Eigenschaften verfügt, die für die Endanwendung richtig geeignet sind.

AdditivauswahlEs gibt viele Additive, die innerhalb der Compound-Formulierung verwendet werden können, um die Eigenschaften des Basispolymers zu verbessern. Einige werden hinzugefügt, um die Ausbringungsraten zu verbessern, wie z Verhindern Sie Schmelzbrüche bei Blasfolienanwendungen.

Zu den weiteren häufig verwendeten Additiven zählen UV-Stabilisatoren, die dazu beitragen sollen, die Lebensdauer des Basispolymers zu verlängern. Eine typische Anwendung sind Stadionsitze, um zu verhindern, dass die Sitze in zu kurzer Zeit spröde werden und/oder sich verfärben. Ein UV-Absorber ist eine weitere Art von Additiv, das häufig in Verbindung mit UV-Stabilisatoren verwendet wird, um Polymerschutz zu bieten. Diese Art von Additiven kann auch dazu beitragen, Schäden an UV-empfindlichen Inhalten eines Behälters zu verhindern, was insbesondere für einige pharmazeutische sowie Lebensmittel- und Getränkeanwendungen relevant ist.

Antioxidantien werden auch verwendet, um zu verhindern, dass Polymere während der Verarbeitung oder bei Kontakt mit Hitze über einen längeren Zeitraum hinweg thermisch zersetzt werden, beispielsweise bei Anwendungen unter der Motorhaube von Kraftfahrzeugen.

Weitere Eigenschaften wie geringe Reibung, Schlagzähigkeit, Viskosität, antibakteriell, leitfähig und antistatisch, zunehmende oder abnehmende Dichten sowie viele andere funktionelle Leistungen können durch die Auswahl der richtigen Additive verändert werden.

Wahl des Füllstoffs

Füllstoffe werden oft verwendet, um die Eigenschaften des Basispolymers zu modifizieren, oder in einigen Fällen werden sie nur hinzugefügt, um die Kosten zu senken. Die gebräuchlichsten Arten sind Calciumcarbonat (Kreide), Magnesiumsilikat (Talk), Glimmer, Glasperlen und -fasern sowie Bariumsulfat. Der Füllstoffgehalt kann bis zu 80 % betragen, was manchmal der Fall ist, wenn Bariumsulfat zur Erhöhung der Dichte des Wirtspolymers verwendet wird.

Zur Kostensenkung wird häufig Calciumcarbonat eingesetzt. Talk wird verwendet, um die Steifigkeit und Biegetemperatur zu erhöhen und andere Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit und kürzere Zykluszeiten zu verbessern. Glimmer hat gute schalldämmende Eigenschaften. Glasperlen können die Reibungseigenschaften des Basispolymers verringern und Glasfasern werden häufig zur Verstärkung von Polymeren wie Nylon und Polypropylen verwendet.

Farbauswahl

Wenn es um die Einfärbung einer Verbindung geht, ist die Auswahl an Farbstoffen vielfältig. Es gibt drei Haupttypen (1.) Anorganische Pigmente (2.) Organische Pigmente: Beide sind fein verteilte feste Partikel, die beim Mischen mit dem Polymer zu unlöslichen Partikeln werden. Wohingegen (3.) Farbstoffe dazu bestimmt sind, sich im Polymer aufzulösen.

Im Vergleich zu anorganischen und organischen Pigmenttypen sind Farbstoffe nicht so gut mit Polymeren verträglich und ihre Migrationsbeständigkeit, insbesondere in höheren Konzentrationen, ist oft schlechter.

Die Haupteigenschaften dieser drei Farbstoffkategorien sind:

1.Anorganische Stoffe.

Im Allgemeinen neigen anorganische Pigmente dazu, weniger leuchtend zu sein und ihre Farbstärke ist geringer als die von organischen Pigmenten und Farbstoffen. Sie verfügen über eine ausgezeichnete Migrationsbeständigkeit. Im Allgemeinen weisen sie eine höhere Hitzestabilität auf, z. B. können Ultramarinblautöne, Chromoxidgrüntöne und rote Eisenoxide alle Temperaturen über 400 °C standhalten, was für alle Polymere mehr als ausreichend ist.

Die Licht- und Wetterechtheit ist in der Regel hervorragend und hat keinen oder nur einen geringen Einfluss auf das Verzugsverhalten. In den meisten Fällen weisen sie eine hervorragende Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit auf, selbst wenn sie in geringen Konzentrationen verwendet werden, und sind im Allgemeinen leicht zu dispergieren.

2. Organische Produkte

Im Allgemeinen sind organische Pigmente kräftige, lebendige Farben mit ausgezeichneter Farbstärke und ihre Migrationsbeständigkeit ist normalerweise sehr gut, obwohl es Ausnahmen von dieser Regel gibt. Es gibt viele organische Pigmente, deren Hitzestabilität bis zu 300 °C beträgt, bei anderen kann sie jedoch auch nur 180 °C betragen. ( Licht- und Wetterechtheit können ebenfalls sehr unterschiedlich sein. ( Die Lichtechtheit, gemessen mit der ISO 105 B02-Skala für blaue Wolle (1-8), kann im schlimmsten Fall nur 1 betragen oder den höchsten Wert von 8 haben, ähnlich wie die Wetterechtheit, die mit gemessen wird Die internationale ISO 105 A02-Grauskala (1-5) kann so niedrig wie 1 oder so hoch wie 5 sein.)

Bei der Formulierung mit organischen Pigmenten kann der Verzug ein großes Problem darstellen, insbesondere bei den häufig verwendeten Phthalocyaninen. Allerdings gibt es eine ganze Reihe organischer Pigmente, bei denen der Verzug als gering eingeschätzt wird, und bei einer kleinen Auswahl wird davon ausgegangen, dass sie keinen Einfluss auf das Verzugsverhalten haben.

Die Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit ist im Allgemeinen recht gut, es ist jedoch bekannt, dass einige häufig verwendete organische Pigmente negativ mit Additiven wie Zinkstearat, Magnesiumstearat, Calciumstearat, alkalischen Additiven wie Antistatika und einigen Stabilisatoren interagieren, die häufig vorkommen in zusammengesetzten Formulierungen. Wenn es eine negative Wechselwirkung gibt, kann dies normalerweise als Farbtonvariation gesehen werden. Daher kann es manchmal zu einer sehr dramatischen Farbverschiebung kommen, wenn sich ein Gelbton in Orange oder ein Rot in Braun verwandelt. Außerdem kann es insbesondere bei höheren Konzentrationen schwierig sein, es zu dispergieren.

3. Farbstoffe.

Farbstoffe sind kräftige, lebendige, transparente Farben mit ausgezeichneter Tönungsstärke. Der Migrationswiderstand kann sehr gut sein, es gibt jedoch Ausnahmen von dieser Regel. Wenn Farbstoffe in höheren Konzentrationen als empfohlen verwendet werden, neigen sie eher zur Migration. Die meisten Farbstoffe haben eine gute bis ausgezeichnete Hitzestabilität, teilweise über 320 °C, die meisten liegen jedoch tendenziell bei etwa 240 °C bis 300 °C.

Die Licht- und Wetterechtheit ist sehr unterschiedlich. Die Lichtechtheit, gemessen mit der ISO 105 B02-Skala für blaue Wolle (1-8), kann im schlimmsten Fall nur 1 betragen oder den höchsten Wert von 8 erreichen, ebenso die Wetterechtheit, gemessen mit der internationalen Grauskala ISO 105 A02 (1-5). ) kann zwischen 1 und 5 liegen. Farbstoffe haben keinen Einfluss auf das Verzugsverhalten. Die Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit ist im Allgemeinen recht gut.

Kein Problem mit der Dispersion, da sie sich im Polymer auflösen. Zusammenfassung Wie sich nun zeigt, müssen bei der Auswahl des richtigen Polymers und der richtigen Inhaltsstoffe für die Compound-Anwendung zunächst viele Faktoren berücksichtigt werden. Vor allem sollte man immer versuchen, vom Endkunden zu erfahren, was er von dem Compound erwartet und wo und wie lange das Endprodukt verwendet werden soll. Beispielsweise wird die Formulierung einer roten Verbindung, die eine Lebenserwartung von 5 Jahren für eine Stadionsitzanwendung für den Einsatz in Großbritannien erfordert, einfacher sein als für 5 Jahre in Saudi-Arabien, aber beides kann durch die Auswahl des richtigen Polymers, Additivs und Farbstoffs erreicht werden Paket.

Wenn nicht die richtige Auswahl an Inhaltsstoffen verwendet wird, kann das Produkt innerhalb weniger Monate versagen. Einige organische Pigmente, insbesondere Rottöne, können bei Sonneneinstrahlung bereits nach wenigen Wochen zu verblassen beginnen.

Die Deckkraft ist ein weiterer wichtiger Faktor, der bei der Herstellung einer Mischfarbe berücksichtigt werden muss. Die Zugabe von mehr Pigmenten als nötig kann die Kosten erheblich erhöhen, da einige Pigmente über 60 £ pro kg kosten. Auch die mechanischen Eigenschaften können beeinträchtigt werden, wenn der Verbindung zu viel Pigment zugesetzt wird. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Polymeren wie ABS bis zu 10 % Titandioxid zugesetzt werden, um die Gelbfärbung des Basispolymers zu überdecken Ein höherer Pigmentgehalt verringert die Schlagzähigkeit und andere wichtige Eigenschaften drastisch.

Es ist wichtig, immer zu prüfen, welchen Einfluss die ausgewählten Pigmente auf die Eigenschaften der Masse haben. Eine schlechte Dispersion eines der Pigmente kann zu einer geringeren Schlag- und Zugfestigkeit führen und in schweren Fällen kann sogar die Oberfläche der Formteile eher narbig als glatt aussehen.

In transparenten Formteilen können schlecht dispergierte Pigmente manchmal mit schwarzen Flecken verwechselt werden. Schließlich ist es einer der wichtigsten Aspekte jeder Compound-Formel, sicherzustellen, dass sie alle vom Kunden geforderten Lebensmittel-, Spielzeug- oder anderen Toxizitätsvorschriften erfüllt oder diejenigen, von denen bekannt ist, dass sie für die Endanwendung relevant sind.

Die Vorschriften variieren von Land zu Land. Daher ist es wichtig, dass wir die Art der Endanwendung kennen und wissen, wo auf der Welt sie verwendet werden soll, um die richtigen Zutaten auszuwählen. Durch das Sammeln der richtigen Informationen können Verbindungen dann sowohl kosteneffizient als auch zweckmäßig gestaltet werden.