Uhlíková predzmes: Návod na použitie, stupne a dávkovanie

Uhlíková predzmes je koncentrovaná zmes sadzového pigmentu dispergovaného v nosnej živici, určená na farbenie a ochranu plastových výrobkov vo veľkom rozsahu. Používa sa v obalovom, automobilovom, poľnohospodárskom a drôtenskom a káblovom priemysle a predstavuje najefektívnejší a najčistejší spôsob zavádzania sadzí do akéhokoľvek termoplastického procesu.

20 – 40 % Typické plnenie sadzí v predzmesi

2 – 5 % Štandardný pomer poklesu v konečnej zmesi

50 rokov Životnosť s ochranou proti UV žiareniu v potrubných aplikáciách

N220 – N990 Rad triedy ASTM používaný v predzmesi

Čo je predzmes Carbon Black?

Uhlíková predzmes je tuhý, peletizovaný koncentrát farbiva vyrábaný tavným miešaním surového prášku sadzí s termoplastickým nosičom – typicky polyetylénom (PE), polypropylénom (PP) alebo univerzálnym nosičom. Obsah sadzí v hotovej pelete predzmesi sa zvyčajne pohybuje medzi 20 % a 50 % hmotn., v závislosti od aplikácie a požadovaného pomeru znižovania.

Technická definícia

Predzmes je tuhá alebo tekutá prísada do plastov. Sadzová predzmes špecificky balí sadze vo vysokej koncentrácii do nosnej živice, čo umožňuje bezpečné, bezprašné a presne dávkované pridávanie do základného polyméru počas extrúzie alebo vstrekovania.

Pretože surové sadze sú jemným prašným práškom, s ktorým sa ťažko manipuluje a je ťažké ho rovnomerne rozptýliť, formát predzmesi rieši tri problémy súčasne: eliminuje expozíciu prachu v závode, zaisťuje konzistentnú disperziu pigmentu a umožňuje priame dávkovanie prostredníctvom štandardných gravimetrických alebo volumetrických podávačov.

Prečo pridávať sadze do plastov?

Sadze plnia štyri odlišné technické funkcie v polymérnych systémoch a predzmes sadzí dodáva všetky štyri bez prerušenia procesu.

UV stabilizácia

Sadze absorbujú UV žiarenie v celom slnečnom spektre a premieňajú ho na teplo, čím bránia fotooxidačnému štiepeniu reťazca. Už 2 – 2,5 % sadzí v HDPE rúre alebo geomembránovej fólii poskytuje desiatky rokov vonkajšej životnosti – pri tejto úrovni zaťaženia nie je potrebný žiadny samostatný UV stabilizátor.

Jet-čierne sfarbenie

Sadze poskytujú najhlbšiu a najneutrálnejšiu čiernu, akú je možné v plastoch dosiahnuť. Hodnota výtrysku (My) nad 250 je typická pre vysokoštruktúrne retortové sadze, ktoré vytvárajú modro-čierny optický efekt požadovaný v automobilovom obložení, spotrebnej elektronike a prémiových obaloch.

Elektrická vodivosť

Sadze vodivej kvality (napr. Ketjenblack alebo N472) tvoria súvislé vodivé siete vo vnútri polymérnej matrice pri zaťažení len 5–10 %. To je nevyhnutné pre antistatické fólie, tienenie polovodičových káblov a baliace podnosy bezpečné proti ESD.

Mechanická výstuž

V kaučuku a určitých termoplastických elastoméroch sa častice sadzí počas miešania kovalentne viažu na polymérne reťazce, čím sa zvyšuje pevnosť v ťahu, odolnosť proti oderu a pevnosť proti roztrhnutiu – rovnaký princíp, ktorý dodáva bočným stenám pneumatík ich odolnosť.

Koľko predzmesi sadzí by ste mali použiť?

Správne dávkovanie predzmes sadzí závisí od koncentrácie predzmesi, cieľovej úrovne sadzí v konečnej časti a základnej živice. Výpočet je jednoduchý:

Masterbatch % = (cieľové CB % v záverečnej časti) / (CB % v masterbatch) x 100

Napríklad, ak vaša predzmes obsahuje 40 % sadzí a špecifikácia vašej fajky vyžaduje 2,5 % sadzí v konečnej zmesi, pridáte 6,25 % hmotnosti predzmesi. V tabuľke nižšie sú uvedené štandardné rozsahy dávkovania pre bežné aplikácie:

Aplikácia	Cieľový CB v záverečnej časti	Typická dávka predzmesi (40 % MB)
HDPE tlakové potrubie (UV)	2,0 – 2,5 %	5 – 6,25 %
Poľnohospodársky film	2,0 – 3,0 %	5 – 7,5 %
Geomembránová vložka	2,0 – 2,5 %	5 – 6,25 %
Časti vyrobené vstrekovaním (farba)	1,0 – 2,0 %	2,5 – 5 %
Vodivý film/list	5 – 15 %	12,5 – 37,5 %
Izolácia/opláštenie kábla	2,0 – 3,0 %	5 – 7,5 %

Pri nadmernom dávkovaní sa plytvá materiálom a môže zhoršiť predĺženie, rázovú pevnosť alebo povrchovú úpravu. Nedostatočné dávkovanie v aplikáciách s UV ochranou povedie k predčasnému skrehnutiu. Vždy overte konečný obsah sadzí pomocou ASTM D1603 (termogravimetrický test popola) predtým, než sa pustíte do plnej výroby.

Ktorá trieda sadzí funguje najlepšie?

Nie všetky sadze plnia rovnakú funkciu. Systém tried ASTM N-série klasifikuje retortové sadze podľa veľkosti častíc a štruktúry a každá trieda je optimalizovaná pre špecifické konečné použitie. Výber správnej triedy je rozhodujúci pre váš výkon predzmes sadzí .

Pre UV ochranu

N330, N550, N660 — stredná veľkosť častíc (20–65 nm), vynikajúca účinnosť absorpcie UV žiarenia, ľahká disperzia v polyolefínoch
Odporúčané pre: potrubie, fóliu, geomembránu, plášť kábla
Veľkosť častíc: 26–65 nm
Plocha: 25–80 m2/g

Pre Jet-Black Color

N110, N220 — jemné častice, veľký povrch, poskytuje vynikajúcu jemnosť a modrý podtón
Odporúčané pre: automobilové čalúnenie, kryt elektroniky, prémiové balenie
Veľkosť častíc: 11–22 nm
Plocha: 100–140 m2/g

Pre vodivosť

N472, Ketjenblack EC-300J/600JD — veľmi vysoká štruktúra, pri nízkom zaťažení tvorí vodivú sieť
Odporúčané pre: ESD obal, polovodičový kábel, antistatický film
Štruktúra (DBP): 180–480 ml/100 g
Perkolačný prah: 5 – 12 %

Ak záleží na kompatibilite, vždy si overte, či sa nosná živica predzmesi zhoduje alebo je kompatibilná s vaším základným polymérom. Nosič PE funguje čisto v aplikáciách HDPE a LLDPE; v prípade PP si vyžiadajte predzmes PP nosiča, aby ste sa vyhli delaminácii alebo pruhovaniu.

Často kladené otázky

Môže sa predzmes sadzí použiť v aplikáciách, ktoré prichádzajú do styku s potravinami?

Niektoré stupne predzmes sadzí sú formulované tak, aby vyhovovali predpisom pre styk s potravinami vrátane EÚ 10/2011 a FDA 21 CFR. Samotné sadze musia spĺňať špecifikácie čistoty (obsah polycyklických aromatických uhľovodíkov pod stanovenými limitmi). Pred použitím v balení potravín si vždy vyžiadajte vyhlásenie o zhode a údaje o teste migrácie od svojho dodávateľa základnej zmesi.

Aká je trvanlivosť predzmesi sadzí?

Správne skladované – v zapečatených vreckách odolných voči vlhkosti mimo priameho slnečného žiarenia a extrémnych teplôt – predzmes sadzí pelety majú trvanlivosť 2 až 3 roky bez zníženia výkonu. Absorpcia vlhkosti môže spôsobiť oxidáciu povrchu a problémy so spracovaním, preto otvorené vrecká ihneď znovu uzavrite.

Znamená vyššie množstvo sadzí vždy lepšiu UV ochranu?

č. Ochrana proti UV žiareniu v polyolefínových platóch pri približne 2,5 % sadzí v konečnej časti. Zaťaženie nad túto úroveň výrazne nezlepší odolnosť voči UV žiareniu a negatívne ovplyvní mechanické vlastnosti a správanie pri spracovaní. Kľúčovými faktormi sú distribúcia veľkosti častíc a kvalita disperzie, nie úroveň surovej náplne.

Ako overím kvalitu disperzie sadzí?

Štandardná metóda je ASTM D5596 alebo ISO 18553 – tenké rezy hotového dielu sa skúmajú pod optickým mikroskopom pri 100-násobnom zväčšení a hodnotia sa na stupnici od 1 do 5, kde hodnotenia 1 a 2 označujú prijateľnú disperziu. Dobre vyrobené predzmes sadzí by mala dosiahnuť konzistentné hodnotenie 1 až 2 v produkčných vzorkách.