Masterbatch warna PET adalah bahan pewarna bergranulasi yang dibuat dengan men distribusikan secara merata konsentrasi tinggi pigmen, pewarna, atau bahan tambahan fungsional ke resin pembawa PET. Hal ini banyak digunakan dalam pencelupan dope serat polyester, serta pewarnaan botol plastik, lembaran, dan film. Dalam produksi masterbatch warna PET, ekstruder ganda paralel telah menjadi peralatan produksi paling penting karena kemampuannya yang luar biasa dalam pengadukan dan dispersi, sistem kontrol suhu yang akurat, dan desain modular. Artikel ini akan secara sistematis menjelaskan prinsip proses, poin teknis, dan parameter kritis produksi masterbatch warna PET menggunakan ekstruder ganda paralel.
I. Prinsip-prinsip dasar produksi masterbatch PET
Pembuatan masterbatch warna PET pada dasarnya adalah proses mencapai dispersi yang seragam dari pigmen, resin pembawa, dan berbagai bahan tambahan melalui pencampuran cair. Jalur proses inti adalah: setelah kering, resin PET, pigmen, dispersan, agen pengikat, antioksidan, dan bahan baku lainnya diukur sesuai dengan rasio formula dan dimasukkan ke dalam mixer berkecepatan tinggi untuk dicampur terlebih dahulu, sehingga pigmen dapat dicampur terlebih dahulu. Bahan yang sudah dicampur kemudian dikirim ke extruder ganda untuk pencampuran cair, ekstrusi, pendinginan, dan pembentukan pellet, yang pada akhirnya menghasilkan masterbatch warna PET.
Dalam rumusnya, bubuk PET biasanya mencapai 72%~78%, zat warna dapat mencapai 20%, zat penguat elastomer adalah 1%~7%, dengan penambahan 0,5% antioksidan dan 0,5% agen kovalensi. Pigmen harus melalui pengolahan permukaan untuk memastikan dispersi yang seragam .
II. Keunggulan utama dari Extruder Twin-Screw Paralel
1. Kemampuan pencampuran dan dispersi yang sangat baik
The parallel twin-screw extruder uses two parallel, intermeshing screws. The material forms a “∞”-shaped flow between the two screws, continuously undergoing shearing, stretching, folding, and recombining. This flow pattern ensures that each portion of material experiences a similar shear history and thermal history, resulting in consistent plasticization from feed to discharge. During the melting stage, the kneading blocks and toothed disc elements together generate powerful shear forces, effectively breaking up pigment agglomerates and achieving uniform dispersion and mixing .
2. Desain blok bangunan modular
Screws dan tabung ekstruder ganda paralel mengadopsi prinsip desain modular (blok bangunan). Elemen screw terdiri dari blok pengangkut, blok pengaduk, blok adonan, blok aliran terbalik, dan disk gigi. Berdasarkan kebutuhan sistem bahan pemrosesan dan formula proses, rasio panjang-selubung screw, struktur tabung, pengaturan screw, dan posisi ventilasi dapat diatur dengan fleksibel untuk mencapai seluruh proses pengangkutan bahan, plastifikasi, pemotongan, dispersi, homogenisasi, ventilasi, dan pembentukan tekanan. Desain ini dapat disesuaikan dengan kebutuhan variasi beragam dan produksi masterbatch warna PET dalam jumlah kecil, serta memudahkan pembersihan saat terjadi perubahan warna yang sering.
3. Fungsi Pembersihan Sendiri
Ekstruder ganda berputar bersamaan memiliki kinerja pembersihan diri yang sangat baik. Melalui pemasangan yang tepat antara elemen propeler, permukaan bahan secara terus-menerus diperbarui antara propeler, mencegah bahan dari stagnasi, penggumpalan, atau penguraian pada dinding dalam tabung atau propeler. Untuk produksi masterbatch warna yang memerlukan perubahan warna secara sering, fungsi pembersihan diri secara signifikan mengurangi waktu downtime untuk pembersihan dan meningkatkan efisiensi produksi. .
4. Sistem Kontrol Suhu yang Presisi
PET adalah bahan plastik teknik yang sensitif terhadap panas shear dan waktu tinggal, dengan jendela suhu pemrosesan yang relatif sempit. Suhu yang terlalu tinggi dapat dengan mudah menyebabkan degradasi resin atau perubahan warna, sementara suhu yang terlalu rendah mempengaruhi efektivitas pencampuran. Ekstruder ganda paralel biasanya menggunakan sistem kontrol suhu berkelanjutan berkelompok, di mana setiap bagian silinder memiliki sistem pemanas dan pendinginan yang terpisah. Kombinasi dengan desain pertukaran panas yang efisien, fluktuasi suhu dapat dikontrol dalam ±1℃ . Saat menghasilkan masterbatch warna PET, suhu pencairan biasanya diatur antara 240~290℃, dan suhu spesifik perlu disesuaikan dengan ketat sesuai dengan rumus dan persyaratan proses.
III. Titik Kunci Proses untuk Produksi Masterbatch PET
1. Pemeriksaan bahan baku
Resin PET bersifat higroskopis dan harus dikeringkan dengan baik sebelum diproses. Proses yang umum adalah: keringkan bubuk PET dalam oven pada suhu 80°C selama 8 jam, kemudian naikkan suhu menjadi 120°C dan terus keringkan selama 4 jam untuk mengontrol kadar air di bawah 80 ppm. Jika kadar air terlalu tinggi, itu akan menyebabkan hidrolisis dan degradasi PET selama pencairan pada suhu tinggi, yang secara serius mempengaruhi sifat mekanis dan stabilitas warna masterbatch. .
2. Proses Pemisahan Sebelum Campuran
Pemisahan sebelumnya adalah langkah penting untuk memastikan efektivitas dispersi. Pertama, timbanglah pigmen, agen pengikat, dan antioksidan sesuai dengan rasio formula, masukkan ke dalam mixer berkecepatan tinggi pada 500~2000 r/min, dan aduk selama 5~10 menit. Kemudian tambahkan bubuk PET dan agen penguat elastomer sesuai dengan rasio formula, dan aduk lagi selama 5~10 menit untuk mendapatkan pemisahan sebelumnya. Melalui pemisahan sebelumnya, permukaan partikel pigmen awalnya terbasahi dan dilapisi oleh bahan tambahan, mengurangi kesulitan dispersi selanjutnya dalam ekstruder ganda. .
3. Parameter Proses Ekstrusi Twin-Screw
Konfigurasi baut: Desain konfigurasi baut perlu mengkonfigurasi bagian-bagian fungsional yang berbeda sesuai dengan karakteristik bahan. Bagian pengisian menggunakan elemen baut pengangkut untuk memastikan kemajuan bahan yang stabil. Bagian kompresi menggunakan blok pengaduk dan elemen pita mundur untuk menghasilkan gaya tarikan, sehingga merusak agregat pigmen. Bagian pengukuran menggunakan elemen pita maju untuk mengontrol tekanan dan suhu pencairan, memastikan plastifikasi bahan secara penuh.
Perbandingan Panjang dengan Diameter: Rasio L/D untuk ekstruder ganda yang digunakan dalam produksi masterbatch warna PET biasanya 40:1~48:1. Rasio L/D yang lebih besar berarti waktu tinggal yang lebih lama dan pengadukan yang lebih menyeluruh, tetapi juga meningkatkan konsumsi energi dan risiko degradasi bahan. Pilihan harus seimbang sesuai dengan formula tertentu.
Kecepatan baut: Kecepatan paku mempengaruhi intensitas shear dan waktu kedudukan bahan. Meningkatkan kecepatan memperkuat efek shear dan mendorong dispersi, namun shear yang berlebihan dapat menyebabkan pemecahan rantai molekul PET. Dalam proses yang umum, kecepatan paku diatur pada 100~250 r/min atau 150~180 r/min .
Pengaturan Suhu: Suhu pemrosesan ekstrusi gigi kembar untuk masterbatch PET biasanya diatur pada 240~290℃. Suhu harus diatur secara bertahap: suhu bagian pengisian harus terutama melembutkan resin, menghindari penguapan terlalu cepat yang dapat menyebabkan gigi slip; suhu bagian kompresi dan bagian pengukuran bertahap meningkat, mendorong difusi pigmen dalam cairan; pada saat yang sama, hindari suhu yang terlalu tinggi yang dapat menyebabkan degradasi resin atau perubahan warna pigmen .
Pengeluaran dan Devolatilisasi: Pada produksi masterbatch PET, drum biasanya dilengkapi dengan port ventilasi alami dan port ventilasi vakum untuk menghilangkan kelembaban, udara, dan molekul kecil yang terperangkap dalam bahan. Sistem devolatilasi vakum dapat efektif menghilangkan gelembung, menjamin ketepatan partikel yang sudah jadi, dan mencegah partikel yang kosong. .
4. Penggilingan dan pendinginan
Setelah cairan diekstrusi melalui cetakan, ia dapat didinginkan dan dibentuk menggunakan proses pelletisasi benang yang didinginkan dengan air, pelletisasi di bawah air, atau pemotongan panas pada permukaan cetakan. Pelletisasi benang yang didinginkan dengan air adalah metode umum untuk masterbatch warna PET: bahan diekstrusi dari cetakan menjadi benang, didinginkan dan padatkan dalam tangki air pendingin, kemudian keringkan dengan pengering udara untuk menghilangkan kelembaban permukaan, dan akhirnya dipotong menjadi partikel yang seragam oleh mesin pelletizer. Untuk formula pigmen dengan konsentrasi tinggi, benang mungkin rapuh, dan pelletisasi di bawah air dapat dipertimbangkan untuk memastikan kontinuitas produksi.
IV. Kasus Aplikasi Umum
Kasus 1: Masterbatch untuk serat poliester elastis yang dicelup
Patent dari Beijing University of Chemical Technology mengungkapkan metode untuk memproduksi serat polyester elastis yang dicelup. Dalam proses ini, formula masterbatch warna PET adalah: bubuk PET 72%~78%, pewarna 20%, elastomer PBE (kopolimer etilen-propilen) 1%~7%, antioksidan 0,5%, agen kovalensi 0,5%. Ekstruder ganda menggunakan gigi ganda berputar bersamaan dengan rasio L/D 32:1~48:1, suhu pemrosesan 270~290°C, dan kecepatan putaran 100~250 rpm. Masterbatch yang dihasilkan, ketika dicampur dengan butiran PET dengan rasio 2:98 untuk penyusunan, menghasilkan serat polyester berwarna dengan ketahanan warna yang tinggi, warna yang cerah, dan elastisitas yang baik. .
Kasus 2: Nano-kalsium karbonat komposit PET yang terdaur ulang
Patent lain mengolah komposisi nano-kalsium karbonat yang terbuat dari masterbatch PET yang terdaur ulang. Formula tersebut adalah: masterbatch PET terdaur ulang 77,7%, nano-kalsium karbonat 2%~5%, pigmen 20%~23%, ekstender rantai PET 0,3%, dispersan 2%. Kecepatan putaran ekstruder ganda adalah 150~180 r/min, dan suhu mencairnya adalah 240~260℃. Masterbatch yang dihasilkan ini memiliki dispersi dan daya pewarnaan yang baik, sekaligus memastikan keamanan lingkungan dan kemampuan daur ulang. .
V. Pengendalian Kualitas dan Masalah Umum
1. Dispersi Pigmen
Penyebaran pigmen yang tidak merata adalah masalah kualitas yang paling umum dalam produksi masterbatch warna PET, yang ditunjukkan dalam bentuk titik warna, garis-garis, atau kekuatan pewarnaan yang tidak memadai. Solusi meliputi: mengoptimalkan proses pemisahan sebelumnya, menyesuaikan konfigurasi baut untuk meningkatkan bagian gesekan, menaikkan suhu pemrosesan dengan tepat, atau mengurangi kecepatan baut untuk memperpanjang waktu tinggal.
2. Pengendalian Kandungan Kelembaban
PET sangat sensitif terhadap kelembaban, dan kandungan kelembaban masterbatch yang sudah jadi harus dikontrol di bawah 0,02%. Jika pengeringan tidak memadai, PET akan mengalami degradasi hidrolitik selama pencairan, yang menyebabkan penurunan viskositas intrinsik, dan dalam kasus yang parah, menyebabkan patahnya benang atau produk yang rapuh.
3. Pembersihan dengan perubahan warna
Produksi masterbatch warna membutuhkan perubahan warna yang sering. Kemampuan pembersihan sendiri dan desain modular dari ekstruder ganda paralel sangat mempermudah operasi perubahan warna. Saat mengganti warna, bahan pembersih dapat digunakan untuk membersihkan sistem. Untuk pembersihan yang menyeluruh, beberapa model menggunakan desain tabung terpisah, yang memungkinkan tabung dan sekrup untuk segera dipisahkan untuk pembersihan yang lengkap, mencegah kontaminasi warna yang saling terhubung .
VI. Kesimpulan
Ekstruder ganda paralel adalah peralatan inti untuk produksi masterbatch warna PET. Fungsinya yang luar biasa dalam pengadukan dan dispersi, sistem kontrol suhu yang presisi, desain blok modular, dan fungsi pembersihan otomatis sangat sesuai dengan persyaratan proses masterbatch warna PET untuk dispersi yang tinggi, pewarnaan yang seragam, dan perubahan warna yang fleksibel. Dengan memilih secara wajar formula bahan baku, mengoptimalkan proses pengadukan, mengatur dengan tepat konfigurasi dan parameter suhu katup, serta mengontrol dengan ketat tahap pengeringan dan pembentukan pellet, masterbatch warna PET berkualitas tinggi dapat diproduksi secara stabil. Seiring dengan meningkatnya permintaan untuk masterbatch dengan konsentrasi tinggi, multifungsi, dan ramah lingkungan di industri plastik, aplikasi ekstruder ganda paralel dalam produksi masterbatch warna PET akan terus berkembang dan diperluas.
