Мастербат PBAT представляет собой гранулированный материал, получаемый путем смешивания смолы PBAT с добавками, наполнителями и т.д., с последующим экструдированием, резкой и другими технологическими операциями. Его основной компонент PBAT — это биоразлагаемый полиэфир, синтезируемый посредством реакций этерификации или переэтерификации 1,4-бутандиола (BDO), адипиновой кислоты (AA) и терефталевой кислоты (PTA), обладающий хорошей гибкостью и перерабатываемостью.

Основные характеристики

Биоразлагаемость

В условиях промышленного компостирования изделия из мастербата PBAT могут полностью разлагаться до углекислого газа и воды в течение 6–12 месяцев, что значительно снижает загрязнение окружающей среды.

Физические свойства

Механические свойства: Высокая прочность на растяжение (до 20–30 МПа), отличное удлинение при разрыве (500% – 800%) и лучшая вязкость по сравнению с традиционными пластиками.

Перерабатываемость: Температура плавления в диапазоне 120–180 °C, плотность 1,4–1,5 г/см³, подходит для различных процессов, таких как выдувная пленка, литье под давлением, экструзия и т.д.

Поверхностные свойства: Высокая глянцевитость, хорошая адаптируемость к печати, что позволяет удовлетворять эстетические требования упаковочных материалов.

Экологические преимущества

Соответствует глобальному тренду «ограничения использования пластика», эффективно заменяет одноразовые пластиковые изделия и снижает белое загрязнение.

Типы

Мастербат PBAT — это биоразлагаемый термопластичный полиэфир, обычно состоящий из бутиладипата (BA) и бутилтерефталата (BT). В зависимости от различных требований к характеристикам и применению мастербат PBAT можно разделить на следующие типы:

Универсальный тип: Обладает хорошими комплексными свойствами, такими как механическая прочность, гибкость, перерабатываемость и т.д., и может широко применяться в упаковочной, сельскохозяйственной, медицинской и других отраслях.

Тип с высокой ударопрочностью: Благодаря специальной рецептуре и производственному процессу улучшается ударопрочность мастербата PBAT, что делает его менее подверженным поломке или повреждению при внешнем воздействии. Подходит для изделий, требующих высокой ударопрочности, таких как изделия литья под давлением, пленки и т.д.

Тип с высокой термостойкостью: Обладает высокой термической стабильностью и температурой теплостойкости при деформации, сохраняет стабильность характеристик при высоких температурах, не подвержен деформации или разложению; обычно применяется в изделиях, требующих высокой термостойкости, таких как электронные и электротехнические компоненты, автомобильные детали и т.д.

Тип с гладкой поверхностью: В мастербат PBAT добавляются смазки и другие добавки для обеспечения хороших скользящих свойств, что снижает коэффициент трения на поверхности изделия, повышает эффективность переработки и эксплуатационные характеристики; обычно применяется при производстве пленок, труб и других изделий.

Антибактериальный тип: Путем введения функциональных добавок, таких как антибактериальные агенты, мастербат PBAT приобретает антибактериальные и противогрибковые свойства, эффективно подавляющие рост и размножение бактерий и плесени, повышающие гигиенические характеристики и срок службы изделия; подходит для областей с высокими требованиями к гигиене, таких как медицинская и пищевая упаковка.

Соотношение компонентов рецептуры

Соотношение компонентов рецептуры мастербата PBAT может варьироваться в зависимости от различных требований к применению и характеристикам. Ниже приведены примеры распространенных соотношений:

Высокопрочный биоразлагаемый мастербат PBAT/крахмал: PBAT 55–70 частей, крахмал 15–30 частей, пластификатор 5–9 частей, армирующий полимер 10–30 частей, смазка 1–4 части, связующее (coupling agent) 0,3–0,7 части, антиоксидант 0,2–0,5 части.

Мастербат PBAT для производства пищевой пленки: PBAT 20–50 частей, смазка 0,5–2 части, антиоксидант 0,5–2 части, совместитель (compatibilizer) 2–3 части, неорганический микромолотый порошок 5–15 частей, влагопоглощающий материал 5–10 частей, органический пористый материал 5–10 частей, ингибитор плесени 0,6–2,2 части.

Мастербат для полностью биоразлагаемой пластиковой пленки: PBAT 70% – 80%, модифицированный нанокремнезем 10% – 30%, диспергатор 4% – 7%, технологическая смазка-помощник 3% – 6%, пигментный порошок 0% – 5%.

В реальном производстве необходимо оптимизировать и корректировать соотношение компонентов рецептуры на основе конкретных производственных процессов, оборудования и конечных требований к использованию изделия.

Производственный процесс

Процесс производства мастербата PBAT обычно включает следующие основные этапы:

Подготовка сырья

Выбор смолы PBAT, добавок (таких как пластификаторы, антиоксиданты, смазки и т.д.) и других возможных вспомогательных материалов для обеспечения соответствия качества и характеристик сырья производственным требованиям. Сушка сырья для удаления влаги и предотвращения дефектов, таких как пузыри и деградация, вызванные наличием влаги при переработке.

Смешивание компонентов

В соответствии с требованиями к характеристикам изделия точно отмеряют различные виды сырья согласно определенной рецептуре. Отмеренное сырье загружают в высокоскоростной смеситель для тщательного перемешивания, обеспечивая равномерное распределение всех компонентов и формирование предварительной смеси (премикса).

Экструзия расплава

Предварительную смесь загружают в двухшнековый экструдер. Двухшнековый экструдер нагревает материал выше температуры плавления PBAT (обычно в диапазоне 160–220 °C) посредством нагревательных элементов, вызывая плавление материала. Под действием вращения и продвижения шнеков расплав подвергается воздействию сдвига, экструзии и других эффектов внутри экструдера, обеспечивая дальнейшее равномерное смешивание, при этом добавки полностью соединяются со смолой PBAT. Затем расплав выдавливается через фильеру головки экструдера, образуя непрерывные жгуты или нити.

Охлаждение и формование

Выдавленный жгутовый или нитевидный материал охлаждается в водяной ванне или устройством воздушного охлаждения для быстрого затвердевания и придания формы, формируя полуфабрикат мастербата с определенной прочностью и геометрией.

Гранулирование

Охлажденный материал разрезается гранулятором на частицы определенного размера для получения мастербата PBAT. Размер нарезанных частиц может регулироваться в соответствии с потребностями заказчика, обычно размер гранул составляет около 2–5 мм.

Упаковка

Просеивание нарезанного мастербата PBAT для удаления слишком крупных или слишком мелких частиц, а также возможных примесей. Затем качественный мастербат упаковывают в мешки и запечатывают их для хранения и транспортировки.

На протяжении всего производственного процесса необходимо строго контролировать технологические параметры каждого этапа, такие как температура, скорость, давление и т.д., чтобы обеспечить стабильность качества и соответствие характеристик мастербата PBAT. Одновременно требуется регулярное техническое обслуживание и уход за производственным оборудованием для обеспечения его нормальной работы, повышения эффективности производства и качества продукции.

Производственное оборудование

Процесс производства мастербата PBAT включает различное оборудование; ниже приведено описание основного производственного оборудования:

1. Высокоскоростной смеситель: используется для тщательного перемешивания различных видов сырья, таких как смола PBAT и добавки, согласно определенной рецептуре. Благодаря высокоскоростным вращающимся мешалкам сырье равномерно смешивается за короткое время, подготавливаясь к последующей обработке.

2. Двухшнековый экструдер: Является основным оборудованием для производства мастербата PBAT. Он имеет два взаимодействующих шнека, которые эффективно транспортируют, смешивают, сдвигают и пластифицируют материалы. Точное регулирование таких параметров, как температура, скорость вращения шнеков и производительность подачи экструдера, обеспечивает полное и равномерное смешивание смолы PBAT и добавок в расплавленном состоянии, гарантируя качество и стабильность мастербата.

3. Оборудование для охлаждения: К распространенному охлаждающему оборудованию относятся водяные ванны и устройства воздушного охлаждения. Водяная ванна используется для прохождения экструдированных жгутов или нитей через резервуар, где вода обеспечивает быстрое охлаждение и затвердевание материала; устройство воздушного охлаждения охлаждает материал потоком холодного воздуха от вентилятора, что подходит для случаев, когда скорость охлаждения не должна быть очень высокой, или для специальных рецептур, не допускающих контакта с водой.

4. Гранулятор: используется для нарезки охлажденного и затвердевшего материала на частицы заданного размера. В зависимости от способа резки различают грануляторы горячей и холодной резки. Гранулятор горячей резки разрезает материал в горячем и мягком состоянии, обеспечивая высокую скорость и эффективность резки, но предъявляя высокие требования к эксплуатации; гранулятор холодной резки разрезает материал после его полного охлаждения, обеспечивая высокую точность и правильную форму гранул.

5. Оборудование для просеивания: Обычно используются вибрационные или ротационные грохоты для просеивания мастербата PBAT после нарезки, отделяя частицы, превышающие или не соответствующие требованиям по размеру, а также возможные примеси, чтобы обеспечить однородность и чистоту гранулометрического состава изделия.

6. Упаковочное оборудование: включает автоматические дозирующие устройства и запечатывающие машины и т.д. Автоматическое дозирующее устройство точно отмеряет вес мастербата в каждом упаковочном мешке, обеспечивая точность и постоянство веса упаковки; запечатывающая машина используется для герметизации мешков с мастербатом, предотвращая увлажнение, окисление или другое загрязнение мастербата, облегчая хранение и транспортировку.

Помимо основного оборудования, упомянутого выше, производственный цех может быть также оснащен вспомогательным оборудованием, таким как резервуары для хранения сырья, устройства подачи и воздушные компрессоры, чтобы обеспечить бесперебойный ход всего производственного процесса.

Соответствующие требования

Требования к экструдеру при производстве мастербата PBAT в основном отражены в следующих аспектах:

Пластицирующая способность

Высокий крутящий момент: Смола PBAT требует большого крутящего момента в процессе плавления для достижения полной пластификации, поэтому экструдер должен иметь систему привода шнеков с высоким крутящим моментом, чтобы обеспечить равномерную пластификацию PBAT и добавок при различных скоростях производства и составах сырья, что гарантирует хорошую согласованность характеристик мастербата.

Оптимизированная конструкция шнека: Конструктивное решение шнека имеет решающее значение для эффекта пластификации. Обычно используются шнеки с градиентной или ступенчатой (mutation) геометрией, с отношением длины к диаметру (L/D) от 25 до 40, чтобы обеспечить достаточную длину и время пластификации. При этом параметры, такие как глубина винтовых каналов и степень сжатия на шнеке, должны быть оптимизированы с учетом характеристик PBAT для улучшения плавления, смешивания и транспортировки материала.

Смешивающая способность

Эффективные смесительные элементы: Для полного и равномерного смешивания смолы PBAT с различными добавками экструдер должен быть оснащен эффективными смесительными элементами, такими как статические смесители, блоки месильных дисков (kneading blocks) и т.д. Эти элементы создают интенсивное воздействие сдвига и диспергирования при транспортировке материала, обеспечивая равномерное распределение добавок в матрице PBAT, что гарантирует стабильность и надежность характеристик мастербата.

Хороший контроль температуры: Контроль температуры в процессе смешивания также существенно влияет на качество мастербата PBAT. Экструдер должен иметь точную систему контроля температуры, способную поддерживать температуру материала в подходящем диапазоне на различных этапах производства (обычно температура переработки PBAT составляет 160–220 °C), избегая деградации PBAT из-за высокой температуры или неравномерного смешивания из-за низкой температуры.

Стабильность и надежность

Высококачественная механическая конструкция: Механическая конструкция экструдера должна обладать достаточной прочностью и жесткостью, чтобы выдерживать длительную работу при высоких нагрузках. Ключевые компоненты, такие как шнеки и цилиндры, должны быть изготовлены из износостойких и коррозионностойких материалов для увеличения срока службы оборудования, сокращения простоев производства и колебаний качества продукции из-за неисправностей оборудования.

Продвинутая система управления: Оснащенная передовой системой автоматизированного управления, она может точно контролировать различные технологические параметры экструдера, такие как температура, давление, скорость шнеков, объем подачи и т.д. При этом система управления должна обладать хорошей стабильностью и помехоустойчивостью для обеспечения стабильной работы в различных производственных условиях, гарантируя стабильность и постоянство качества продукции.

Производительность

Регулируемый диапазон производительности: Производительность экструдера должна гибко регулироваться в соответствии с рыночным спросом и планами производства. Она может удовлетворять потребности в мелкосерийном производстве широкого ассортимента, а также обеспечивать высокую производительность при крупносерийном выпуске. Как правило, производительность экструдеров для производства мастербата PBAT может регулироваться в диапазоне от десятков до сотен килограммов в час.

Эффективная система экструзии: Для достижения высокой производительности система экструзии экструдера должна обладать эффективными возможностями транспортировки и выдавливания материала. Например, использование шнеков большого диаметра и оптимизированная конструкция фильеры могут повысить скорость и равномерность экструзии материалов, тем самым увеличивая эффективность производства и снижая производственные затраты.

Адаптивность

Совместимость с различными материалами: В рецептуру мастербата PBAT могут добавляться различные типы и пропорции добавок, такие как пластификаторы, антиоксиданты, цветные мастербаты и т.д. Экструдер должен адаптироваться к характеристикам и изменениям рецептуры различных видов сырья, обеспечивая хорошую пластификацию, смешивание и экструзию при различных комбинациях сырья, и производить мастербат PBAT, соответствующий требованиям качества.

Диверсификация выпускаемой продукции: Учитывая разнообразие требований к характеристикам и спецификациям изделий из мастербата PBAT на рынке, экструдеры должны обладать определенной гибкостью, позволяющей производить изделия из мастербата PBAT с различными характеристиками и спецификациями путем корректировки технологических параметров или замены некоторых компонентов, таких как мастербаты с разным размером гранул, твердостью и функциональными свойствами, чтобы удовлетворить потребности различных клиентов.

Применение

Мастербат PBAT обладает хорошей биоразлагаемостью, термической стабильностью и перерабатываемостью, что обеспечивает его широкое применение в различных областях. Ниже приведены некоторые основные области применения:

Упаковочная отрасль

Пакеты для покупок: Мастербат PBAT может использоваться для производства биоразлагаемых пакетов для покупок, которые постепенно разлагаются в естественной среде, снижая белое загрязнение окружающей среды традиционными пластиковыми пакетами.

Пищевая упаковка: Благодаря нетоксичности, отсутствию запаха и отличным барьерным свойствам может использоваться как материал для пищевой упаковки, такой как пакеты для продуктов, пищевая пленка и т.д. Он обеспечивает свежесть и безопасность продуктов, а также естественно разлагается после утилизации.

Одноразовая посуда: Мастербат PBAT может использоваться для изготовления различных видов одноразовой посуды, такой как контейнеры для еды, столовые приборы и т.д. После использования он может разлагаться в почве или условиях компостирования, что соответствует требованиям экологической защиты.

Сельское хозяйство

Аграрная пленка: Аграрная пленка из мастербата PBAT обладает хорошими теплоизоляционными, влагоудерживающими и светопропускающими свойствами. При этом она естественно разлагается в почве после использования, избегая негативного влияния остатков традиционной аграрной пленки на структуру почвы и рост сельскохозяйственных культур.

Кассеты для рассады: Биоразлагаемые кассеты для рассады изготавливаются из гранул-носителей PBAT (mother granules), которые обеспечивают благоприятную среду роста для рассады в процессе выращивания. Их не нужно удалять при пересадке, они могут быть непосредственно прикопаны в почву, что снижает повреждение корней рассады и не вызывает загрязнения почвы.

Медицинская отрасль

Медицинские перевязочные материалы: Мастербат PBAT обладает хорошей биосовместимостью и может использоваться для производства медицинских перевязочных материалов, таких как повязки на раны, марля и т.д. Он естественно разлагается после заживления ран, снижая боль и риск инфекции у пациентов при смене повязок.

Носитель пролонгированного действия лекарств: Мастербат PBAT может быть использован для изготовления носителя пролонгированного высвобождения лекарственных средств, который инкапсулирует препарат, обеспечивая медленное высвобождение лекарства, продлевая время его действия и повышая эффективность.

Другие области

Материал для 3D-печати: Мастербат PBAT обладает хорошей термической стабильностью и текучестью, что делает его подходящим материалом для 3D-печати. Он позволяет печатать изделия сложной формы, а готовые изделия обладают определенной прочностью и вязкостью.

Волокна: Мастербат PBAT может использоваться для производства волокон, таких как волокна для одежды, домашнего текстиля и т.д. Эти волокна имеют мягкое и приятное на ощупь ощущение, а также биоразлагаемые свойства, что соответствует тренду развития экологичной моды.

Изделия литья под давлением: Мастербат PBAT может использоваться для литья под давлением с целью производства различных бытовых и промышленных изделий, таких как игрушки, канцелярские товары, детали автомобильного интерьера и т.д., при этом удовлетворяя требованиям к характеристикам изделия и снижая воздействие на окружающую среду.