PBS-мастербаатч представляет собой гранулированный пластиковый концентрат, основным компонентом которого является полибутиленсукцинат (PBS), получаемый путем добавления присадок, наполнителей и обработки на таком оборудовании, как экструдеры. PBS — это полностью биоразлагаемый материал, который в естественных условиях под действием микроорганизмов разлагается до углекислого газа и воды. Он экологически безопасен, обладает высокой прочностью на растяжение и хорошей гибкостью. Его механическая прочность сопоставима с прочностью обычных пластиков, таких как полипропилен (PP) и полиэтилен (PE). PBS-мастербаатч подходит для различных методов формования, включая литье под давлением, экструзию, выдув пленки и ламинирование, а также легко перерабатывается и формуется.

Классификация

Классификация PBS-мастербаатча основана преимущественно на его различном составе, функциях и областях применения. Конкретная классификация приведена ниже:

Классификация по составу:

Чистый PBS-мастербаатч: изготавливается преимущественно из смолы полибутиленсукцината (PBS) без добавления других присадок или наполнителей.

Модифицированный PBS-мастербаатч: на основе чистой смолы PBS добавляются антипирены, антибактериальные агенты, модификаторы ударной вязкости, наполнители и другие добавки для улучшения специфических свойств мастербаатча.

Функциональная классификация:

Антипиреновый PBS-мастербаатч: содержит добавленный антипирен для повышения огнестойкости мастербаатча; подходит для областей с высокими требованиями к огнестойкости, таких как электронные приборы, интерьеры автомобилей и т. д.

Антибактериальный PBS-мастербаатч: содержит антибактериальные агенты, обладает функцией подавления роста бактерий и подходит для областей с высокими гигиеническими требованиями, таких как медицинская упаковка и упаковка пищевых продуктов.

Ударопрочный PBS-мастербаатч: за счет добавления модификаторов ударной вязкости улучшаются гибкость и ударная прочность мастербаатча, что делает его пригодным для изделий, подвергающихся воздействию определенных ударных нагрузок.

Наполненный PBS-мастербаатч: добавление наполнителей, таких как карбонат кальция, тальк и др., снижает стоимость мастербаатча и может улучшать определенные свойства, такие как жесткость и термостойкость.

Классификация по области применения:

PBS-мастербаатч для упаковки: преимущественно используется при производстве биоразлагаемой пищевой упаковки, мусорных пакетов, косметических флаконов и других упаковочных материалов.

Сельскохозяйственный PBS-мастербаатч: используется для производства сельскохозяйственных пленок, удобрений пролонгированного действия и другой агропродукции в целях содействия устойчивому развитию сельского хозяйства.

Медицинский PBS-мастербаатч: благодаря хорошей биосовместимости и биоабсорбируемости медицинский PBS-мастербаатч преимущественно используется для производства биомедицинских полимерных материалов, таких как искусственный хрящ, хирургические нити и каркасы (скаффолды).

Специализированный PBS-мастербаатч: индивидуальный PBS-мастербаатч, производимый в соответствии с конкретными потребностями применения, например, для одноразовой посуды, товаров повседневного спроса и т. д.

Данные методы классификации не являются взаимоисключающими; фактически один и тот же PBS-мастербаатч может одновременно относиться к нескольким категориям. Например, PBS-мастербаатч с добавленными антипиреном и модификатором ударной вязкости относится одновременно к антипиреновым и ударопрочным PBS-мастербаатчам и также может относиться к упаковочным или сельскохозяйственным PBS-мастербаатчам в зависимости от конечной области применения.

Соотношение компонентов рецептуры

Пропорции различных типов рецептур PBS-мастербаатча могут варьироваться в зависимости от конкретных требований применения. Ниже приведены некоторые распространенные типы PBS-мастербаатча и их приблизительные соотношения компонентов:

1. Чистый PBS-мастербаатч

Соотношение рецептуры: преимущественно состоит из полибутиленсукцината (PBS), обычно составляющего более 95%, остальная часть может содержать небольшое количество технологических добавок, таких как антиоксиданты, смазки и т. д., для улучшения перерабатываемости.

2. Антипиреновый PBS-мастербаатч

Соотношение рецептуры: на основе чистого PBS добавляются антипирены, такие как декабромдифениловый эфир и оксид сурьмы (III). Количество вводимого антипирена обычно составляет от 10% до 30% в зависимости от требуемого класса огнестойкости и базовых свойств PBS.

3. Антибактериальный PBS-мастербаатч

Соотношение рецептуры: к PBS добавляются антибактериальные агенты, такие как ионы серебра, наноразмерный оксид цинка и др. Количество вводимого антибактериального агента обычно невелико, как правило, от 1% до 5%, чтобы обеспечить антибактериальный эффект без влияния на другие свойства PBS.

4. Ударопрочный PBS-мастербаатч

Соотношение рецептуры: для повышения гибкости и ударной прочности PBS могут добавляться модификаторы ударной вязкости, такие как эластомеры (например, SBS, SEBS), пластификаторы и др. Количество вводимого модификатора обычно составляет от 5% до 20% в зависимости от желаемого эффекта повышения ударной вязкости и базовых свойств PBS.

5. Наполненный PBS-мастербаатч

Соотношение рецептуры: для снижения стоимости или улучшения определенных свойств, таких как жесткость и термостойкость, к PBS могут добавляться наполнители, такие как карбонат кальция, тальк, стекловолокно и др. Количество вводимого наполнителя может составлять от 10% до 50% или даже больше в зависимости от требований применения и базовых характеристик PBS.

6. Специальный функциональный PBS-мастербаатч

Соотношение рецептуры: в соответствии с конкретными требованиями применения могут также добавляться другие специальные функциональные добавки, такие как антистатики, УФ-абсорберы, стабилизаторы света и др. Количество этих добавок обычно невелико, чтобы не повлиять на базовые свойства PBS.

Меры предосторожности

Соотношение рецептуры необходимо корректировать в соответствии с конкретными требованиями применения: соотношение компонентов различных типов PBS-мастербаатча может варьироваться в зависимости от области их использования. Поэтому на практике необходимо корректировать соотношение рецептуры согласно конкретным потребностям.

Обеспечение совместимости компонентов: при добавлении присадок или наполнителей необходимо обеспечить их совместимость со смолой PBS, чтобы избежать негативного влияния на характеристики мастербаатча.

Учет перерабатываемости: корректировка соотношений рецептуры также должна учитывать влияние на перерабатываемость. Например, добавление слишком большого количества наполнителя может ухудшить текучесть расплава мастербаатча, что снизит эффективность переработки.

Производственный процесс

Различные типы PBS-мастербаатча могут иметь различия в производственных процессах, но в целом они следуют определенным базовым этапам. Ниже приведен обзор производственных процессов для различных типов PBS-мастербаатча:

1. Базовый технологический процесс производства

Подготовка сырья: точное взвешивание сырья, такого как смола полибутиленсукцината (PBS), присадки, наполнители и т. д., в соответствии с соотношением рецептуры.

Смешивание: тщательное перемешивание сырья в высокоскоростном смесителе для обеспечения равномерного распределения каждого компонента.

Экструзия: смешанное сырье подается в двухшнековый экструдер, где благодаря сдвиговому и смесительному воздействию шнеков происходит плавление и пластификация сырья. В процессе экструзии требуется точный контроль таких параметров, как температура и скорость вращения шнека, для обеспечения качества и характеристик мастербаатча.

Грануляция: экструдированный расплав нарезается гранулирующей системой на однородные гранулы мастербаатча.

Сушка и упаковка: после нарезки гранулы сушатся для удаления влаги, а затем упаковываются для хранения и транспортировки.

2. Особенности производственного процесса различных типов PBS-мастербаатча

Антипиреновый PBS-мастербаатч

Введение антипирена: на этапе смешивания антипирен смешивается со смолой PBS и другим сырьем в высокоскоростном смесителе.

Контроль температуры: из-за возможной термочувствительности антипиренов в процессе экструзии требуется более точный контроль температуры во избежание разложения или потери эффективности антипиренов.

Антибактериальный PBS-мастербаатч

Диспергирование антибактериального агента: антибактериальные агенты обычно требуют диспергирования в наноразмерном состоянии в смоле PBS для обеспечения антибактериального эффекта. Поэтому на этапе смешивания необходимы специальные методы диспергирования, такие как ультразвуковое диспергирование и механическое перемешивание.

Предотвращение загрязнения: в процессе производства требуется строгий контроль санитарно-гигиенических условий для предотвращения загрязнения антибактериальных агентов, что может повлиять на их антибактериальные свойства.

Ударопрочный PBS-мастербаатч

Выбор модификатора ударной вязкости: выбор подходящего модификатора ударной вязкости в зависимости от желаемого эффекта, например, эластомеров, пластификаторов и т. д.

Корректировка параметров переработки: добавление модификаторов ударной вязкости может повлиять на перерабатываемость PBS, такую как текучесть расплава, прочность расплава и т. д. Поэтому необходимо корректировать параметры переработки в процессе экструзии для обеспечения качества и характеристик мастербаатча.

Наполненный PBS-мастербаатч

Выбор наполнителя: выбор подходящих наполнителей в соответствии с требованиями применения, таких как карбонат кальция, тальк, стекловолокно и др.

Диспергирование и смазка: степень дисперсности наполнителей в смоле PBS оказывает существенное влияние на характеристики мастербаатча. Поэтому на этапе смешивания необходимо применять эффективные методы диспергирования и при необходимости добавлять смазки для улучшения диспергируемости и перерабатываемости наполнителей.

3. Меры предосторожности

Точное соотношение рецептуры: соотношение компонентов различных типов PBS-мастербаатча варьируется, поэтому необходимо точно взвешивать каждый вид сырья для обеспечения точности рецептуры.

Строгий контроль температуры: контроль температуры в процессе экструзии имеет решающее значение для качества и характеристик мастербаатча. Необходимо точно контролировать температуру каждой зоны нагрева в зависимости от характеристик сырья и требований переработки.

Рациональная конструкция шнека: конструкция шнека оказывает существенное влияние на эффективность смешивания и пластификации мастербаатча. Необходимо выбирать соответствующую конструкцию и параметры шнека, исходя из характеристик сырья и требований переработки.

Контроль санитарно-гигиенических условий: в процессе производства требуется строгий контроль санитарно-гигиенических условий для предотвращения загрязнения сырья, что может повлиять на качество и характеристики мастербаатча.

Производственное оборудование

Оборудование для производства PBS-мастербаатча включает экструдеры, дозирующие устройства, сушилки, вибрационные сита и конвейеры, при этом ключевым оборудованием являются экструдеры.

Экструдер:

Тип: обычно используются двухшнековые экструдеры благодаря их превосходным смесительным и пластификационным свойствам, что делает их пригодными для производства PBS-мастербаатча.

Конструкция шнека: шнек должен проектироваться по принципу модульной сборки (building blocks) для рационального соотношения длины к диаметру, шага нарезки, элементов шнека и т. д. в соответствии с системой перерабатываемых материалов и технологическими требованиями. Материал шнека следует выбирать из высококачественных износостойких и коррозионностойких материалов, таких как 38CrMoAlA, для обеспечения стабильности и надежности работы шнека при длительной эксплуатации.

Контроль температуры: экструдер должен быть оснащен точной системой контроля температуры, способной точно регулировать температуру цилиндра и головки. Для смолы PBS температура цилиндра обычно устанавливается на основе его температуры плавления, как правило, в диапазоне от 110 °C до 120 °C.

Система дегазации: из-за возможного выделения газов в процессе пластификации смолы PBS экструдер должен быть оснащен эффективной системой дегазации для удаления газов, предотвращения образования пузырьков и обеспечения качества мастербаатча.

Система грануляции: система грануляции экструдера должна обеспечивать получение однородных гранул мастербаатча с возможностью регулировки скорости грануляции в соответствии с различными производственными потребностями.

Дозирующее устройство (загрузчик):

Используется для равномерной подачи сырья в экструдер, обеспечивая непрерывность и стабильность процесса экструзии.

Сушильная машина:

Для смолы PBS с высокой гигроскопичностью может потребоваться предварительная сушка перед смешиванием для снижения содержания влаги и улучшения качества мастербаатча.

Вибрационное сито:

Используется для просеивания и удаления некондиционного мастербаатча, обеспечивая однородное распределение размеров частиц в готовой продукции.

Конвейерная лента:

Используется для транспортировки нарезанного мастербаатча к следующему этапу процесса, например, к упаковке или хранению.

Данное производственное оборудование работает совместно для завершения процесса производства PBS-мастербаатча. В реальном производстве необходимо соответствующим образом настраивать и оптимизировать оборудование в зависимости от конкретного соотношения рецептуры и требований технологического процесса, чтобы обеспечить соответствие качества и характеристик мастербаатча требованиям применения.

Соответствующие требования

Конкретные требования к экструдеру, используемому при производстве PBS-мастербаатча, следующие:

Возможность контроля температуры:

Точный контроль температуры: экструдер должен быть оснащен высокоточной системой контроля температуры, способной точно регулировать температуру цилиндра и головки. Для смолы PBS температура цилиндра обычно должна устанавливаться в соответствии с его температурой плавления, как правило, в диапазоне от 110 °C до 120 °C.

Зонный нагрев: цилиндр должен быть разделен на несколько зон нагрева для зонного регулирования температуры в соответствии с требованиями пластификации материала, обеспечивая равномерную и стабильную температуру в процессе экструзии.

Диапазон регулирования температуры: диапазон регулирования температуры экструдера должен быть достаточно широким, чтобы удовлетворять потребности различных рецептур и производственных процессов.

Конструкция и материал шнека:

Конструкция шнека: шнек должен проектироваться по принципу модульной сборки (building blocks) для рационального соотношения длины к диаметру, шага нарезки, элементов шнека и т. д. в соответствии с системой перерабатываемых материалов и технологическими требованиями. Сдвиговое и смесительное воздействие шнека имеет решающее значение для пластификации и однородности PBS-мастербаатча.

Материал шнека: следует выбирать высококачественные износостойкие и коррозионностойкие материалы, такие как 38CrMoAlA, для обеспечения стабильности и надежности работы шнека при длительной эксплуатации.

Оптимизация шнека: на основе конкретных производственных требований оптимизируется конструкция шнеков, например, использование специальных профилей витков или каналов дегазации для улучшения эффективности пластификации и дегазации.

Система дегазации:

Эффективная дегазация: из-за возможного выделения газов в процессе пластификации смолы PBS экструдер должен быть оснащен эффективной системой дегазации для удаления газов, предотвращения образования пузырьков и обеспечения качества мастербаатча.

Конструкция порта дегазации: порт дегазации должен располагаться над направлением транспортировки материала, иметь умеренный размер для предотвращения попадания материалов в систему дегазации. Одновременно на выходе из системы дегазации следует устанавливать защитные устройства, такие как металлические фильтры или перегородки, для предотвращения закупорки канала дегазации материалами.

Система грануляции:

Однородная грануляция: система грануляции экструдера должна обеспечивать получение однородных гранул мастербаатча, а распределение размеров частиц должно соответствовать требованиям последующей переработки и использования.

Регулируемая скорость резки: скорость резки системы нарезки должна быть регулируемой для удовлетворения различных производственных потребностей и обеспечения выхода и качества мастербаатча.

Стабильность и надежность оборудования:

Высокая стабильность: экструдер должен обладать хорошей стабильностью для обеспечения непрерывности и стабильности производственного процесса, снижения количества отказов и простоев.

Высокая надежность: компоненты экструдера должны быть изготовлены из высококачественных материалов для обеспечения надежности и долговечности оборудования. Одновременно следует проводить регулярное техническое обслуживание и уход за оборудованием для продления срока его службы.

Адаптивность и гибкость:

Адаптивность к рецептурам: экструдер должен быть способен адаптироваться к производственным потребностям различных рецептур, включая добавление антипиренов, антибактериальных агентов, модификаторов ударной вязкости и других добавок.

Производственная гибкость: экструдер должен обладать определенной степенью производственной гибкости и возможностью быстрой корректировки планов производства и спецификаций продукции в соответствии с рыночным спросом.

Применение

Области применения PBS-мастербаатча широки, они включают преимущественно следующие направления:

Область упаковки:

Одноразовые пластиковые изделия: PBS-мастербаатч может использоваться для производства одноразовых ножей, вилок, контейнеров для обедов, бутылок для воды и т. д. Эти изделия могут разлагаться микроорганизмами после использования, снижая загрязнение окружающей среды.

Упаковочная пленка: используется для изготовления биоразлагаемых упаковочных материалов, таких как пакеты для продуктов, мусорные пакеты, косметические флаконы и т. д., заменяя традиционные неразлагаемые пластики и снижая пластиковое загрязнение.

Область сельского хозяйства:

Сельскохозяйственная пленка: сельскохозяйственная пленка, произведенная из PBS-мастербаатча, биоразлагаема и может разлагаться в почве после использования, предотвращая загрязнение почвы и посевов.

Материал для удобрений пролонгированного действия: контролируя скорость деградации PBS-мастербаатча, его можно применять в материалах для удобрений пролонгированного действия для повышения эффективности использования удобрений.

Биомедицинская область:

Одноразовые медицинские изделия, такие как шприцы, системы для инфузий и т. д. Биосовместимость и разлагаемость PBS-мастербаатча делают его идеальным материалом для медицинских изделий.

Биомедицинские полимерные материалы: используются для изготовления искусственного хряща, хирургических нитей, каркасов (скаффолдов) и т. д., отвечая высоким требованиям к биосовместимости и разлагаемости материалов в медицине.

Другие области:

Колышки для гольфа: колышки, произведенные из PBS-мастербаатча, биоразлагаемы и не вызывают длительного загрязнения окружающей среды.

Материалы для фиксации саженцев при лесовосстановлении в тропических лесах: использование разлагаемости PBS-мастербаатча для производства материалов фиксации саженцев и содействия экологической реставрации.

Электронная упаковка, пластиковые пленки и пеноматериалы: PBS-мастербаатч также может использоваться для изготовления этих экологически чистых продуктов, удовлетворяя спрос рынка на биоразлагаемые материалы.

Резюме:

PBS-мастербаатч получил широкое применение в различных областях, таких как упаковка, сельское хозяйство и биомедицина, благодаря своей отличной биоразлагаемости, хорошим механическим свойствам и перерабатываемости. С ростом осведомленности об охране окружающей среды и растущим спросом на устойчивое развитие перспективы применения PBS-мастербаатча станут еще более широкими.