Bioplastikler için masterbatch, yüzey olarak konvansiyonel masterbatch'e benzer - pigment, dolgu veya işlevsel katkının bir konsantre paketi, dönüştürücüde temel polimer içine karıştırılır. Pratikte, karıştırma endüstrisinde en kısıtlı formülasyon problemlerinden biridir, çünkü geleneksel bir masterbatch tasarımcısının güvenebileceği hemen hemen her özgürlük alınmıştır. Taşıyıcı reçine polietilen veya etilen vinil asetat olamaz, çünkü bu polimerler ürünün ticari varlığını sağlayan kompostlanabilirlik sertifikasını bozar. Dispersiyonu iyileştirmek için işlem sıcaklığı artırılamaz, çünkü polilaktik asit 210 derece civarında depolimerleşmeye başlar ve polihidroksi alkanoat yaklaşık olarak kendi erime noktasının on derecesinde bozulur. Nem spesifikasyonu esnekleştirilemez, çünkü bu polimerlerdeki her ester bağı hidroliz edilebilir ve ekstruderde kaybedilen molekül ağırlığı asla geri gelmez. Ayrıca pigment paleti, kompostlanabilme standartlarına yazılan ağır metal sınırları ve ekotoksisite testleri nedeniyle daraltılmıştır.
Bu kılavuz, PLA, PBAT, PHA, PBS, termoplastik nişasta ve biyobazlı polietilen için tasarlanmış ve üretilen masterbatchlerin tasarım ve üretimi için tamamen teknik bir çerçeve belirler. Bu kitap, her substratın fiziksel özellikleri ve işleme pencerelerini, taşıyıcı reçine seçiminin mantığını, kurutma ve hidroliz kontrolünü, EN 13432 ve ASTM D6400'a göre pigmentlerin filtrelenmesini, dolgu ve işlevsel katkı sistemlerini, çok fonksiyonel epoksi oligomerlerle zincir uzatımı, kümeleşme ve ısı dayanımı, ASTM D6866 kapsamında kompostlanabilirliği ve biyobazlı içeriği ile ilgili sertifikasyonu, FDA kuralları ve EU 10/2011 düzenlemesine göre gıda teması uygunluğunu, ve en çok değerlendirilmeyen kısmı olan, bir ko-rotaşan çift silindirli extruderin nasıl konfigüre edilmesi gerektiğini ve formülasyonun korumaya çalıştığı molekül ağırlığını bozmaması için karıştırma aşamasında neler yapılması gerektiğini anlatır.
Kerke, paralel dönen çift şaftlı karıştırma extruderleri alanında uzman Wanplas fabrikası, renk, dolgu ve katkı malzemesi masterbatch ile birlikte biyolojik olarak parçalanabilen plastik karıştırma alanını da temel uygulama endüstrileri arasında sıralıyor. On iki yılı aşkın özverili çift silindir geliştirme süresi, 19.997 metrekareden fazla bir fabrikası, 70'den fazla ülkede 2.000'den fazla makine ve 100'den fazla mühendis ve teknisyenin yer aldığı Kerke, bioplastik masterbatch'in gerektirdiği düşük gerilim, düşük ikamet süresi ve vakumla deaktivat edilmesi işlemleri için özel olarak tasarlanmış KTE serisi hatları tedarik etmiştir. Aşağıdaki rehber, 2026 yılında mevcut olan üretim deneyimini yansıtır.
Bioplastik Masterbatch Neden Diğer Bir Disiplin?
Bioplastik karışımının tek belirleyici özelliği, polimerin akması için gereken sıcaklık ile kendini yok etmesi için gereken sıcaklık arasındaki boşluğun darlığıdır. Standart polipropilen renk masterbatch için, karıştırıcı, erime ve anlamlı bozulma arasındaki çalışma aralığı 100 derece celsiyumun çok üzerinde olmaktadır. Polyhidroksibutirat için bu açı 15 derece olabilir. Formülasyon ve makine yapısının her sonraki kararından bu gerçek doğmaktadır.
İkinci belirleyici özellik, ürünün değer sunumunun tamamen işlevsel olmaktan ziyade düzenleyici olmasıdır. Standart bir siyah masterbatch, jetlik, dağılım ve maliyet açısından değerlendirilir. Bir kompost edilebilir siyah masterbatch, bu kriterler ile birlikte, her bir bileşenin yüzde birden fazlasının kanıtlanabilir şekilde biyolojik olarak parçalanabilmesi, ürünün ağır metal içeriğinin belirlenmiş sınırların altında olması ve kompost artıklarının kontrol grubunun en az yüzde doksanında bitki çimlenmesi ve biyomass üretimini desteklemesi gibi özelliklerine göre değerlendirilir. Muhteşem bir formülasyon ancak ekotoksisite testinden geçemiyorsa, hiçbir değeri yoktur.
Üçüncü özellik, hidrolitik hassaslıktır. PLA, PBAT, PBS, PHA ve bunların kopolimerleri, hepsi alifatik veya alifatik-aromatik poliesterdir. Erime sıcaklığında, su ester bağlarını parçalayarak yeni karboksil uç grupları oluşturur ve bu da daha fazla hidroliz için kendini otomatik olarak katalize eder. Tek bir kötü kurutulmuş kalsiyum karbonat dolgu, PLA bileşiğinin sayısal ortalama molekül ağırlığının yüzde yirmi ila otuzunu bir defada ekstruderden geçirerek, erime mukavemetinin, darbe dayanımının ve filmin kabarcık stabilitesinin de orantılı olarak azalmasına neden olabilir. Termal bozulma, bazen antioksidanlar ile önlenebildiği gibi, hidroliz tamamen stoikiometrik bir süreçtir: tek savunma yolu, işlemden önce ve sırasında suyu uzaklaştırmaktır.
Ticari konu
Küresel bioplastik üretim kapasitesi, Avrupa Birliği, Çin, Hindistan ve giderek artan sayıda ulusal ve yerel yönetim alanında uygulanan tek kullanımlık plastik kısıtlamaları, genişletilmiş üretici sorumluluk sistemleri ve marka sahiplerinin paketleme taahhütleri tarafından desteklenerek sürekli olarak genişlemektedir. Organik atık toplama, gıda hizmeti malzemeleri, meyve ve sebze torbaları, çürüme önleyici film, kahve kapsülleri, çatal kaşık ve sert termoformlu paketleme, en yüksek miktarda kullanılan uygulamalardır. Bu ürünlerin her biri renk gerektirir, çoğu maliyet ve sertlik yönetimi için dolgu maddesi gerektirir ve neredeyse hepsi en az bir işlevsel katkı maddesi – kayma önleyici, bloklama önleyici, yutma, zincir uzatma veya darbe modifikasyonu – içerir. Bu nedenle, masterbatch katmanı bioplastik değer zincirinin bir nişi değil, onun ön koşuludur.
Bioplastik masterbatch'in karşılaştırılabilir maliyet durumu, masterbatch spektrumunun yüksek ve çok yüksek uçlarında yer alır. Taşıyıcı reçineler kendileri, ticari poliolefanlardan daha pahalıdır, pigment paleti, en ucuz olan bazı inorganik seçenekleri dışlar, kurutma ve işleme yükü, enerji ve iş gücü ekler, belirli bir extruderde verim, diş hızının ve spesifik enerjinin sınırlandırılması nedeniyle düşüktür ve sertifikasyon, tekrar eden uyum maliyetini artırır. Bu boşluğu, geleneksel bir taşıyıcı veya onaylanmamış bir pigment ile doldurmak isteyen formülasyoncular, genellikle üretim aşamasında değil, denetim sırasında hatayı fark ederler.
Bioplastik substrat ailesi: PLA, PBAT, PHA, PBS, TPS ve Bio-PE
Masterbatch, alt substratı belirlemeden tasarlanamaz, çünkü alt substrat taşıyıcı, sıcaklık sınırı, pigmentin ısı stabilitesi gereksinimi ve kurutma protokolünü belirler. Aşağıdaki altı aile, ticari bioplastik hacminin büyük bir bölümünü oluşturur ve birbirlerinden çok farklı davranırlar.
Polilaktik asit
PLA, ferment edilmiş şeker veya nişasta hammaddesinden elde edilen laktit'in ring açma polimerizasyonu yoluyla üretilir ve ticari olarak kullanılan en yüksek miktarda biyobazlı, biyolojik olarak parçalanabilen polimerdir. NatureWorks ve TotalEnergies Corbion gibi tedarikçilerden alınan ticari kaliteler, esas olarak D-izomer içeriğiyle değişir, bu da kristalizasyonu kontrol eder: bir ila iki yüzde D-izomer içeren düşük kaliteli ürünler kristalleşir ve 165 ila 175 derece santigrat sıcaklığa ulaşırken, yaklaşık sekiz yüzde D-izomerden fazla olan ürünler etkili olarak amorf olup cam geçiş noktasında yumuşar.
Mekaniksel olarak, PLA sert ve güçlü ancak kırılgandır: genellikle 50 ila 70 megapascal çekme dayanımı, 3,0 ila 3,6 gigapascal çekme modülü, kırılma sırasında genleşme oranı genellikle 3 ila 8%, ve modifikasyon yapılmadan notlu Izod darbe dayanımı düşüktür. Paketleme için kritik bir sınır, ısı dayanımıdır. Unyapılan amorf PLA'nın ısı deformasyon sıcaklığı, cam geçiş sıcaklığına yakın, yaklaşık 55 derece Celsius'dir. Bu, değiştirilmemiş bir PLA kupanın sıcak bir araba ya da ısıtılmış bir depo ortamında deform olacağı anlamına gelir. Kristalleştirme bu durumda önemli ölçüde artar, ancak PLA yavaşça kristalleşir ve onu hızlandırmak, bir kristalleştirme masterbatch'in temel işlerinden biridir.
Termal olarak, PLA, tüm kategoride referans durumdur. İşlemler genellikle 170 ila 200 santigrat derece arasında olan erime sıcaklıklarında gerçekleştirilir. 210 derece Celsius'un üzerinde, zincir ayrılması, transesterifikasyon ve laktilin yenilenmesi ölçülebilir hale gelir; 230 derece Celsius'in üzerinde hız artar ve buharlaşan laktili, soğuk yüzeylerde kondansa, kalıplarda duman oluşturur, soğutma rulolarında birikerek makaraların kaymasını sağlar. PLA, aynı zamanda güçlü bir hidroliz duyarlılığına sahiptir ve erimiği, düşük erime kuvveti ile yüksek aşınma inceltme özelliğine sahiptir, bu nedenle zincir uzatılmadan film üfleme ve extrüzyon kaplaması zor olabilir.
Polibütilen adipat tereftalat
PBAT, büyük ölçüde fosil kaynaklı olmasına rağmen endüstriyel kompostlama koşullarında tamamen biyolojik olarak parçalanabilen bir alifatik-aromatik kopolimerdir ve kompost edilebilir dünyanın en büyük sertleştiricisidir. BASF'nin ecoflex ve Çin ve Kore üreticilerinin eşdeğerleri gibi isimler altında sunulan sınıflar, 110 ila 120 derece Celsius sıcaklık aralığında erir ve -30 dereceye yakın bir cam geçiş noktasıyla, yumuşak ve çok uzatılabilir bir malzeme oluşturur: dayanıklılık genellikle 20 ila 35 megapascal, kırılma elastikliği ise genellikle 500 ila 900 arasında değişir.
PBAT genellikle tek başına kullanılmaz. PLA, nişasta veya PBS ile karıştırılarak, düşük yoğunluklu polietilenin esnekliği ve kopma dayanımıyla kompost edilebilir bir film elde edilir. İşlenme sıcaklığı penceresi, düşük tarafında geniş ve bozulma başlangıcı, erime noktasının üstünde rahat bir seviyede gerçekleştiğinden, termal olarak biyolojik olarak parçalanabilen polyesterlerin en toleranslısıdır. Sorunları aşağı doğru ilerliyor: PBAT peletleri yumuşak ve yapışkandır, depolama ve yem haznelerinde tıkanırlar ve polimer hala ester olup, dolayısıyla hala hidrolize edilebilir. Masterbatch taşıyıcı için, PBAT'ın düşük erime noktası avantajdır - bu, PLA bozunma sınırının çok altında olan sıcaklıklarda pigment dağılımını sağlar.
Polihidroksialkanatlar
PHA, bakteriyel fermentasyon yoluyla doğrudan üretilen polimerler ailesidir ve toprak, tatlı su ve deniz ortamlarında, aynı zamanda endüstriyel kompostta biyolojik olarak parçalanan tek önemli bioplastiktir. Homopolimer polihidroksi butirat, 165 ila 175 derece Celsius sıcaklığında erir, 0 ila 5 derece Celsius yakınında bir cam geçiş noktasına sahiptir ve çok kristalize, sert ve kırılgandır. Onun belirleyici sorunu, 180 dereceye yakın sıcaklıkta, rastgele zincir kopması ve cis-eliminasyon mekanizması yoluyla termal bozulmanın başlamasıdır – bu, erime noktasına çok yakın bir sıcaklıktır. Polyhidroksibutirat-co-valerat ve polyhidroksibutirat-co-heksanoat gibi kopolimerler, komonomer içeriğine bağlı olarak erime noktasını yaklaşık 140 ila 165 santigrat dereceye düşürerek, pencerenin genişlemesini sağlar ve dayanıklılığı artırır.
Masterbatch işlemleri için, PHA, ailesindeki en zorlu substrattır. Erime sıcaklığı 170 ila 180 santigrat derece civarına sınırlandırılmalıdır, kalıcılık süresi en aza indirilmelidir ve makarada veya kalıbın herhangi bir yerindeki lokal ısı noktası kahverengi renk değişimine ve viskozite düşüşüne neden olur. PHA, işlemden sonra günler boyunca ikinci kristalizasyon gösterir, bu da parçaları kırılgan hale getirir ve kristalizasyon hızı soğuma hızına göre yavaş olduğundan, pelletizörde yapışmaya eğilimlidir.
Polibütilen succinat
PBS ve adipat kopolimeri PBSA, biyolojik süksinik asit ve biyolojik butanediolden elde edilen, kısmen biyolojik kaynaklı kalitelerde bulunan alifatik poliesterdir. PBS, 110 ila 115 derece Celsius sıcaklığında erir ve -32 derece Celsius yakınında cam geçişi meydana gelir, bu da 30 ila 40 megapascal aralığında çekme dayanımı ve genellikle 200 ila 400 yüzde arasında uzama sağlar. Dekstroz, sertlik, dayanıklılık ve düşük işlem sıcaklığı dengesinin birleşimi sayesinde, karışım bileşeni ve masterbatch taşıyıcı olarak da çekici bir malzeme olmaktadır ve PLA'dan çok daha kolay işlenmektedir. Sıcaklık dayanımı sınırlıdır ve PLA'dan daha hızlı olan kristalleşme, yine de nükleasyon avantajından yararlanır.
Termoplastik nişasta
Termoplastik nişasta, doğal nişasta granülleri, su ve genellikle gliserol veya sorbitol gibi bir plastifikatör kullanılarak, çift şaftli bir extruderde ısı ve kesme etkisi altında parçalanarak üretilir. En düşük oransal maliyeti olan biyobazlı malzemedir ve genellikle değiştirilmemiş TPS, yüksek hidrofilik, nemle boyut olarak istikrarsız ve mekanik olarak zayıf olduğu için tek başına kullanılmak yerine PBAT veya PLA ile karıştırılır. İşlem sıcaklıkları düşük, genellikle 120 ila 160 santigrat derece arasındadır ve malzeme tasarım olarak su taşıyıcıdır, bu da TPS karıştırma hatlarının PLA hatlarından tamamen farklı bir devalülasyon stratejisine ihtiyaç duymasını gerektirir. Masterbatch, nişasta bazlı bir karışımın içine eklendiğinde, taşıyıcı genellikle nişasta değil, PBAT veya PBAT-PLA karışımıdır.
Biyobazlı polietilen ve diğer drop-in polimerler
Bio-etanolü bio-etilenden kurutarak ve geleneksel yöntemlerle polimerize ederek üretilen Bio-PE, kimyasal olarak fosil polietilenden aynıdır. Biyobazlıdır – genellikle ASTM D6866’ye göre radyokarbon ölçümüyle modern karbon oranı yaklaşık %94’tür – ancak biyolojik olarak parçalanmaz ve kompost edilemez. Aynı durum bio-PET, kısmen biyolojik kaynaklı bio-PA ve bio-PP için de geçerlidir. Masterbatch amaçları için, drop-in biopolimerlere özel bir formülasyon gerekmez: geleneksel polietilen taşıyıcı masterbatch tamamen uygundur. Ticari risk, kimya yerine iletişim konusudur, çünkü müşteriler genellikle biyobazlıyı biyolojik olarak parçalanabilir ile karıştırır ve asla kompostlanmayacak bir alt yapı için kompost edilebilir katkı maddeleri talep eder.
| Property | PLA | PBAT | PHA (PHB/PHBV) | PBS / PBSA | TPS (starch) | Bio-PE |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Melting point, degrees Celsius | 150–175 | 110–120 | 140–175 | 90–115 | No sharp Tm | 110–132 |
| Glass transition, degrees Celsius | 55–60 | −30 to −35 | 0–5 (PHB) | −32 to −45 | Varies with glycerol | −110 (approx.) |
| Thermal degradation onset, degrees Celsius | 210–230 | Above 230 | 175–190 | Above 250 | 180–200 | Above 280 |
| Recommended melt temperature, degrees Celsius | 170–200 | 130–170 | 150–175 | 140–180 | 120–160 | 180–230 |
| Density, grams per cubic centimetre | 1.24 | 1.25–1.27 | 1.20–1.25 | 1.24–1.26 | 1.30–1.45 | 0.92–0.96 |
| Tensile strength, megapascals | 50–70 | 20–35 | 25–40 | 30–40 | 3–10 | 10–30 |
| Elongation at break, percent | 3–8 | 500–900 | 3–15 | 200–400 | 20–100 | 300–900 |
| Hydrolysis sensitivity | Very high | High | High | High | Water-bearing by design | None |
| Industrially compostable | Yes | Yes | Yes | Yes | Yes | No |
| Bio-based carbon content | Near 100 percent | Low unless bio-BDO used | Near 100 percent | Partial to high | Near 100 percent | Approximately 94 percent |
| Relative resin cost level | Medium–High | High | Premium | High | Low | High |
Taşıyıcı reçin seçimi: Kompostlanabilirlik kısıtlaması
Taşıyıcı seçimi, bioplastik masterbatch tasarımında ilk ve en önemli karar olup, yönetici kural basittir: Taşıyıcı, substratın aynı polimer ailesinden gelmelidir veya en azından, bitmiş ürünün iddia edeceği aynı standartta doğal olarak biyolojik olarak parçalanabilir olduğuna dair sertifikalı olmalıdır. Polyolefin taşıyıcı sadece alt düzeyli değil, uygun değildir.
Bir yüzde bir kuralı neden her şeyi belirler?
EN 13432 ve Amerikan karşılığı ASTM D6400, biyolojik olarak parçalanabilirliklerinin kanıtlanmamış olan az miktarda bileşenleri kabul eder. EN 13432'de, her bir bu tür bileşen, bitmiş ürünün kuru kütlesinin yüzde birinden düşük olmalıdır ve tüm bu tür bileşenlerin toplamı yüzde beşten düşük olmalıdır. Bu miktar, iz kalıcılar, işlem yardımcıları ve pigment kalıntılarını kapsamak amacıyla belirlenmiştir. Bir taşıyıcı reçineyi barındırabilecek kadar büyük değildir. Tipik olarak iki ila dört yüzde arasında indirilen bir renk masterbatch, ürünün yaklaşık yüzde 1.4 ila 3.2'sini taşıyıcı olarak içerir, bu da taşıyıcı polietilen ise hemen yüzde bir tek bileşen sınırını aşar.
Sertifikasyon bağımsız olarak fiziksel bir itiraz da vardır. Polyolefinler alifatik poliamidlerle karışmaz. PLA'ya dağıtılmış polietilen taşıyıcı masterbatch, filmde jel ve balık gözü şeklinde görülen ayrı polietilen alanları oluşturur, şeffaf paketlerde bulanıklık yaratır, darbe dayanımını azaltan stres konsantrasyonları olarak işlev görür ve – pigmentin uyumsuz alanda tercihen kalması nedeniyle – kötü renk gelişimi ve çizgiler oluşturur. Pigment, arayüz üzerinden etkili bir şekilde aktarılmaz.
Pratik taşıyıcı seçenekleri
İşlenebilir taşıyıcılar dört grupta toplanır. İlk olarak, eşleştirilmiş substrat taşıyıcı: PLA, PLA zengin uygulamalar için, PBAT, PBAT zengin filmler için, PBS, PBS uygulamaları için. Bu, en iyi uyumluluğu ve en temiz sertifika sürecini sağlar, ancak birkaç taşıyıcı özel stok tutma maliyetine katlanmak zorunda kalınır. İkinci olarak, en sık PBAT bazlı veya PBAT-PLA karışımı olan, genel olarak kompost edilebilen taşıyıcıdır. Bu karışım, düşük erime noktası sayesinde yumuşak sıcaklıklarda dağıtılmasını sağlar ve çoğu kompost edilebilir karışımla karışabilir veya en azından ince bir şekilde uyumludur. Üçüncü olarak, fosil kaynaklı ancak kolayca biyolojik olarak parçalanabilen ve 60 dereceye yakın bir sıcaklıkta eriyen polikaprolaktondur. Bu polimer, çok düşük dağıtım sıcaklığı gereken yerlerde kullanılır, ancak yumuşaklığı nedeniyle peletleme ve depolama işlemleri zor olabilir. Dördüncü olarak, sıvı veya düşük viskoziteli sistemler için biyolojik yağ asit esterleri veya düşük molekül ağırlıklı polyester cürufları gibi balmumu ve oligomer bazlı taşıyıcılar.
PHA için en güvenli seçenek, en düşük uygulanabilir sıcaklıkta işlenen bir PHA veya PHA-PBAT taşıyıcıdır, çünkü PLA’yı bir PHA ürününe dahil etmek, düşürme aşamasının eritme sıcaklık gereksinimlerini artırır ve PHA’yı bozma sınırının üzerine çıkartabilir. Tersine, bir PLA ürününe küçük bir miktarda PBAT taşıyıcı eklemek genellikle yararlıdır, çünkü PBAT aynı zamanda hafif bir sertleştirici etki sağlar.
| Carrier resin | Melting range, degrees Celsius | Best-matched substrates | Compostable | Key advantage | Key limitation |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA (amorphous or low-crystallinity grade) | Softens 60; flows 150–170 | PLA rigid, PLA film, PLA fibre | Yes (industrial) | Perfect optical and mechanical match in PLA | Requires higher dispersion temperature; brittle pellets |
| PBAT | 110–120 | PBAT film, PLA-PBAT blends, starch blends | Yes (industrial) | Low dispersion temperature; toughening bonus | Tacky pellets; needs anti-block handling |
| PBS / PBSA | 90–115 | PBS injection and film, PLA-PBS blends | Yes (industrial; PBSA also soil) | Good stiffness-toughness balance, easy processing | Limited supply base relative to PLA and PBAT |
| PHA / PHBV | 140–170 | PHA articles, marine-degradable products | Yes (industrial, soil, marine) | Only carrier fully matched to PHA certification | Very narrow thermal window; Premium cost level |
| Polycaprolactone | 58–62 | Heat-sensitive systems, PHA, low-temperature let-down | Yes (industrial and soil) | Extremely low processing temperature | Very soft; storage and feeding difficulties |
| Bio-derived ester and polyester waxes | 50–100 | Liquid colour, additive concentrates | Generally yes; verify per grade | High pigment wetting efficiency | Can plasticise and lower heat resistance |
| Polyethylene or EVA (conventional) | 90–130 | Bio-PE, bio-PET, bio-PA only | No | Low cost, wide availability | Disqualifies compostability; immiscible with polyesters |
Termal Pencereler ve Karışımda Degradasyon Sınırları
Bioplastik masterbatch için karıştırma sıcaklık profili, erime noktasından yukarı doğru değil, bozunma sınırından aşağı doğru oluşturulmalıdır. Doğru sıralama, formülasyondaki en düşük bozulma sınırını belirlemek, viskozite kaybına bağlı olarak on beş ila yirmi santigrat derece bir güvenlik marjını çıkarmak ve ardından elde edilen eriyik sıcaklığının gerekli dağınıklığı oluşturmak için yeterli olup olmadığını doğrulamaktır. Eğer öyleyse, cevap, sıcaklığı yükseltmek yerine taşıyıcı veya pigmenti değiştirmek olacaktır.
Setpoint ile gerçek erime sıcaklığı arasındaki fark
Deneyimsiz operatörler, tüp bölgelerini hedef erime sıcaklığına ayarlar ve erime sıcaklığının bu değerde olduğunu varsayarlar. Doldurulmuş veya yüksek pigment içeren bir formülasyonu işleyen eş-çevirmeli çift silindirli bir extruderde, silindirlerden gelen mekanik enerji girdisi, silindir set noktası üzerinden on beş ila otuz derece Celsius sıcaklık artışı sağlar ve agresif karıştırma bölümlerinde, kısa süreler için lokal eriyik sıcaklığı önemli ölçüde yükselir. Bu nedenle, 180 derece santigratlık barrel ayar noktalarına sahip bir PLA masterbatch hattı, die'de hala laktid dumanı ve moleküler ağırlığı kötü derecede azaltılmış bir bileşik üretme yeteneğine sahiptir.
Pratik tedbir, doğrudan ölçüm yapmaktır. Metal duvarı okumak için yerleştirilmiş bir flush montajlı sensör yerine, uçtan çıkarak akış çizgisine giren bir eritme termokuplu, önemli olan değeri verir. Birçok bioplastik hattı karıştırma bölgelerinde hedef erime sıcaklığından bilinçli olarak daha düşük bir silindir ayar sıcaklığı kullanır, böylece gerilme farkı giderilir – bu teknik, belirli enerji girişi istikrarlı olduğunda iyi sonuç veren bir soğuk profil çalışma tekniğidir.
Rezidans süresi, bir süreç değişkeni olarak
Degradasyon bir hızlandırıcı süreçtir, bu nedenle maruz kalma süresi sıcaklık kadar önemlidir. PLA için, eritiminde toplam kalma süresi genellikle altmış saniyenin altına tutulmalıdır, iyi tasarlanmış 40 L/D hattada 20 ila 40 saniye arasında gerçekleştirilebilir. PHA için hedef daha sıkıdır. Rezidans süresi, besleme hızına göre vidanın hızını artırarak (bu da spesifik enerjiyi ve dolayısıyla sıcaklığı artırır) veya boruyu kısaltarak ve vidayı basitleştirerek azaltılır. Kalite karışımı ve termal maruz kalım arasındaki bu gerilim, bioplastik karıştırma alanında merkezî bir tasarım kompromizidir ve bu nedenle, makaraya ilişkin uzmanlık, diğer herhangi bir masterbatch kategorisinden daha fazla önem taşımaktadır.
| Substrate / carrier | Drying temperature, degrees Celsius | Drying time, hours | Residual moisture target, ppm | Barrel setpoint range, degrees Celsius | Melt temperature ceiling, degrees Celsius | Target residence time, seconds |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PLA (crystallised) | 80–100 | 4–6 | Below 250; below 100 preferred | 160–190 | 200 | 20–60 |
| PLA (amorphous) | 43–50 | 6–8 | Below 250 | 160–190 | 200 | 20–60 |
| PBAT | 60–80 | 3–4 | Below 500 | 120–165 | 190 | 30–80 |
| PBS / PBSA | 60–80 | 3–4 | Below 400 | 130–175 | 200 | 30–80 |
| PHA / PHBV | 70–80 | 2–4 | Below 300 | 140–170 | 175–180 | 15–40 |
| Termoplastik nişasta (in situ) | Not pre-dried | n/a | Water added as plasticiser | 110–155 | 170 | 40–90 |
| Polycaprolactone carrier | 40–45 | 3–4 | Below 500 | 80–130 | 150 | 30–80 |
| Bio-PE (drop-in) | Not required | n/a | Not critical | 160–220 | 250 | 30–120 |
Nem, Hidroliz ve Kurutma: Tartışılmaz Konular
Hidrolitik zincir kopması, bioplastik masterbatch üretiminde kalite başarısının temel nedenidir ve neredeyse her zaman önlenebilir. Mekanizma basit. Erime sıcaklığında, bir su molekülü bir ester karbonil grubuna saldırır ve zinciri alkol ve bir karboksilik asit haline getirir. Yeniden oluşturulan karboksil uç grubu asidik olup, ilerleyen reaksiyonda daha fazla hidrolizini katalize eder, bu nedenle reaksiyon ilerledikçe hızlanır. Çünkü moleküler ağırlık, karışık durumda erime viskozitesine yaklaşık olarak 3.4 katsayısıyla etki eder, bu nedenle zincir uzunluğunda küçük bir azalma bile erime mukavemetinde büyük bir kayba neden olur.
Kurutma ekipmanı spesifikasyonu
Ortam havası ile çalışan hopper kurutucular, polyester bioplastikler için yetersizdir. Kapalı döngü sistemli kurutucu, proses hava girişinde -40 derece santigrat sıcaklıkta bir yoğunluk noktası sağlar. Bu yoğunluk noktası, kurutucu yatak döngüsü saatinden tahmin edilmek yerine, bir in-line sensör ile doğrulanmalıdır. Akış hızı, genellikle 1,8 ila 2,5 kübik metrelik proses havası kilogram resin başına saatlik üretim miktarına göre ayarlanmalıdır ve konenin altındaki resin, on beş derece altında değil, kurutma sıcaklığında olacak şekilde konveyör izole edilmelidir.
PLA belirli bir komplikasyonu ortaya çıkartır. Etkin kurutma, 55 ila 60 derece Celsius sıcaklıkların üzerinde gerçekleşmesi gereklidir, ancak amorf PLA tozları bu noktadan yüksek sıcaklıklarda yumuşar ve birbirine yapışır, bu da hazneye geçişi engeller ve kurutucuya tıkar. Standart çözüm, 80 ila 100 derece Celsius sıcaklığında güvenle kurutulabilen kristalize edilmiş PLA peletleri kullanmak veya amorf sınıfları daha uzun bir döngü için 43 ila 50 derece Celsius sıcaklığında çalıştırmaktır. Regrind ve yeniden işlenen kenler genellikle virgin kaliteden bağımsız olarak amorfdur, bu nedenle düşük sıcaklık protokolü veya kristalleştirme aşaması gerektirir.
Katkı maddelerinin ve katkı maddelerine eklenen su miktarı
Polimer, su kaynağının tek kaynağı değildir. Kalsiyum karbonat, talktan, nişasta, selüloz lif, silika antiblok ve higroskopik organik katkılar hepsinin nem taşıması nedeniyle, masterbatchte yüksek oranlarda kullanılan dolgu maddeleri, taşıyıcıdan daha fazla toplam su katkısı sağlar. Kaplamalı kalsiyum karbonat, spesifikasyonu kısıtlı olan durumlarda, %0,2’den az nem içermeli ve 100 ila 120 derece Celsius sıcaklıkta önceden kurutulmalıdır. Doğal lifler ve nişasta, çok daha agresif kurutma ve özel havalandırma gerektirir. Faydalı bir disiplin, reçetenin tümünde bulunan, sadece reçinenin değil, tüm malzemelerin kütle ağırlıklı nem katkısını hesaplamaktır.
Vakumlu devolatilizasyon
Mükemmel bir yukarı akışlı kurutma bile yapıldığında, kayganlıkta su ve diğer uçucu maddeler oluşur veya salınır ve bu nedenle vakumlu boşaltma seçenek değil, zorunludur. Bir bioplastik masterbatch hattında en az bir, tercihen iki vakum çıkışı bulunmalıdır. Bu çıkışlar, eritme ve karıştırma alanlarının ardından yerleştirilmeli ve 20 ila 50 milibar arası basınçta çalışmalıdır. Her çıkışın yukarıda yer alan kısa ters veya nötr yoğurma elemanları tarafından oluşturulan eriyen kapaklar, etkin sökme için gerekli basınç engelini oluşturur. Bioplastik hatlarında, vent boşlukları uygun vent kapakları veya kapaklarla donatılmalıdır, çünkü PLA ve PBAT'in sıcaklıkta düşük erime viskozitesi, poliolefinlerle kıyaslandığında vent dolanmasına daha fazla neden olur.
Formülasyonda nişasta veya doğal lif gibi nemli bileşenler bulunuyorsa, vakum çıkışının yukarıda yer alan atmosferik çıkış, düşük maliyetle su miktarının büyük bölümünü uzaklaştırır ve vakum sisteminin aşırı yüklenmesini engeller. Kerke, KTE serisi tüplerini birden fazla sifon pozisyonu, atmosferik ve vakumlu olarak tedarik ediyor ve bu görevi için kondenzat ayırma özelliği olan vakum grupları tasarlıyor.
Renk Masterbatch: Pigment Kimyası ve Yönetmelik Denetimi
Kompost edilebilir bir ürünün renklenmesi, konvansiyonel plastiklerde mevcut olmayan sınırlamalara tabidir ve bu sınırlamalar birbirini takip eder: Pigment, düşük işlem sıcaklığında ısıya dayanıklı olmalıdır, polyester yapının etrafında kimyasal olarak ineretlenmemelidir, kısıtlanmış ağır metallerden arındırılmış olmalıdır, kompost ekotoksisite testinde inhibe edici olmamalıdır ve paketleme için gıda teması kuralları açısından kabul edilebilir olmalıdır.
Ağır metal limitleri
EN 13432, bitmiş ürünün kuru kütle bazında düzenlenmiş elementlerin maksimum konsantrasyonunu belirlerken, ASTM D6400 da benzer bir seti uygular. Bu sınırlar, geleneksel olarak önemli olan birçok pigment sınıfını tamamen ortadan kaldırıyor. Cadmium sulfoselenit kırmızıları ve kadmiyum sülfür sarıları, kadmiyum limiti, kilogram başına miligram cinsinden ölçülerek hariç tutulur. Kurşun sınırı, kurşun içeren krom sarıları, molibdat sarıları ve kurşun içeren krom yeşillerini kapsamaz. Altı valans krom pigmentleri hariç tutulur. Çünkü sınırlar, masterbatch'e değil, bitmiş ürüne uygulanır, bu nedenle bir formülasyoncu, üçte bir oranda kullanılan bir pigmentin, üçte bir oranda sulandırılmış masterbatch'te sadece 0,09 oranında katkıda bulunduğunu hesaplamak zorundadır. Bu, aritmetiği biraz rahatlatır, ancak en kısıtlı elementler için istisnaları değiştirmez.
Düşük işlem sıcaklığında ısı stabilitesi
Mantıksal olarak, bioplastiklerin düşük işlem sıcaklığı, her açıdan pigment seçimini kolaylaştırmıyor. Birçok organik pigment, 240 ila 300 santigrat derece arasında poliolefine uygulanan ısı stabilitesi dereceleriyle belirtilir ve bioplastik sıcaklıklar için bu dereceler bağlayıcı bir kısıt değildir. Bağlama sınırlamaları yerine kimyasal etkileşim ve dağılabilirlik olur. Bazı azo pigmentler ve kalan bazik veya asidik yüzey işlemleri taşıyan pigmentler, poliamidlerde transesterifikasyonu katalize edebilir veya hidrolizi hızlandırabilir, bu da üretimden birkaç saat sonra görülen bir viskozite düşüşüne neden olabilir. Kontrollü ısı tutma öncesi ve sonrası bir pigmentli PLA örnekinin erime akış indeksi veya intrinsik viskozitesini ölçerek aday pigmentleri ön-selamlamak, uygun bir fiyatla sigorta yapmaktır.
Dispersiyon da düşük sıcaklıkta daha zor, daha kolay değil olur. Pigment agregatları, viskozite ve aşınma hızının çarpımı olan aşınma stresi tarafından parçalanır. Sıcaklığı düşürmek, viskoziteyi artırır ve bu da kesme stresini artırır, bu da yardımcı olur – ancak toplam kesme enerjisi, bozulma tavanı nedeniyle sınırlıdır. Pratik çözüm, ince primer partikül boyutuna ve etkili yüzey işlemesine sahip pigment sınıflarının, PBAT veya polikaprolaktondan oluşan düşük erime noktalı bir taşıyıcı içerisinde önceden dağıtılması ve yüksek yoğunluklu dispersif karıştırma elemanları yerine dağıtıcı karıştırma elemanlarının kullanılmasıdır.
Ekotoksisite ve bitki büyüme testi
EN 13432, test malzemesinden elde edilen kompostun, iki bitki türünde test edilen boş kontrolün yüzde doksanından az olmamak üzere bitki çimlenmesini ve biyomass üretimini desteklemesini gerektirir. Pigmentler ve dispersiyon yardımcıları, bu testte başarısız olma olasılığı en yüksek olan bileşenlerdir, özellikle yüksek yüklenme koşullarında bakır içeren ftaloksinler ve bazı metal kompleksli organik pigmentler. Bakır, kendi başına düzenlenmiş elementler listesinde yer almaktadır ve kadmiyumla kıyaslandığında daha geniş olan bir sınırla, yoğun pigmentli mavi veya yeşil ürünler tarafından aşılabilir. Sertifikasyon kuruluşları genellikle her renklendirici için belgeler gerektirir ve birçok masterbatch üreticisi, yeni renklerin sertifikasyon sürecini kısaltmak için özel olarak onaylanmış bir pigment kütüphanesi tutar.
| Pigment / colourant | Type | Typical heat stability, degrees Celsius | Status for compostable articles | Notes for polyester bioplastics |
|---|---|---|---|---|
| Titanium dioxide, rutile | Inorganic white | Above 300 | Widely accepted | Use surface-treated grades; can nucleate PLA and alter shrinkage |
| Carbon black | Inorganic black | Above 300 | Accepted with limits | Normally held below 1 percent of the article; verify near-infrared sortability requirements |
| Synthetic iron oxides (red, yellow, black) | Inorganic | 180–260 depending on type | Generally accepted | Yellow hydrated grades dehydrate and shift shade above about 180; check against melt temperature |
| Ultramarine blue | Inorganic | Above 250 | Generally accepted | Acid-sensitive; can react with carboxyl end groups and lose shade |
| Copper phthalocyanine blue 15:3 | Organic | Above 280 | Accepted subject to copper limit | Strong nucleating effect on PLA; watch total copper in heavy shades |
| Phthalocyanine green 7 | Organic | Above 280 | Accepted subject to copper limit | Contains chlorine; confirm acceptance with the certification body |
| Quinacridone red and violet | Organic | Above 280 | Generally accepted | Excellent lightfastness; good choice for mulch film |
| Diketopyrrolopyrrole red | Organic | Above 280 | Generally accepted | High tinting strength; Premium cost level |
| Isoindolinone and benzimidazolone yellows | Organic | 250–290 | Generally accepted | Preferred replacements for restricted inorganic yellows |
| Monoazo and diarylide yellows | Organic | 180–230 | Case by case | Some grades decompose or interact with polyester end groups; screen for viscosity drop |
| Cadmium yellows, oranges, reds | Inorganic | Above 300 | Excluded | Fails heavy metal limits in EN 13432 and ASTM D6400 |
| Lead chromate and molybdate pigments | Inorganic | Above 250 | Excluded | Fails lead and chromium limits; also restricted under other regulations |
Dolgu Masterbatch: Kalsiyum Karbonat, Talktan, Nişasta ve Doğal Fiber
Filler masterbatch, poliolefine göre daha fazla önem taşıyan bioplastiklerde üç amaç için kullanılır: pahalı bir reçine bazının relatif maliyetini düşürür, sertliği ve ısı dayanımını artırır ve kalsiyum karbonatın durumunda, polyester hidrolizinden kaynaklanan asitliği hafifçe dengeler. Ancak her dolgu maddesi nemi ve yüzey kimyasını da beraberinde getirir ve her ikisi de kontrol edilmelidir.
Kalsiyum karbonat
Toprak kalsiyum karbonatı, kompost edilebilir film ve levhalar için temel dolgu maddesidir ve genellikle 60 ila 80% aktiflikte PBAT veya PLA-PBAT taşıyıcı üzerinde konsantre olarak dahil edilir ve bitmiş üründe 10 ila 30% oranına indirilir. Partikül boyutu belirlemesi, film için çok önemlidir: ortalama 1 ila 3 mikrometre boyutlu ve en üst boyutu 10 mikrometre altında olan partiküller, 15 ila 25 mikrometre kalınlıkta üretilen filmde, büyük partiküllerin neden olduğu delikler ve kabarcık istikrarsızlığını önler. 1.0 ila 1.5 yüzde stearik asit ile yüzey işlemi, ıslatmayı artırır, erime viskozitesini azaltır ve nem alımını azaltır. Gelen dolgu maddesindeki nem oranı 0,2 yüzdeyi geçmemelidir ve bitmiş bileşimin yüksek molekül ağırlığına sahip olması gereken yerlerde özel ön kurutma işlemi uygulanmaktadır.
Kalsiyum karbonat, ayrıca mülk filmlerinde ve gıda hizmeti gereçlerinde sertliği arttırmak için kullanılır, böylece ölçü küçültülebilir. Kompostlanabilirliğe etkisi nötrdir – bir mineral olduğu için kompostta inerte madde olarak bırakılır – ancak standartlarda belirtilen inorganik içerik sınırına katılır, bu sınırlar genellikle en az yüzde elli volatil katı olarak ifade edilen bir minimum organik içerik gerektirir.
Kaolin
Kaolin, PLA'da iki yönlü bir rol oynar: hem dolgu maddesi hem de en çok kullanılan nukleasyon ajanıdır. %10 ila %20 oranında dolgu maddesi olarak modülü ve ısı deformasyon sıcaklığını artırır; %0,5 ila %2 kristalleşme yarı zamanını dramatik olarak kısaltan %2 oranında nükleant olarak kullanılır. Platelet şekil oranı dengeyi belirler ve yüksek şekil oranlı sınıflar, belirli bir yük için daha fazla sertlik sağlar. Kaolin, kaolinden daha abrasif olduğundan, özel bir talc masterbatch hattında, vida ve silindir metalürjisi uygun şekilde belirlenmelidir.
Nişasta ve doğal lif
Nişasta dolu konsantreler ve doğal lifli kompozitler nem sorununu en uç noktaya taşıyor. Doğal nişasta, alınmasıyla birlikte on beş yüzde su taşır ve selüloz lifi de benzer şekilde. TPS üreten bir hattada bu su, sıvı besleyici ile enjekte edilen ve daha sonra boşluk çıkışları aracılığıyla kısmen arındırılan bir plastifikatör olarak kullanılır. Bu sayede hedeflenen kalıntı seviyesine ulaşılır. Nişasta katkı maddesi olan bir dolgu masterbatch'te, agresif ön kurutma ve atmosferik ve vakumlu boşaltma gereklidir ve bu durumda bile polyester matrisin bazı moleküler ağırlık kaybı yaşanır ve bu kaybı zincir uzatımı telafi etmelidir. Doğal lifler, yani ağaç tozu, bambu, pirinç kabuğu ve bagas, yaklaşık 200 derece Celsius üzerinde de termik olarak bozulur, buharları salar ve renk değişikliğine neden olur, bu da PLA sıcaklık sınırının üstüne denk gelir.
| Masterbatch type | Primary function | Active content in masterbatch | Typical let-down ratio | Active level in finished article | Principal constraint |
|---|---|---|---|---|---|
| Colour concentrate | Shade, opacity, branding | 15–50 percent pigment | 2–5 percent | 0.3–2.5 percent | Ağır metal limitleri and ecotoxicity screening |
| White concentrate (titanium dioxide) | Opacity and whiteness | 50–70 percent | 3–8 percent | 1.5–5 percent | Nucleation side effect; inorganic content limit |
| Black concentrate | Opacity, ultraviolet screening in mulch film | 20–40 percent carbon black | 2–4 percent | 0.4–1.6 percent | Keep carbon black below 1 percent of article |
| Kalsiyum karbonat filler concentrate | Cost reduction, stiffness | 60–80 percent | 15–40 percent | 10–30 percent | Moisture below 0.2 percent; top cut below 10 micrometres |
| Kaolin concentrate | Stiffness and heat deflection | 50–70 percent | 10–30 percent | 5–20 percent | Abrasion on screws and barrels |
| Nucleating concentrate | Faster crystallisation, higher heat resistance | 10–30 percent active | 2–10 percent | 0.5–3 percent | Overdosing causes brittleness and haze |
| Chain extender concentrate | Molecular weight rebuild, melt strength | 5–20 percent epoxy oligomer | 3–10 percent | 0.3–1.5 percent | Over-addition causes gels and pressure surge |
| Anti-hydrolysis concentrate | Carboxyl end-group capping | 10–20 percent carbodiimide | 3–8 percent | 0.3–1.0 percent | Food contact clearance must be checked |
| Impact modifier concentrate | Toughness, elongation | 30–50 percent | 10–30 percent | 5–15 percent | Modifier must itself be biodegradable |
| Slip and antiblock concentrate | Coefficient of friction, film opening | 5–20 percent | 2–5 percent | 0.1–0.8 percent | Migration rate and food contact limits |
| Antimicrobial concentrate | Surface hygiene, shelf life | 5–20 percent active | 2–10 percent | 0.3–2 percent | May inhibit compost microorganisms; must pass ecotoxicity |
Zinc katkı maddeleri, antihidroliz ajanlar ve erime kuvveti
Zinc ekleme, bioplastik karıştırma işleminde en değerli fonksiyonel katkı teknolojisidir, çünkü doğrudan işlemde tam olarak ortadan kaldıramadığı iki bozunma mekanizması – hidroliz ve termal scission – ile mücadele eder. Bir zincir uzatıcı, eritme işlemi sırasında polimer uç gruplarıyla reaksiyona giren, zincirleri birbirine bağlayarak yerinde molekül ağırlığını yeniden oluşturabilen düşük molekül ağırlığına sahip çok fonksiyonel bir moleküldür.
Çok fonksiyonlu epoksi oligomerler
Önemli kimyasal yapı, yan bağlı glisidil metakrilat grupları içeren styrene-akrilik kopolimerdir. Katı oligomer olarak sunulan bu bileşik, genellikle zincir başına dört ila dokuz grup arasında bir epoksi fonksiyonelliğe ve 280 ila 450 gram mole için bir epoksi eşdeğer ağırlığa sahiptir. Epoxy halkası, her polyester zincirinde bulunan karboksil ve hidroksil uç grupların varlığında, erime koşullarında kolaylıkla açılır ve kovalent bir bağ oluşturur. Çünkü fonksiyonellik iki'den fazla olduğundan, reaksiyon sadece lineer uzama değil, uzun zincirli dallanma da üretir, bu da bu polimerlerin eksik olduğu şeydir.
Pratik etkileri önemli ve ölçülebilir. Erime akış indeksi, genellikle 0,3 ila 1,0 yüzde arasında eklenme düzeylerinde yüzde trilya ile yüzde yetmiş arasında düşer. Sıfır-çapraz viskozite hızla artarken, yüksek-çapraz viskozite az değişir, bu da film püskürtme ve extrüzyon kaplama gereksinimlerine uygun olan çapraz incelme, gerilme sertleşme reolojisini sağlar. PLA-PBAT filmde kabarcık stabilitesi dramatik olarak artar, termoformlama levhasında bozulma azalır ve die'de erime kırılması önlenir. Yenilenmiş veya yeniden işlenmiş bioplastik akışlarında, kullanışlı özellikleri geri kazandırmak için genellikle zincir uzatımı tek yol olur.
Dozaj kontrolü önemli bir konudur. 0,2%'nin altındaki oranlarda, etki sınırlıdır. Yüzde 1,5 ila 2,0 arasında, jelleşme gerçek bir risk haline gelir: dalga yoğunluğu perkolasyon sınırını aşar, bağlanmış jel parçaları oluşur, filtre basıncı yükselir ve filmde, sonrasında ayarlama yapılmasıyla giderilemeyecek sert çizgiler ortaya çıkar. Reaksiyon zaman ve sıcaklığa bağlı olduğundan, zincir uzatıcı, reaksiyona girecek yeterli bir süreye sahip olacak ama aşırı reaksiyona girmeyecek şekilde, genellikle masterbatch konsantrasyonu için ana besleme noktasında veya reaktif karıştırma aşamasında yan besleme yoluyla uygulanmalıdır.
Anti-hidroliz stabilizatörler
Polimerik karbodiimid farklı bir prensibe dayanır: zincirler bağlanmak yerine, serbest karboksil uç gruplarını kaplar ve daha fazla hidroliz için kendini katalize eden asidi kaldırır. Tipik ekleme oranı 0,3 ila 1,0 yüzdedir ve bu, nemli veya sıcak koşullarda bir polyester ürünün kullanım ömrünü uzatır ve işleme sırasında viskozite kaybını azaltır. Bu özellik, özellikle PLA elyafında, bir gelişme dönemi geçmeden bozulmaması gereken PBAT kaplama filmlerinde ve ürünün kullanım öncesinde uzun süre saklanması gereken herhangi bir uygulamada oldukça değerlidir. Monomerik karbodiimidler daha hareketli ve daha hızlı etki ederler ancak migrasyon ve gıda teması sorunları ortaya çıkarır; paketleme için polimerik türler tercih edilir.
Diğer reaktif sistemler
Pyromellitik dianhidrid, polyesterler için etkili bir zincir uzatıcıdır ancak dağılımı zor ve jel oluşturabilir. Bisoksazolinerler selektif olarak karboksil gruplarıyla reaksiyona girer ve dallanma olmadan temiz bir lineer uzama sağlar, bu da dallanmanın iplik üretimini bozacağı durumlarda uygulanabilir. Diizosiyanatlar çok etkili olsa da, genellikle iş sağlığı endişelerini gündeme getirerek gıda teması olan masterbatchlerden dışlarlar. Peroksit başlatılmış reaktif ekstrüzyon, PLA-PBAT ve PLA-nohut karışımlarının bağlanması ve kompatibilitesi için kullanılır ve genellikle bir bağlayıcı monomer ile birlikte uygulanır, ancak peroksit, PLA'da da zincir kopma yaratması nedeniyle hassas kontrol gerektirir.
| Additive | Mechanism | Typical addition, percent of article | Main benefit | Risk if overdosed | Relative cost level |
|---|---|---|---|---|---|
| Styrene-acrylic epoxy oligomer | Reacts with carboxyl and hydroxyl end groups; branching | 0.3–1.5 | Melt strength, bubble stability, molecular weight rebuild | Gel formation, filter blockage, pressure surge | High |
| Polymeric carbodiimide | Caps free carboxyl end groups | 0.3–1.0 | Hydrolysis resistance, shelf life, viscosity retention | Cost without benefit; possible odour | High |
| Pyromellitic dianhydride | Anhydride-hydroxyl coupling | 0.1–0.5 | Rapid viscosity build | Gels, poor dispersion, colour | Medium |
| Bisoxazoline | Selective carboxyl coupling, linear | 0.3–1.0 | Linear extension without branching | Limited melt strength gain | Very High |
| Organic peroxide with coupling monomer | Radical grafting and compatibilisation | 0.05–0.3 | PLA-PBAT and PLA-starch compatibilisation | Chain scission, discolouration, odour | Low |
| Phosphite and hindered phenol antioxidants | Radical and hydroperoxide scavenging | 0.1–0.5 | Colour and viscosity retention during processing | Plate-out, ecotoxicity screening required | Medium |
Nükleasyon Ajanları, Etki Modifikatörleri ve Isı Dayanımı
Gerçek paketleme uygulamalarında PLA'nın diğerlerinden daha fazla sınırlanmasına yol açan iki performans açığı vardır: PLA kırılgandır ve 55 derece Celsius'un üzerinde şekil kaybeder, kristalleşmediği sürece. Masterbatch teknolojisi her ikisini de ele alır ve iki çözüm birbiriyle etkileşir, bu nedenle birlikte tasarlanmalıdır.
Nükleasyon ve kristalleşme kinetiği
PLA, zincir konformasyonunun nükleasyonu zorlaştırması nedeniyle yavaş kristalleşir. Kendiliğinden bırakıldığında, enjeksiyon kalıplama ile üretilen PLA, soğuk bir kalıptan aslında amorf olarak çıkar ve kristal geçiş sıcaklığına yakın bir ısı deformasyon sıcaklığına sahiptir. Bir nukleasyon ajan, heterojen nukleasyon noktaları sağlar, soğutma sırasında kristalleşme sıcaklığını yükseltir, kristalleşme yarım zamanını birkaç dakikadan bir dakikaya kadar kısaltır ve ticari olarak kabul edilebilir bir döngü içinde yeterli kristal yapının gelişmesini sağlar. 90 ila 110 derece Celsius sıcaklığında bir kalıbınla birlikte kullanıldığında, bu, ısı deformasyon sıcaklığını 100 ila 130 derece Celsius aralığına yükseltebilir, bu da sıcak sıvıya dayanabilen bir kupanın ve dayanamayan bir kupanın arasındaki farktır.
Kaolin, 0,5 ila 2 yüzde arasında standard ve en düşük maliyetli nükleanttır. Etilen bis-stearamid, zirkonyum fenilfosfonat, orotik asit ve özel hidrazit bileşikleri, daha düşük bir yüklenme ile daha yüksek bir kümeleme yoğunluğu sağlar ve bu sayede daha az bir opaklık kaybı yaşanır. En şık yaklaşım, stereokompleks inceleme yöntemidir: geleneksel polilaktilik asit matrisine %2 ila %5 oranında polidlaktilik asit eklenmesi, 220 ila 230 derece Celsius sıcaklığında eriyen stereokompleks kristallitleri oluşturur ve bu nedenle işlem sıcaklığında bozulmadan kalır ve son derece etkili bir nükleot olarak görev yapar. Dengede, Premium seviyesinde maliyet ve PDLA'yı ince şekilde dağıtma ihtiyacı bulunuyor.
Kümeleşmeyi dikkatle dozlanmalıdır. Fazla nükleant, çok yüksek kristalite oluşturur, bu da sertliği ve ısı dayanımını artırır ancak darbe dayanımını azaltır ve filmde bulanıklık oluşturabilir. Pigmentler durumları daha da karmaşık hale getirir, çünkü titanyum dioksit ve ftalokyanin mavi, kendileri de etkili nükleantlardır; doğal renklerden mavi renge geçiş, kristalleşme davranışı, küçülme ve bükülmeyi ölçülebilir şekilde değiştirebilir, bu da kalıplanmış kompost edilebilir ürünlerde açıklanamayan boyut değişikliklerinin yaygın bir nedenidir.
Kompostlanabilik aralığındaki etki modifikasyonu
Mühendislik plastiklerde kullanılan geleneksel etkileşim modifikatörleri — çekirdek kabuklu akrilikler, styrene blok kopolimerler, etilen kopolimerler — biyolojik olarak parçalanamazlar, bu nedenle sertifikalı kompost edilebilir bir üründe kullanımı yüzde bir kuralına bağlıdır ve genellikle gereken yüzde beş ila on beş yükleme seviyelerinde pratik değildir. Bu nedenle, uygulanabilir yollar, polimer karışımı ve kompost edilebilir malzemelerle plastikleştirmedir.
PBAT, PLA için en çok kullanılan sertleştirici olup, oranı yüzde on ile yüzde otuz arasında değişmektedir. Bu madde, PLA'nın davranışını değiştirir: kırılma elastikiyet oranı tek haneli rakamlardan yüzde birinin çok üzerinde, kırılma darbesi dayanımı ise birkaç kat artar. Sınırlama, PLA ve PBAT'in karışmaz olmasıdır, bu nedenle karışım, inceliği sertleştirme verimliliğini belirleyen bir dağınık damla morfolojisi oluşturur. Reaktif bir uyumlandırıcı – bir epoksi zincir uzatıcı, maleik anhidrit ile bağlanan bir tür veya peroksit ile başlatılan bağlama – damlacık boyutunu küçültür ve aralıkları güçlendirir. Bu uyumlandırma adımı, doğru olarak yapılandırılmış bir çift silindirli extruderin gerçekleştirdiği türden reaktif bileşimdir.
PBS, PCL ve PHA da sertleştirici faz olarak kullanılabilir. 5 ila 15 oranında akrilonitril, etil tributil sitrat, polietilen glikol veya laktid oligomerleri ile plastikleştirme, cam geçiş noktasını düşürür ve esneklik artırır, ancak plastifikatörün zamanla yayılmasıyla bu etki azalır ve ısı dayanımı düşer – bu da nükleasyon stratejisine direkt olarak karşıt bir etki oluşturur. Zorlanma direnci ve ısı direnci gerektiğinde, reaktif bir uyumlandırıcı içeren nükleer PLA-PBAT karışımı standart bir yapıdır.
Kayma, Antiblok, Antifog ve Antimikrobiyal Masterbatch
Fonksiyonel yüzey katkıları, PLA ve PBAT filmlerde çok daha önemli bir rol oynar, çünkü bu filmler çok sert bir şekilde bloklar ve polar yüzey kimyası poliolefinlerden farklı davranır.
Kayma katkıları
Erucamid ve oleamid standart yağ amid kayma maddeleri olup, bitki yağlarından elde edilen biyobazlı kaliteler kolayca bulunabilir, bu da biyobazlı içeriği ile birlikte kompostlanabilirliği destekler. Tipik son konsantrasyon 0,05 ila 0,3 oranında olup, 5 ila 20 oranında aktif olan bir konsantreden elde edilir. Miktar davranışı polietileninkiyle farklıdır: PLA'da amidin büyümesi daha yavaş gerçekleşir, çünkü PLA, oda sıcaklığında kırılgandır, bu nedenle sürtünme katsayısının istikrara kavuşması için daha uzun bir hazırlama süresi gerekir. Sürtünmeyi ekstrüzyon sonrası hemen ölçen dönüştürücüler, bu nedenle aşırı doz kullanırlar. PBAT ve PBAT zengin karışımlarda matriks kauçuklu ve bozulma hızlıdır.
Antiblok
Doğal ve sentetik silika, diatomit toprak, talk ve ince kalsiyum karbonat, 10 ila 25% konsantreden elde edilen bitmiş filmde %0,1 ila %0,5 oranında kullanılır. Partikül boyutu, film kalınlığına uygun olmalıdır: 15 ila 20 mikrometre kompost edilebilir torba film için, 3 ila 5 mikrometre civarındaki ortalama partikül boyutu, bulanıklık veya delik oluşumunu önlemeden yeterli yüzey bozukluğunu sağlar. Silika, adsorbe edilmiş nemi taşır ve polyester taşıyıcıya karıştırılmadan önce kurutulmalıdır.
Antifog
Taze ürünlerin kompost edilebilir filmde paketlenmesi, buzdolaplarında buhar oluşumunu önlemek için performans gerektirir ve kullanılan ek maddeler, sorbitan esterleri, gliserol esterleri ve poliglikerol esterleri gibi non-iyonik yüzey aktif maddelerdir. Bunların çoğu gıda sınıfındadır, biyolojik olarak elde edilmiştir ve kompost edilebilir. Tipik ekleme oranı 0,5 ila 2%'dir. Katkı yüzeye doğru kayar ve su- hava arayüz gerilimini düşürür, böylece kondenzat ışık yansıtan damlacıklar yerine, sürekli bir film olarak yayılır. PLA'da, daha yavaş bir taşınma hızı, bu kez buhar önleyici etkinin saatler veya günler boyunca gelişmesini sağlar ve soğutulmuş sıcaklıklarda soğuk buhar performansının, sıcak buhar performansından ayrı olarak test edilmesi gerekir.
Antimikrobiyal sistemler
Kompost edilebilir ambalajlarda bulunan antimikrobiyal masterbatch, gerçek bir teknik çelişkidir ve bu durum bilinçli bir şekilde ele alınmalıdır: ürün, ömür boyu boyunca mikroorganizmaların tüketilmesi için tasarlanmıştır, ancak ilave madde, mikroorganizmaları öldürmek için tasarlanmıştır. 0,3 ila 2 yüzde aralığında zeolit veya fosfat cam taşıyıcılarda bulunan gümüş bazlı sistemler, zirkonyum oksit ve esansiyel yağ türevleri veya kitosan bazlı organik aktifler kullanılıyor. Kompostlanabilirlik sertifikasyonu için tasarlanan herhangi bir antimikrobiyal ürün, biyolojik bozunma ve ekotoksisite gereksinimlerine karşı dikkatli bir şekilde test edilmelidir, çünkü yeterince aktif bir biyosit, kompostlama sürecini yüzde doksan sınırının altına düşürebilir. Pratikte, yüzey antimikrobiyal etkiyi sağlarken, hacimsel kompostlanmayı engellemeyen yükleme penceresi dar bir aralıkta bulunur ve bu aralıkta en düşük seviyedeki gümüş bazlı sistemler en sık sertifikalandırılır. Gıda teması onayı, gümüş için uygulanan özel yayılma limitleri ile birlikte ayrı ve eşit derecede zor bir gerekliliktir.
Sertifikasyon: Kompostlanabilirlik, biyobazlı içerik ve gıda teması
Bioplastik masterbatch'e üç bağımsız sertifikasyon yoluna uygulanır ve bunları karıştırmak, bu sektörde en yaygın ticari hatadır. Kompostlanabilirlik, ömür boyu süresini tanımlar. Biyobazlı içerik, hammadde kaynağını tanımlar. Gıda temas uygunluğu, tüketici güvenliğini tanımlar. Bir ürün, üçü bir arada olabilecek herhangi bir kombinasyona sahip olabilir.
Kompostlanabilirlik standartları
EN 13432, kompostlanma ve biyolojik bozunma yoluyla geri kazanılabilen ambalajlar için Avrupa uyumlu bir standarttır ve de facto global referans olarak kabul edilir. Dört şart koymaktadır. Kimyasal karakterizasyon ve ağır metal limitleri karşılanmalıdır, bu arada en az yüzde elli oranında uçucu katı bulunmalıdır. Biyolojik bozunma, kontrol edilen kompostlama koşullarında, EN 14046'nın, ISO 14855'e karşılık gelen, respirometrik yöntemiyle ölçülen, organik karbonın en az yüzde doksanının karbondioksit haline dönüşmesini sağlamalıdır. Ayrışma, EN 14045'e göre yapılan pilot kompostlama testinde, 12 hafta sonra iki milimetre çapında bir süzgeçten geçerek en az yüzde doksan oranına ulaşmalıdır. Son olarak, kompost kalitesinin etkilenmemesi gereklidir ve bu, iki tür üzerinde yapılan bitki gelişimi ekotoksisite testi ile doğrulanmalıdır.
ASTM D6400, plastiklerin, ASTM D5338'yi biyokimyasal bozunma test yöntemi olarak kullanarak, belediye veya endüstriyel tesislerde aerobik kompostlanması için tasarlanması için Kuzey Amerika'daki eşdeğeri olup, yüzde doksan oranlı sınırlar ve ağır metal limitleri ile benzerlik göstermektedir. ISO 17088, uluslararası spesifikasyonu sağlar. ASTM D6868, kağıt ve diğer yüzeylerdeki kaplamalar ve laminatlar için yaklaşımı genişletmektedir.
Evde kompostlama, çevresel sıcaklıkların daha düşük olması ve mikropların daha az saldırgan olması nedeniyle maddi olarak daha zor bir gerekliliktir. Fransa'da NF T 51-800 ve Avustralya'da AS 5810, kriterleri belirlerken, OK compost HOME gibi sertifikasyon programları bunlara göre işler. PLA genellikle evde kompostlanmayı başaramaz, çünkü kullanışlı bir hızla hidrolize edebilmesi için cam geçiş sıcaklığının üzerinde bir sıcaklık gereklidir; PBAT, PHA, PCL ve nişasta karışımları ise geçebilir. Tarım malzemesi örtü filmleri için toprak biyobozunması EN 17033, deniz biyobozunması ise ASTM D6691 ve ilgili yöntemler tarafından kapsanmaktadır ve PHA bu yöntemleri yerine getirebilecek ana polimerdir.
Biyobazlı içerik ölçümü
Biyobazlı karbon içeriği, radyokarbon analiziyle belirlenir. ASTM D6866, karbon-14'ün toplam karbon'a oranını hızlandırıcı kütle spektrometresi veya sıvı scintilasyon sayımı yoluyla ölçer ve fosil karbonun hiçbir ölçülebilir karbon-14 içermesini, biyojenik karbonun ise modern atmosfer seviyesinde bulunmasını kullanır. Sonuç, modern karbon oranının yüzdesi olarak ifade edilir ve biyobazlı karbon içeriği olarak dönüştürülür. ISO 16620 ve EN 16785, eşdeğer Avrupa metodolojileri sağlar ve EN 16785-1, ayrıca belgelenmiş malzeme girişlerine dayanan bir kütle dengesi yaklaşımını da sağlar.
Masterbatch üreticileri için bu önemli bir konudur, çünkü katkı paketi, bitmiş ürünün biyobazlı içeriğini inceltir. Esas olarak yüzde yüz biyobazlı karbon içeren, fosil kaynaklı bir PBAT taşıyıcı üzerine üç yüzde bir masta karışımı ile boyanan ve fosil kaynaklı bir pigment içeren bir PLA parçası, yüzde yüzün biraz altında ölçülecektir. Bir marka sahibi, en az bir oranında biyolojik malzemenin kullanıldığını belirtmişse, masterbatch seçimi, üretimden önce değil, test sonrasında bu aritmetikle karşılaştırılmalıdır.
Gıda temasına uygunluk
Avrupa Birliği'nde, gıdalarla temasa geçmek üzere tasarlanmış plastik malzemeler ve ürünler hakkında 10/2011 sayılı yönetmelik, onaylanmış monomer ve katkı maddelerinin pozitif bir listesini, bireysel maddelere ilişkin özel bir salınım sınırını ve temas yüzeyinin 10 miligramı olan genel bir salınım sınırını belirlemektedir. Gıda paketleme için hazırlanan bir masterbatchteki her katkı maddesi, Birliği listesinde yer almalı veya uygun geçişsel veya ulusal hükümler kapsamında bulunmalıdır ve dönüştürücüye, ikili kullanım katkı maddelerini ve herhangi bir kısıtlamayı belirten Uyumluluk Bildirimi verilmelidir. Renklendiriciler, özellikle de Avrupa düzeyinde olumlu olarak listelenmemiş olup, bunun yerine ulusal kurallara ve safiyet kriterlerine tabi tutulmaktadır. Bu nedenle, pigmentlerin tedarikçiden alınan belgeleri önemlidir.
ABD'de, gıda teması maddeleri, ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından Federal Yönetmelikler Kitabı'nın 21. başlığını kapsayan hükümlere göre düzenlenmektedir. Bu hükümler, ilgili bölümlerde mevcut izinler, Regülasyon Sınırı istisnası veya Gıda Teması Bildirimi süreci yoluyla sağlanmaktadır. Çin'de, GB 4806 serisi gıda temaslı malzemeleri yönetmektedir, GB 4806.6 plastik reçineleri ve GB 9685 ek maddeleri kapsamaktadır. Mülteci testlerinde, amacına uygun gıda simülantları ve koşullar kullanılmalıdır. Özellikle PLA için, polimerin 55 dereceye yakın sıcaklıkta yumuşadığı göz önünde bulundurulmalıdır.
| Standard | Region / scope | What it certifies | Key threshold | Typical timeframe | Notes |
|---|---|---|---|---|---|
| EN 13432 | European Union, packaging | Industrial compostability | 90 percent biodegradation; 90 percent disintegration | 180 days biodegradation; 12 weeks disintegration | Includes heavy metal limits and plant growth ecotoxicity test |
| EN 14995 | European Union, non-packaging plastics | Industrial compostability | Equivalent to EN 13432 | Same as EN 13432 | Applies to products outside packaging scope |
| ASTM D6400 | North America | Industrial compostability | 90 percent biodegradation | 180 days | Uses ASTM D5338 test method; basis for BPI certification |
| ASTM D6868 | North America | Compostable coatings on substrates | Comparable to D6400 | 180 days | Covers coated paper and board |
| ISO 17088 | International | Compostable plastics specification | 90 percent biodegradation | 180 days | International harmonised specification |
| NF T 51-800 | France | Home compostability | 90 percent biodegradation at ambient | Up to 365 days | Much harder than industrial; PLA usually fails |
| AS 5810 | Australia | Home compostability | 90 percent biodegradation at ambient | Up to 365 days | Includes earthworm ecotoxicity test |
| EN 17033 | European Union | Biodegradable mulch film in soil | 90 percent biodegradation in soil | Up to 24 months | Specific to agricultural mulch applications |
| ASTM D6691 | International | Marine biodegradation test method | Method, not pass criterion | Typically 90–180 days | PHA is the principal polymer able to satisfy marine claims |
| ASTM D6866 | International | Bio-based carbon content | Reported as percent modern carbon | Single analysis | Radiocarbon method; independent of biodegradability |
| ISO 16620 / EN 16785 | International / European Union | Bio-based content | Reported as percentage | Single analysis or mass balance | EN 16785-1 allows documented mass-balance route |
| EU 10/2011 | European Union | Food contact plastics | Overall migration 10 milligrams per square decimetre | Per migration test protocol | Positive list of monomers and additives; colourants nationally regulated |
| FDA 21 CFR / Food Contact Notification | United States | Food contact substances | Per substance clearance | Per clearance route | Clearance may exist by regulation, exemption or notification |
| GB 4806 series and GB 9685 | China | Food contact materials and additives | Per substance limits | Per migration protocol | GB 4806.6 covers resins; GB 9685 covers additives |
Bioplastik Masterbatch İçin Çift Vidalı Karıştırma Uygulaması
Çift eksenli, birbirine geçen çift vidalı ekstrüder, bioplastik masterbatch için tek gerçekçi makinedir, çünkü besleme hızını ve vidalı hızını bağımsız olarak kontrol eder, modüler vidalı geometri sunar, dolgu maddeleri için aşamalı besleme sağlar ve çok noktalı devolatilizasyon yapar. Ancak, bir polipropilen renk masterbatch hattından kopyalanan bir vidalı yapı, bir PLA bileşiğini bozabilir ve bu, çoğu ilk kez üreticinin başarısız olduğu nokta.
Düşük aşınma için vidalı yapılandırma
Yönetilen amaç, mümkün olan en az miktarda spesifik enerji girişi ve en düşük erime sıcaklığı artışı ile dağıtımın sağlanmasıdır. Bu, belirli tasarım kurallarının bir setine dönüşür. Poliester bioplastikler kolayca erir ve yarı kristal poliolefinin gerektirdiği enerjiye ihtiyaç duymazlar, bu nedenle erimeyi kısa bir ileri taşıyan 30 ve 45 derecelik karıştırma diskleri ile gerçekleştirmek, uzun ve agresif bir erime bölümü yerine tercih edilmelidir. Netral 90 derecelik ve ters karıştırma elemanları, erimiş bir sızdırmazlık gerektiği durumlarda, sadece bir çıkış veya yan besleme yerinden önce az miktarda ve dikkatle kullanılmalıdır. Dağıtımcı karıştırma elemanları — türbin karıştırıcılar, delikli veya dişli karıştırma elemanları ve dişli tip karıştırıcılar — homojenleştirme yükünü taşımalıdır, çünkü malzemeyi yeniden dağıtırlar ve dispersif bloklarda olduğu gibi yüksek yerel kesme stresi ve viskoz ısınma olmaz.
Karıştırma alanları arasındaki taşıma elemanları, malzemenin hareketini sağlayabilmek ve yerel birikmeleri önlemek için oldukça uzun boylu olmalıdır. Boşaltma bölümü, kalıbı ve ekran değiştiricisi için gereken basıncı oluşturmalıdır, çünkü uzun bir yüksek basınç bölgesi, sıcaklık ve kalma süresini artırır. Yüksek basınç istikrarı gereken durumlarda, geniş aralıklı boşaltma elemanlarıyla bir dişli pompaya sahip bir düzenleme, uzun kompresyon bölgesinden daha iyi bir seçenektir.
Uzunluk-diametre oranı ve silindir yapısı
40 civarında bir L/D, bioplastik masterbatch için genel amaçlı bir seçenektir. Ana besleme, eritme, ilk vakum çıkışı, dolgu malzemesinin yan taraftan beslenmesi, ikinci karıştırma bölümü, ikinci vakum çıkışı ve basınç oluşturma bölümü için yeterli uzunluk sağlarken, kalma süresini hedeflenen aralıkta tutar. 44 ila 52 L/D arasında olan daha uzun borular, yüksek dolulukta poliolefin karışımında yaygın olarak kullanılır ve burada fayda sağlamaz. PHA ve diğer çok sıcaklığa duyarlı malzemeler için, daha kısa 32-36 L/D silindirler veya sıcak karıştırma extruderinin soğuk, yavaş tek şaft veya çift şaft pelletleme extruderine boşaltıldığı iki aşamalı anne-bebek düzeni, daha iyi molekül ağırlığı korunmasını sağlar. Kerke'nin KTE-SE çift aşamalı extrüzyon sistemi, malzemenin tek aşamalı bir işlemden hoşlanmadığı bu tür sorunlar için tasarlanmıştır.
Besleme mimarisi
Ağırlık kaybı gravimetrik besleme, tüm bileşenler için standarttır ve doğruluğu, renk birliğini ve katkı miktarını doğrudan belirler. Düşük hacim yoğunluğu olan tozlar – kalsiyum karbonat, fume silika, selüloz lif, bazı pigmentler – ana boşluğa değil, çift vidalı yan besleyici ile verilmelidir, çünkü onları erimi içeren bir tenekeye beslemeyi denemek, boşluğa geri akışa ve besleme sınırlamasına neden olur. Çok düşük hacim yoğunluğu malzemeler, tohumlama besleyicisi sayesinde faydalanır. Bu besleyici, tozun yan besleyici dişlilere girmeden önce sıkıştırır. Plastifikatörler, sıvı kayganlaştırıcı maddeler ve nişasta parçalanması için su gibi sıvı bileşenler, ölçülen bir sıvı besleyici aracılığıyla, doldurulmuş ve basınçlandırılmış bir bölümdeki tüp içine enjekte edilir.
Yük yüklerinin yüksek olması gereken durumlarda dolgu malzemesini iki yan besleyiciye bölmek, maksimum tork talebini azaltır ve tek bir büyük miktarda soğuk tozun eriyiği soğutması ve silindir ısıtıcılarının dengelenmesi için zorlamasını önler. Kerke, KTE serisinde ayarlanabilir seçenekler olarak hacimsel ölçüm sistemleri, çift vidalı yan besleyiciler, crammer besleyiciler, ağırlık kaybı besleyicileri ve sıvı besleyicileri sunar. Bu sayede besleme yapısı, belirli formülün gereksinimlerine uygun olarak tasarlanabilir ve sabit bir yapı etrafında kompromit edilmemektedir.
İşlem parametreleri
Bioplastik masterbatch için vidalı hız genellikle dakikada 200 ila 400 devir arasında değişir, poliolefin renk masterbatchteki 500 ila 900 devirden çok daha düşüktür. Özel enerji girdisi, mühendislik plastik karıştırma için 0,25 ila 0,35 arasında olan değerlere göre, 0,12 ila 0,22 kilowatt-saat/kg arasında hedeflenmelidir. Tork kullanımı, makinenin sınırlayıcı bir faktör olmaması için maksimum değerin altında rahat bir seviyede olmalıdır. Vakum 20 ila 50 milibar aralığında çalışmalıdır. Erime basıncı sürekli izlenmelidir, çünkü sabit koşullarda artan bir eğilim, zincir uzatma maddesinin aşırı reaksiyonu veya filtrelerin kararması en erken belirtiyken, düşen eğilim ise hidroliz veya termal bozulma sonucu oluşan molekül ağırlığının kaybını gösterir.
Metalurji ve temizlik
Bioplastik masterbatch hatları, renk ve formülü sık sık değiştirir, bu nedenle temizlenebilirlik üretim ekonomisi açısından önemli bir konudur. İyi konjugasyon geometrisine sahip kendini temizleyen eş-çeviren vidalı profiller, durgunluğu en aza indirir ve karıştırma elemanlarıyla kendini temizleyen bir işlev sunan ve tam olarak değiştirilebilir olan Kerke'nin bilgisayar destekli vidalı montaj tasarımı, hızlı değişimleri destekler. Nitrilize edilmiş çelik, doldurulmamış ve hafif pigmentli işler için yeterlidir; bimetal boru kaplamaları ve araç çeliği veya toz metalürjisi vidalı elemanlar, talktan, yaklaşık yüzde kırkın üzerinde kalsiyum karbonattan, camdan veya doğal liflerden oluşan işlemlerde tavsiye edilir. Poliester bozunmasıyla salınan organik asitler korozif olduğundan, PLA veya PHA'nın düzenli olarak kullanıldığı her hatta korozyon dayanımlı metalurji belirtilmesi gereklidir.
Pelletleme, Soğutma ve Akış Sonrası İşlemler
Pelletleme, bioplastik masterbatch'te orantısız derecede zorlu bir işlemdir, çünkü malzemeler karşıt uçlarda yer alır: PLA zengin lifler kırılgan ve kırılırken, PBAT zengin ve PCL zengin lifler yumuşak ve yapışkan olup temiz bir şekilde kesilmek istemezler. Pelletizer seçimi formülü yerine, tersine, formülün öncelikle belirlenmesi gereklidir.
Filamanın peletlenmesi
Su ile soğutulan strand pelletizasyonu, en yaygın ve en düşük maliyetli yöntem olarak kalmaya devam ediyor ve PLA zengin ve talk veya kalsiyum karbonat içeren ürünler için uygun bir yöntemdir. PLA yavaş kristalleştiğinden, iplik, kesiciye sert olacak şekilde yeterince soğutulmalıdır, ancak cam kırılganlığına dönmeden ve bıçaklara ulaşmadan kırılmadan önce. 20 ila 40 derece Celsius arasında bir su sıcaklığı, kısa bir batırma süresi ve güçlü bir hava bıçaklı sistem, genellikle kabul edilen bir kompromizdir. Geri kalan yüzey suyu düşmanıdır: pelet içine giren her türlü nem, depolama sırasında yeniden dağıtılacak ve müşterinin extruderinde polimeri hidrolize edecektir. Bu nedenle hava bıçaklı kurutma ve ardından merkezi kuvvetli kurutucu kullanılır ve premium ürünler için post-pelletizasyonlu dehumidified kondisyon silosu iyi bir uygulamadır.
Hava soğutmalı tel peletleme, su ile temasını tamamen önler ve hidrojenizasyonu çok hassas olan ürünler için çekici bir yöntemdir, ancak uzun bir soğutma konveyörüne ihtiyaç duyar ve verimliliği sınırlar, bu nedenle küçük miktarlı yüksek değerli ürünler için uygundur.
Yüzey ve su altı sistemleri
Yumuşak, düşük erime noktasına sahip, yapışkan ürünler – PBAT taşıyıcılar, PCL taşıyıcılar, yüksek plastifikatörlü sistemler – genellikle die yüzü kesimi gerektirir. Su-kapak die yüzü pelletizasyonu, yeni kesilmiş pellet'e su bir perde atar, onu hızla soğutur ve birleşmeyi önler ve takı maddeleri bir strand hattından çok daha iyi işler. Eksentrik su buhar kesimi, kontrol edilen ince bir püskürme kullanır ve su çemberine göre daha az su ile temas sağlar, ancak yapışmayı önler. Bu, orta derecede hidroliz tehlikesi olan yapışkan ürünler için yararlı bir kompromizdir. Suyun sıcaklığını kontrol eden bir su döngüsüyle yapılan su altı granülasyon, bu malzemeler için genellikle 15 ila 25 derece Celsius arasında tutulur ve mükemmel akış özellikleriyle homojen küresel peletler oluşturur. Yüksek kapasiteli PBAT ve PBS masterbatch için tercih edilen çözümdür, ancak kurma bölümü doğru olarak belirlenmelidir. Kerke, bu tüm işlemleri – su soğutmalı tel, hava soğutmalı tel, hava soğutmalı die yüzü sıcak kesme, su dairesi die yüzü sıcak kesme, eksenel su buharı sıcak kesme ve su altı granülasyon – KTE hatlarında ayarlanabilir seçenekler olarak sunar ve bu önemli bir noktadır, çünkü tek bir masterbatch tesisi genellikle en az iki işlemi gerektirir.
Saklama ve paketleme
Tamamlanan bioplastik masterbatch, nemden korunmuş malzemelerde, genellikle dezenfektan içeren alüminyum folyo laminat torbalarda paketlenmeli ve ürün kuru iken hemen kapatılmalıdır. Polipropilen standart dokuma torbaları, polietilen iç astar ile birlikte, haftalarca saklanması durumunda ölçülebilir bir nem girişi sağlar. Konvertörde 1.500 ppm nem içeren bir masterbatch, ne kadar iyi karıştırılmış olursa olsun, müşterinin ürününü zarara uğratır. Yumuşak PBAT zengin pelletler de depolama sırasında bloklama önleme önlemleri gerektirir: torbaya doldurulmadan önce ortam sıcaklığına soğutma, yığının yüksekliğini sınırlama ve bazı durumlarda kompost edilebilir bir bloklama önleyici tozla hafifçe dökme.
Hat Boyutlandırma ve Ekipman Seçimi Kılavuzu
Bioplastik masterbatch hattında verim, aynı diş çapı için eşdeğer bir poliolefin hattından daha düşüktür, çünkü diş hızı ve spesifik enerji her ikisi de sınırlandırılmalıdır. Faydalı bir planlama varsayımı, bir makinenin poliolefin masterbatch değerini PLA bazlı işler için yüzde yirmi ile yüzde otuz beş arasında, PHA bazlı işler için ise daha fazla oranda düşürmektir. Boyutlandırma, amaçlanan portföydeki en zorlu ürüne dayanmalıdır, ortalamaya değil.
Kerke’nin KTE serisi, laboratuvar ölçeğinde KTE-16B’dan başlayarak yüksek miktarda üretim için KTE-135D’ye kadar uzanır. Çıkış kapasitesi yaklaşık 30 kilogram/saat’tan başlar ve boy oranı, silindir yapısı, vidalı düzenleme, egzoz sistemi, besleme düzenlemesi ve elektrik kontrolü, her projede belirlenir ve sabit değildir. Bioplastik çalışmalarında, PHA konsantresi için doğru makine ve yirmi yedi yüzde kalsiyum karbonat dolgu konsantresi için doğru makine aynı makine değildir. Bu nedenle, ayarlanabilirlik ana gereksinimdir. Laboratuvar çift şaftli extruder, bu uygulama için özel bir dikkat gerektiriyor: Çünkü bioplastik formülasyonları çok hassas ve sertifikasyon testleri yavaş ve maliyetli olduğundan, küçük formülasyon denemelerini yapma ve üretim ölçeğine geçmeden önce spesifik enerji, erime sıcaklığı ve molekül ağırlığı korunmasını ölçme yeteneği, geliştirme riskini önemli ölçüde azaltmaktadır.
| Application | Suggested screw diameter class | Suggested L/D | Feeding arrangement | Devolatilisation | Recommended pelletiser |
|---|---|---|---|---|---|
| Formulation development and certification samples | Laboratory class, 16 to 26 millimetres | 36–40 | Twin loss-in-weight plus micro side feeder | One vacuum vent | Air-cooled or short water strand |
| PLA colour concentrate | 35 to 65 millimetres | 40 | Main gravimetric plus pigment side feeder | One to two vacuum vents | Water-cooled strand with centrifugal dryer |
| PBAT colour or additive concentrate | 35 to 75 millimetres | 36–40 | Main gravimetric plus side feeder | One vacuum vent | Water ring die face or underwater |
| Kalsiyum karbonat filler concentrate, 60 to 80 percent | 65 to 135 millimetres | 40–44 | Split side feeding, crammer for fine grades | Atmospheric plus two vacuum vents | Water-cooled strand or underwater |
| PLA-PBAT reactive compatibilised compound | 50 to 95 millimetres | 40–44 | Main plus side feeder plus liquid injection | Two vacuum vents | Water-cooled strand or water ring |
| PHA concentrate or compound | 35 to 75 millimetres | 32–36, or two-stage system | Main gravimetric, minimal side addition | One vacuum vent, short melt path | Air-cooled die face or chilled underwater |
| Termoplastik nişasta and starch-PBAT compound | 50 to 135 millimetres | 40–48 | Starch main feed, liquid water and glycerol injection | Atmospheric plus two to three vacuum vents | Water ring or underwater |
| Natural fibre and bio-composite compound | 50 to 95 millimetres | 40–44 | Crammer side feeder for fibre | Atmospheric plus two vacuum vents | Water-cooled strand |
Bu görev için çift vidalı karıştırma ekipmanları, Coperion ve Leistritz gibi Avrupa ve Japon Steel Works gibi Asya'daki kurumsal üreticiler ve Kerke gibi Çinli uzmanlar tarafından uluslararası olarak sunulmaktadır. Bioplastik segmentindeki tedarikçileri ayıran şey, başlık tork değerinden çok, termik olarak hassas ve hidroliz duyarlı bir malzemeyi standart poliolefin yapıdan daha fazla, bir termik olarak hassas ve hidroliz duyarlı malzemeyi etrafında delme yapısı, havalandırma düzeni ve peletleme sistemi tasarlamak isteği. Kerke, bilgisayar destekli vidalı tasarım ve yüksek hızlı karıştırıcılar, tozlaştırıcılar, granülatörler ve su soğutucular dahil tam bir yardımcı ekipman yelpazesiyle, tanınan en iyi beş Çinli çift vidalı extruder tedarikçisi konumundadır. Bu, Wanplas markasının, bağımsız bir extruder yerine, uygulama ile uyumlu bir tam üretim hattı sağlamayı hedefleyen yaklaşımını yansıtır.
Bioplastik Masterbatch Üretiminde Sorun Giderme
Bu sektördeki çoğu üretim sorunu, nem, fazla sıcaklık, fazla kalma süresi veya taşınma aracı ile substrat arasındaki uyumsuzluk gibi dört temel nedenin birinden kaynaklanmaktadır. Aşağıdaki tablo, yaygın belirtileri muhtemel nedenlerine ve onları gideren düzeltici eylemlere haritalandırır.
| Symptom | Most likely causes | Diagnostic check | Corrective action |
|---|---|---|---|
| Melt viscosity falls progressively during a run | Hydrolysis from wet resin or wet filler; thermal degradation | Measure resin and filler moisture; verify dryer dew point; log melt temperature | Restore dew point to minus 40 degrees Celsius; pre-dry filler; lower melt temperature; add chain extender |
| Smoke or white fume at the die, deposits on cold surfaces | Lactide regeneration from PLA above roughly 210 degrees Celsius | Direct melt thermocouple reading, not barrel setpoint | Reduce screw speed; soften kneading blocks; lower front-zone setpoints; shorten pressure build zone |
| Brown or amber discolouration, burnt specks | Local overheating in kneading zone; dead spots in die or adapter; excessive residence time | Inspect screws and die for degraded material; check for stagnant flow geometry | Clean and streamline flow path; replace worn elements; reduce specific energy; increase output rate |
| Gels and hard fisheyes in downstream film | Chain extender over-addition or over-reaction; incompatible carrier; cross-linked material | Filter pressure trend; microscopy of gel; verify chain extender dosing | Reduce chain extender to below 1 percent; shorten reaction residence; confirm carrier compatibility; install melt filtration |
| Poor colour development, streaking, weak tinting strength | Insufficient dispersive mixing; incompatible carrier; pigment agglomerates | Filter pressure value test; optical microscopy of pressed film | Add distributive mixing elements; use finer pigment grade; pre-disperse in lower-melting carrier; raise viscosity by lowering temperature slightly |
| Strand breaks constantly at the pelletiser | Low melt strength; over-cooled brittle PLA strand; molecular weight loss | Measure melt flow index of product; check bath temperature and immersion length | Add chain extender; raise bath temperature toward 40 degrees Celsius; shorten immersion; add gear pump for flow stability |
| Pellets agglomerate in the bag or hopper | Soft tacky PBAT or PCL-rich formulation; pellets bagged warm; slow crystallisation | Measure pellet temperature at bagging; check storage stack height | Extend cooling; switch to water ring or underwater cutting; cool below 35 degrees Celsius before bagging; reduce stack height |
| Vent flooding, polymer extruding from vent port | Melt seal too weak or too strong; overfilled barrel; low melt viscosity | Observe vent behaviour at varying feed rate and screw speed | Adjust melt seal element configuration; reduce feed rate relative to screw speed; fit a vent stuffer |
| Torque limit reached at low output | Highly filled recipe at low melt temperature; undersized machine; excessive kneading | Compare specific energy against target band; check filler loading and particle size | Split filler feed across two side feeders; simplify screw; raise rear-zone temperature; consider larger diameter or higher-torque gearbox |
| Compostability test fails on disintegration | Article too thick; excessive inorganic filler; non-degrading carrier or additive | Review full bill of materials against the 1 percent and 5 percent rules; check volatile solids | Reduce wall thickness; lower filler level; replace non-compliant carrier or additive with a certified alternative |
| Ecotoxicity plant growth test fails | Pigment or additive inhibits germination; excess copper or zinc; antimicrobial active | Test constituents individually against control | Substitute the offending colourant; reduce loading; remove or reformulate antimicrobial package |
| Moulded parts warp or shrink inconsistently between colours | Pigment acting as an unintended nucleating agent; variable crystallinity | Differential scanning calorimetry on each colour; compare crystallisation temperature | Balance the formulation by adding nucleant to the non-nucleating colours; standardise total nucleation across the colour range |
Sık Sorulan Sorular
Bir geleneksel polietilen taşıyıcı masterbatch, PLA veya PBAT'ta kullanılabilir mi?
Çok küçük miktarlarda ve hiçbir zaman, kompostlanabilirlik iddiası taşıması gereken bir üründe kullanılmaz. EN 13432, kuru kütle olarak yüzde birin altında olan ve tüm bu bileşenlerin toplamı yüzde beşin altında olan bireysel biyolojik olarak bozulmayan bileşenleri kabul eder. İki ila dört yüzde let-down oranıyla kullanılan polietilen veya etilen vinil asetat taşıyıcı, bu nedenle yüzde bir tek bileşen sınırını hemen aşar. Sertifikasyonun ötesinde, poliolefin taşıyıcılar alifatik poliamidlerle karışmaz, bu da jel, fisheye, bulanıklık, zayıf kaynak çizgileri ve kötü pigment transferi oluşturur. Doğru yaklaşım, uyumlu aile taşıyıcı veya sertifikalı kompost edilebilir universal taşıyıcıdır.
PLA masterbatch karıştırılırken hangi erime sıcaklığı sınırı uygulanmalıdır?
Die'de ölçülen gerçek erime sıcaklığını yaklaşık 200 derece Celsius altında tutun, pratik çalışma hedefi olarak 185 ila 195 derece Celsius'i kullanın. PLA, yaklaşık 210 santigrat dereceden itibaren ölçülebilir termal bozulma, zincir ayrılması ve lactid yeniden oluşumu başlar ve 230 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda reaksiyon hızla artar. 170 ila 190 derece Celsius arasında değişen silindir ayar noktaları, düşük sürtünmeli bir vidalı yapı ile birlikte kullanıldığında, pigmentli veya dolu bir masterbatchteki viskoz malzeme kaybı, erimiş malzemenin sıcaklığını silindir ayarından on beş ila otuz derece daha yüksek seviyeye çıkartabilir. Zon set noktalarına güvenmek yerine, her zaman batırılmış bir erimiş termokuplle ile kontrol edin.
PLA ve PBAT'yi nasıl bir kuru halde karıştırılmalıdır?
PLA, 250 ppm'den düşük kalan nem ve moleküler ağırlık korunması kritik olan durumlarda 100 ppm'den düşük nem seviyesine ulaşmak üzere, -40 derece santigrat sıcaklığa sahip bir kurutucu kullanılarak kurutulmalıdır. Kristalize edilmiş PLA, genellikle 80 ila 100 derece Celsius sıcaklığında dört ila altı saat boyunca kurutulurken, amorf PLA ve yeniden öğütülmüş PLA, haznede agregasyonun önlenmesi için yaklaşık 50 derece Celsius altında tutulmalıdır. PBAT ve PBS, tipik olarak 60 ila 80 derece Celsius sıcaklıkta üç ila dört saat boyunca kurutulur ve yaklaşık 400 ila 500 ppm altına düşürülür. Dolgu maddeleri ve nem çekici katkı maddeleri nem bütçesine dahil edilmelidir, çünkü yüksek miktarlarda kullanıldıklarında, genellikle reçineye göre daha fazla toplam su sağlarlar.
Belgelendirilmiş kompost edilebilir masterbatch'te hangi pigmentler kabul edilebilir?
Cadmium, kurşun, altı değerli krom ve cıva bileşikleri, EN 13432 ve ASTM D6400'de yer alan ağır metal limitleri kapsamında dışlanır. Bu durum, paletten kadmiyum sarıları ve kırmızılarını, kurşun kromat sarıları, molibdat narları ve krom yeşillerini kaldırır. Kabul edilebilir seçenekler genellikle rutilit titanyum dioksit, sentetik demir oksitleri, ultramarine mavi ve termal olarak stabil organik pigmentlerdir, bunlar arasında bakır ftalokianin mavi ve yeşili, quinakridon, diketopirrolopirrol kırmızısı, isoindolinon ve benzimidazolon sarısı yer alır. Her pigment, bitki gelişimi ekotoksisite testini geçmelidir, bakır içeren pigmentler, ağır gölge yüklerinde bakır limitine göre kontrol edilmelidir ve karbon siyahı, genellikle bitmiş ürünün yüzde birinden düşük tutulmalıdır.
Bir biyoplastik masterbatch'te bir zincir uzatma maddesi gerçekte ne iş yapar?
Bir çok fonksiyonlu epoksi oligomer, genellikle bir styrene-akrilik kopolimer olup, zincir başına dört ila dokuz glisidil grubu taşıyor ve epoksi eşdeğer ağırlığı 280 ila 450 gram mole için oluyor. Bu oligomer, PLA, PBAT, PBS ve PHA'nın karboksil ve hidroksil uç gruplarıyla reaksiyona girer. Bu, hidroliz ve termal ayrışmaya bağlı olarak kaybedilen molekül ağırlığını yeniden oluşturur, uzun zincirli bozulma getirir, sıfır çekme mukavemetini ve erimiş dayanımını artırır ve stabil film balonları ve sarkıksız termoformlamaya gerekli gerilim-katlama davranışı sağlar. Tipik ekleme oranı, bitmiş bileşenin %0,3 ila %1,5'ini oluşturmaktadır ve uyumlu polyester taşıyıcı üzerinde %5 ila %20 konsantre olarak sunulur. Yaklaşık 1,5 ila 2,0 oranının üzerine çıkıldığında, jelleşme ve filtre tıkanması olası hale gelir.
Biodegradable ve biyobazlı içerik arasındaki fark nedir?
Bunlar, tamamen farklı standartlarla ölçülen bağımsız özelliklerdir. Biyolojik bozunabilite ve kompostlanabilite, EN 13432, ASTM D6400 veya ISO 17088 standartlarına göre sertifikalandırılır. Bu standartlar, organik karbonın 180 gün içinde en az yüzde doksanının karbondioksit haline dönüştürülmesini, ayrıca parçalanma ve ekotoksisite performansını gerektirir. Biyobazlı içeriği, ASTM D6866 veya ISO 16620 standartlarına göre radyokarbon analiziyle ölçülür ve modern biyojenik karbon, fosil karbon ile ayrıştırılır. Bio-PE yaklaşık olarak yüzde doksan dört oranında biyobazlıdır ancak hiçbir zaman biyolojik olarak bozulmaz; PBAT ise tamamen kompost edilebilir ancak büyük ölçüde fosil kaynaklıdır. Bir marka sahibi, sürdürülebilir bir malzeme talep ettiğinde, hangi iki özelliği gerçekten istediğine sorulmalıdır, çünkü cevap tüm formülü değiştirir.
Bioplastik masterbatch hatları neden düşük aşınma sürtünmeli bir tasarıma ihtiyaç duyar?
Çünkü termal bozunma sınırı, çoğu polimer için erime noktasının sadece 20 ila 40 santigrat derece üzerinde yer alır, bu nedenle neredeyse hiç termal boşluk kalmaz. Agressif doksan derece nötr ve ters yoğurma blokları yüksek viskozite kaybını sağlar ve erimiş sıcaklığı set noktasından çok daha yüksek seviyeye yükseltir, PLA'da laktit dumanı ve PHA'da kahverengi bozulma oluşur. Bu nedenle, bioplastik vidalar, erime için dar ileri yönde 30 ve 45 derecelik yoğurma diskleri, dağıtım türbini ve delikli karıştırma elemanları, homojenleştirme için dağıtım blokları yerine, kısa karıştırma bölmeleri, bunlar arasında uzun boşluklu taşıma, ve minimum basınç oluşturma bölümü kullanır. Tüm bunlar, kalma süresini ve spesifik enerji girişini düşük tutmak amacıyla yapılmıştır.
Bir bioplastik masterbatch hattına hangi L/D oranı ve pelletizasyon sistemi uygun?
Yirmi ila kırk arasında bir L/D, bölünmüş dolgu besleme ve iki vakum devolatilizasyon bölgesi için yeterli alan sağlarken, kalma süresini yirmi ile altmış saniye arasındaki hedeflenen aralıkta tutmayı sağlar. Isıya duyarlı PHA için, daha kısa 32 ila 36 L/D uzunluğunda bir silindir veya iki aşamalı anne-bebek düzenleme, daha iyi molekül ağırlığı korumasına yardımcı olur. Rigid PLA zengin iplikleri, 20 ila 40 derece Celsius sıcaklığında kısa bir banyo ve etkili bir hava bıçağı ile su soğutulmuş iplik hattında iyi pelletize edilirken, yumuşak, yapışkan PBAT zengin, PBS zengin ve PCL taşıyıcı ürünler genellikle su çemberi die yüzü kesimi, eksenel su buharı kesimi veya soğutulmuş, sıcaklık kontrolü yapılan su ile su altı granülasyon gerektirir.
Kompost edilebilir ana bileşenler gıda teması gereksinimlerini karşılıyor mu?
Evet, yapabilirler, ancak kompostlanabilirlik sertifikası ve gıda teması uyumluluğu tamamen ayrı onaylardır ve her biri diğerini gerektirmez. Avrupa Birliği'nde her monomer ve katkı maddesi, 10/2011 sayılı yönetmelikte onaylanmış listede, toplam salınımın 10 miligram/dikimetrekare altında ve uygulanan spesifik salınım limitlerinin korunması şartıyla yer almalıdır; boyar maddeler, bir Birliği olumlu listesi yerine ulusal kurallar ve safiyet kriterleriyle ele alınmaktadır, bu nedenle pigmentler için tedarikçi firmadan belge alınması gerekmektedir. Birleşik Devletler'de, bileşenler, Federal Yönetmelikler Kitabı'nın 21. başlığını kapsamak veya Gıda Temas İzni kapsamında bulunmak zorundadır. Çin'de GB 4806 serisi ve GB 9685 uygulanır. Migrasyon test koşulları, amaclanan kullanımı yansıtmalıdır, özellikle PLA için dikkatli olunmalıdır, çünkü polimerin cam geçiş noktasına yakın kısmı yumuşar.
Poliolefin masterbatch hattıyla karşılaştırıldığında ne kadar throughput kaybı yaşanmaktadır?
Planlama açısından, aynı makineyi eşit miktarda poliolefin renk masterbatch ile çalıştırdığı zamanın yüzde 20 ila 35 daha düşük bir üretim bekleyin ve PHA için bu oran daha yüksek olsun. Kaybın üç kaynağı vardır: makaraların hızının yaklaşık 200 ila 400 devir/dakika olarak sınırlandırılması (500 ila 900 devir/dakika yerine), spesifik enerji girişinin 0,12 ila 0,22 kilowatt-saat/kg olarak sınırlandırılması ve ısı güvenliği için karıştırma yoğunluğunu tercih eden basit bir makara yapısı. Bu çıkışın bir kısmını, silindir kaplamalarında soğutmayı iyileştirerek, dişli pompa kullanarak ekstruderin die basıncı oluşturmasına gerek kalmaması ve daha düşük erime noktasındaki taşıyıcı kullanılarak, tüm süreç daha soğuk bir şekilde çalıştırılabilir.
Var olan poliolefin hattında bioplastik masterbatch üretilebilir mi?
Genellikle evet, değişikliklerle. Esas değişiklikler, -40 derece Celsius yoğunluk noktasına ulaşabilen bir kurutucu kurutucu, agresif karıştırma ve ters elementleri kaldırılmış bir yeniden yapılmış vidalı yapı, çalışan vakum devolatilizasyon sistemi ile uygun erime sızdırmazlıkları, gravimetrik ağırlık kaybı besleme ve bitmiş ürünün nem barındırmayan paketleme şeklidir. Tüp soğutma kapasitesi, genellikle gizli bir sınırdır, çünkü 230 derece Celsius sıcaklığa dayanabilecek bir makine, viskoz bir ısınma karşısında 175 derece Celsius sıcaklığa dayanamayabilir. Aşırı bulaşma da gerçek bir risktir: bir tenekeye kalmış kalan poliolefin, kompost edilebilir bir filmde jel olarak görünür ve sertifikasyonu tehlikeye sokar, bu nedenle temiz bir temizleme ve ideali olarak ayrı bir vidalı set kullanılması tavsiye edilir.
Sonuç
Bioplastikler için masterbatch, termal, hidrolitik ve düzenleyici sınırların hepsinin aynı anda bağlayıcı olduğu bir kısıtlı optimizasyon problemidır. Alt substrat, sıcaklık sınırını belirler – PLA için yaklaşık 200 derece, PHA için 175 ila 180, PBAT ve PBS için rahatça daha düşük. Kompostlanabilirlik standartı taşıyıcıyı belirler, çünkü EN 13432 ve ASTM D6400'de yer alan yüzde bir tek bileşen kuralı, poliolefin taşıyıcıları tamamen ortadan kaldırır ve eşleşen polyester veya sertifikalı kompostlanabilir bir alternatifin kullanımını gerektirir. Ester yapısının hidrolitik kimyası, PLA için nem oranını 250 ppm'in altına sabitler ve bu, sadece -40 derece Celsiyum buhar noktasında kurutma makinesiyle sağlanabilir. Bu, dolgu maddeleri ve katkı maddeleri ile birlikte reçine için de geçerli olmalıdır. Ve ekotoksisite gerekliliği, pigment paletini kadmiyum, kurşun ve altı değerli krom kimyasallarını hariç tutarak, kalan her şeyin belgelenmiş bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir.
Bu sınırlar içinde, formüle edenin iyi geliştirilmiş bir araç seti vardır. 0,3 ila 1,5 oranında moleküler ağırlığı yeniden oluşturabilen çok fonksiyonlu epoksi zincir uzatıcıları, PLA ve PBAT'ın doğal olarak sahip olmadığı erimiş dayanıklılığı sağlar. Polimerik karbodiimidler karboksil son grupları kapatır ve saklama süresini uzatır. Talktan, hidrazitlerden ve stereokompleks PDLA'dan yararlanarak kristalleşme hızlandırılır ve ısı deformasyon sıcaklığı 55 derece C'den faydalı aralıkta yükseltilir. Reaktif uyumluluk ile karıştırılan PBAT, kırılgan PLA'yı sert, uzatılabilir bir malzemeye dönüştürür. Kontrol edilen partikül boyutunda ve nem oranında kalifornium karbonat, maliyet ve sertlik açısından avantaj sağlar. Bioteknoloji kaynaklı kayma önleyici, bloklama önleyici ve buhar önleyici katkılar, sertifikasyonu tehlikeye atmadan yüzey performans paketini tamamlar.
Bu formülasyonun müşteriye bozulmadan ulaşması için neyin belirleyici olduğu, karıştırma aşamasıdır. Makine pigment ve dolgu maddelerini tamamen dağıtmalı, aynı zamanda mümkün olduğunca az ısı ve kesme geçmişi yaratmalıdır – bu, gerçek bir çelişki olup, yalnızca dikkatli bir vidalı yapı, yaklaşık kırk olan L/D oranı, dağıtıcı değil de dağıtımcı karıştırma, çift vidalı ve çift kırma besleyiciler aracılığıyla yan taraftan besleme, gravimetrik ağırlık kaybı ölçümü, 20 ila 50 milibar arasında etkili vakum devolatilizasyonu ve ürünün kırılgan olup olmadığına göre uygun bir peletleme sistemi seçilmesi ile çözümlenir.
Kerke, on iki yıldan fazla süredir paralel dönen çift şaftlı karıştırma alanında uzmanlaşmış ve bu kategoride Çin'in en iyi beş tedarikçisi olarak tanınan Wanplas fabrikası, ana uygulama endüstrilerinden biri olarak biyolojik olarak parçalanabilen plastik ve masterbatch üretimini göstermektedir. KTE-16B laboratuvar makinelerinden KTE-135D üretim hatlarına kadar, KTE serisi, projeye göre açıklık oranı, silindir yapısı, vidalı düzenleme, egzoz sistemi, besleme mimarisi ve elektrik kontrolü açısından tasarlanmaktadır. KTE-SE çift aşamalı sistem ise tek aşamalı işleme uygun olmayan çok hassas ısılara maruz kalan malzemeleri işlemektedir. Tam pelletleme yelpazesi – su soğutmalı tel, hava soğutmalı tel, hava soğutmalı ve su çemberi die yüzü sıcak kesme, eksenel su buharı kesme ve su altı granülasyon – yan besleyiciler, krammer besleyiciler, ağırlık kaybı besleyiciler, sıvı besleyiciler, yüksek hızlı karıştırıcılar, püskürtücüler ve su soğutucular, bir standart poliolefin düzeni etrafında kompromit edilmemek üzere, özel bioplastik formülüne uygun bir tam hat oluşturulmasını sağlar. Wanplas markasının 70'den fazla ülkede paylaşılan mühendislik standartları ve servis kapsamıyla desteklenen Kerke, masterbatch üreticilerini ilk laboratuvar denemelerinden sertifikasyon örnekleme sürecine ve tam üretime kadar destekler. 2026 yılında bioplastik masterbatch programı planlıyorsanız, önce substratı ve hedef sertifikasyonu tanımlayın, laboratuvar ölçeğinde bir deneme yaparak spesifik enerji, erime sıcaklığı ve molekül ağırlığı korunmasını ölçün ve portföyünüzdeki en termal olarak hassas ürünü değil, en kolay olanı etrafında bir hat belirleyin.
