Como determinar a taxa de adição do masterbatch preto para PE
Resposta curta
A taxa de adição é a parcela de masterbatch na mistura total. Se o masterbatch for a única fonte de negro de fumo, o teor de negro de fumo do produto final é o teor de negro de fumo do masterbatch multiplicado pela taxa de adição. Quanto negro de fumo o produto precisa depende de o objetivo ser opacidade ou intensidade de preto, da espessura do produto, do tipo de PE, da dispersão e de qualquer norma de produto aplicável. O cálculo dá um ponto de partida; a taxa final deve ser confirmada por um teste na sua própria linha.
Termos: taxa de adição, relação de diluição e concentração final
| Termo | Significado | Exemplo |
|---|---|---|
| Taxa de adição (dosagem) | Masterbatch como porcentagem da mistura total | 2 % = 2 kg de masterbatch em 100 kg de material total |
| Relação de diluição (LDR) | Masterbatch em relação à resina natural, muitas vezes escrita como 1:X | 1:49 = 1 parte de masterbatch para 49 partes de resina = 2 % |
| Concentração final de negro de fumo | Negro de fumo como porcentagem do produto final | 0,8 % |
Informe sempre a base. "2 partes por 100 partes de resina" não é exatamente 2 % do total: é 2 / 102, cerca de 1,96 %. Para uma LDR de 1:X, a taxa de adição é 1 / (1 + X).
O cálculo do balanço de massa
Teor final de negro de fumo = teor de negro de fumo do masterbatch × taxa de adição.
Exemplo hipotético, não é uma formulação da ZFH nem uma taxa de adição recomendada: um masterbatch preto com 40 % de negro de fumo, adicionado a 2 % do composto total, contribui com 0,40 × 0,02 = 0,008 = 0,8 % de negro de fumo no composto final.
Esse cálculo simples supõe que o masterbatch é a única fonte de negro de fumo e que a taxa de adição é em massa sobre a mistura total. Se for usada resina reciclada preta ou outro componente preto, o negro de fumo dela deve ser somado. O cálculo também supõe uma dosagem precisa, que deve ser verificada na produção.
A mesma relação funciona ao contrário: a taxa de adição necessária é o teor de negro de fumo desejado dividido pelo teor de negro de fumo do masterbatch. Por exemplo, um objetivo de 1,0 % com um masterbatch de 40 % exige 1,0 % ÷ 40 % = 0,025 = 2,5 % (apenas aritmética).
| Negro de fumo do masterbatch | Adição de 1 % | Adição de 2 % | Adição de 3 % |
|---|---|---|---|
| 30 % | 0,3 % | 0,6 % | 0,9 % |
| 40 % | 0,4 % | 0,8 % | 1,2 % |
| 50 % | 0,5 % | 1,0 % | 1,5 % |
A tabela mostra apenas aritmética. Não é uma recomendação de dosagem para nenhum produto.
O que determina o teor de negro de fumo necessário
Opacidade ou intensidade de preto
Se o produto precisa bloquear a luz, como um filme fino ou uma sacola, o teor de negro de fumo necessário depende muito da espessura. Se precisa parecer de um preto profundo, como uma peça moldada visível, o grade de negro de fumo, a dispersão e o acabamento superficial importam tanto quanto a quantidade, e acrescentar negro de fumo acima de certo ponto contribui pouco. Veja por que mais negro de fumo nem sempre significa mais intensidade de preto.
Espessura
Um filme fino precisa de um teor final de negro de fumo maior do que uma peça moldada espessa para obter a mesma opacidade. Uma peça espessa pode ser totalmente opaca com um teor baixo, e então aumentar a taxa de adição só acrescenta custo.
Dispersão e compatibilidade do veículo
O negro de fumo mal disperso contribui com menos cor, por isso um masterbatch que dispersa mal pode parecer exigir uma taxa de adição maior. Um veículo que se mistura bem com o grade de PE ajuda o negro de fumo a se distribuir de forma uniforme com uma taxa menor.
Requisitos do produto
Produtos para uso externo e produtos que dependem do negro de fumo para proteção UV podem ter requisitos próprios. Por exemplo, as normas de tubos de pressão para compostos pretos de polietileno especificam uma faixa de teor de negro de fumo, e a ISO 6964:2019 estabelece um método de ensaio para o teor de negro de fumo em tubos e conexões de poliolefina. Quando uma norma desse tipo se aplica, ela prevalece sobre qualquer regra prática.
LDPE, LLDPE, HDPE e PE reciclado
| Material e aplicação | O que considerar |
|---|---|
| Filmes e sacolas de LDPE | Opacidade com pouca espessura; defeitos de filme; comportamento do fundido do veículo próximo ao da resina do filme |
| Filmes de LLDPE, incluindo stretch e agrícolas | Maior viscosidade do fundido e exigência de mistura; requisitos para uso externo e UV quando aplicável |
| Produtos de HDPE moldados, soprados e tubos | Paredes mais espessas; objetivo de intensidade de preto ou opacidade; normas de produto; requisitos mecânicos |
| PE reciclado | Cor de fundo variável e contaminação; pode já conter negro de fumo; a fluidez varia entre lotes |
PE reciclado: considerações especiais
O PE reciclado costuma ter uma cor de fundo cinza ou mista que precisa ser coberta, por isso pode precisar de mais negro de fumo do que a resina virgem para a mesma aparência. Parte da matéria-prima reciclada já é preta e contém negro de fumo, que deve ser incluído no cálculo. Como a matéria-prima pode variar de um lote para outro, a taxa de adição deve ser verificada quando o material reciclado mudar. Veja o nosso guia do masterbatch preto reciclado.
A dosagem na prática
- A dosagem gravimétrica costuma ser mais precisa do que a volumétrica, que é afetada pela densidade aparente dos grânulos.
- Calibre os dosadores e verifique o consumo real: quilos de masterbatch usados por quilo de produto ao longo de uma produção.
- Grandes diferenças de tamanho ou formato dos grânulos entre masterbatch e resina podem causar segregação no funil; pré-misturar ou alimentar perto da garganta pode ajudar.
- Com taxas de adição muito baixas, pequenos erros de dosagem passam a ser uma grande parte do total, o que pode aparecer como variação de cor.
Como confirmar a taxa por meio de testes
- Defina o objetivo e como ele será medido, por exemplo a opacidade na espessura do produto ou um valor de L* em relação a uma referência aprovada, medidos sempre da mesma forma.
- Calcule uma taxa de adição inicial a partir do teor de negro de fumo do masterbatch e do teor desejado.
- Faça na linha de produção uma curta escada de taxas de adição em torno desse ponto de partida.
- Verifique em cada nível a aparência, a opacidade, os defeitos, o processamento e quaisquer requisitos mecânicos ou de produto.
- Escolha a menor taxa que atenda a todos os requisitos com margem de segurança e confirme-a em uma produção completa.
Perguntas frequentes
Existe uma taxa de adição padrão para masterbatch preto de PE?
Não. A taxa depende do teor de negro de fumo do masterbatch, da espessura do produto, de o objetivo ser opacidade ou intensidade de preto, do tipo de PE, da dispersão e de qualquer norma de produto. Ela deve ser definida por cálculo e confirmada por teste.
Um masterbatch mais concentrado permite usar uma taxa de adição menor?
Para o mesmo teor final de negro de fumo, sim, na proporção da concentração. A intensidade de preto e a dispersão ainda podem ser diferentes, por isso o resultado deve ser verificado em um teste.
"2 partes por cem" é o mesmo que 2 %?
Não exatamente. 2 partes de masterbatch por 100 partes de resina correspondem a 2 / 102, cerca de 1,96 % do total. Informe sempre qual base é usada.
Como considerar a resina reciclada preta?
Estime ou meça o negro de fumo que a resina reciclada já contém e some-o à contribuição do masterbatch. Como os lotes reciclados variam, confirme o resultado por teste.
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Masterbatch preto para PE
A ZFH oferece masterbatch preto padrão PE/EVA e masterbatch preto reciclado rPE em grades com diferentes teores de negro de fumo. Informe o grade de PE, o tipo de produto e a espessura, o objetivo e a sua taxa de adição atual, e fale com a ZFH para planejar um teste.
Referências técnicas
- ASTM D1603-20 — Teor de negro de fumo em plásticos olefínicos
- ISO 6964:2019 — Tubos e conexões de poliolefina: determinação do teor de negro de fumo por calcinação e pirólise — método de ensaio
Estas referências descrevem métodos de ensaio do teor de negro de fumo. Não são resultados de nenhum grade da ZFH, e os cálculos deste artigo são ilustrativos.