Masterbatch

Unter dem Begriff Masterbatch (MB) wird heute meist ein Konzentrat an Farbmittel, Additiven oder weiteren Wirkstoffen verstanden, mit denen bestimmte Eigenschaften in der Endanwendung sauber und einfach erzielt werden können. Viele der Wirkstoffe liegen in ihrer Ausgangsform oft als Pulver oder Flüssigkeiten vor, die schwierig zu handhaben sind oder einen erheblichen Aufwand in der Verarbeitung erfordern würden. Dies kann beispielsweise für das Einarbeiten von Nanopartikel in sicherer Umgebung oder die Kombination von mehreren Zuschlagstoffen zu einem bestimmten Eigenschaftsprofil gelten. Durch das Aufbereiten von Masterbatches mit einem Masterbatch Compounder werden diese in Granulatform gebracht und damit einfach dosier- und verarbeitbar. Gegebenenfalls können für die Verarbeitung Standard-Materbatch-Compounder anstelle von komplexeren Systemen eingesetzt werden.

Der Name “Masterbatch“ stammt einer Legende nach aus der Zeit, in der der “Meister“ für Rezepturen von bestimmten Chargen, d.h. „Batches“ verantwortlich war, bei denen besonders wertvolle und teure Zusatzstoffe eingemischt wurden. Die Herstellung von Masterbatches entspricht genau dieser Klassifizierung, denn genau dosierte Mischungen werden mit Kunst- oder Trägerstoff vermengt und in gut weiter verarbeitbare Batches überführt. Im konkreten Fall sind die dafür verantwortlichen “Master“, die Spezialisten der entsprechenden Betreiber von Masterbatch Compoundern.

In der Aufbereitung der Masterbatches wird prinzipiell von drei Methoden ausgegangen:

  • In vielen Fällen wir der sogenannte Premix-Prozess angewendet. Alle Formulierungskomponenten werden über einen Vormischvorgang in der Feststoffphase gemischt. Auch die Polymere werden oft als Pulver vorgelegt. Die Vormischungen werden mit einer volumetrischen Dosierung dem BUSS Ko-Kneter zugeführt und compoundiert.
  • Im Split-Feed Verfahren wird das Polymer im BUSS Ko-Kneter in der Aufschmelzzone zugeführt, während die Zuschlagstoffe stromabwärts dosiert und eventuell auf mehrere Zuführstellen aufgeteilt werden.
  • Die Color-Matching-Methode ermöglicht durch das separate Vorliegen der Basisfarben schnelle Farbanpassungen, qualitativ hochstehende Anwendungsfelder und effiziente Farbwechsel.

Die Mehrfachaufteilung der Dosierströme erlaubt, dass der BUSS Ko-Kneter seine spezifischen Fähigkeiten in dieser Anwendungen hervorragend zur Geltung bringen kann: Die durch das Wirkprinzip gegebene enorm hohe Anzahl von Mischzyklen bei moderaten und gleichmässigen Schergeschwindigkeiten erlaubt höchste Mischeffizienz bei minimalen Anteilen an polymerer Matrix. Ein Nebeneffekt der moderaten Schergeschwindigkeit ist der deutlich niedrigere Verschleiss im Vergleich mit alternativen Schneckenmaschinen. Der modulare und dadurch anpassbare Aufbau der ganzen Compoundieranlage und die breit abgestützte BUSS Verfahrensexpertise machen den BUSS Ko-Kneter zur sehr guten Wahl für das Compoundieren von Füllstoff Masterbatches.

Rotbraues Granulat aus Masterbatch, hergestellt mit einem Masterbatch Compounder von BUSS.
Schwarze Autotür aus Granulat aus einem Masterbatch Compounder
Mit einem BUSS Masterbatch Compounder produziertes, oranges Granulat aus Masterbatch.
Masterbatch als Basismaterial für Yogamatten / Masterbatch Compounder
Granulate aus schwarzem Masterbatch, gefertigt mit einem BUSS Masterbatch Compounder
Schwarzer Legostein als Beispiel für Masterbatch Compounder von BUSS
Weißes Masterbatch Granulat aus einem Masterbatch Compounder
Masterbatch Compounder stellen die Basis für die Produktion von Legosteinen her.

Black Masterbatch

Das Aufbereiten von Black Masterbatches oder eben Schwarz-Konzentraten ist ein typischer Mono-Masterbatch der im Split-Feed Verfahren hergestellt wird. Die Farbrusse werden mit Anteilen zwischen 30-50% dem Basispolymer oder auch einem wachsartigen Trägerstoff hinzugefügt. Die meist nach dem Furnace-Prozess hergestellten Farbrusse weisen eine hohe Oberfläche, niedrige Schüttgewichte und eine typische Feuchtigkeit auf. Diese Eigenschaften definieren im Wesentlichen die Herausforderungen für das Compoundieren: Die Russpartikel, die aufgrund der physikalischen Kräfte dazu neigen Aggregate oder Agglomerate zu bilden, müssen im Compoundiervorgang zerteilt werden. Die beim BUSS Ko-Kneter unmittelbar einsetzenden Mischvorgänge bei moderaten Schergeschwindigkeiten und die jeweiligen Relaxationsphasen führen zu exzellenten distributiven Mischergebnissen. Gleichzeitig reichen die Schergeschwindigkeiten aus um ein dispersives Mischen bei allfällig vorliegenden Aggregaten zu erzielen, ohne das die Trägerstoffe geschädigt werden. Durch die Möglichkeit, den Russ-Anteil auf mehrere Zuführstellen aufzuteilen, mitgeschleppte Luft und Feuchtigkeit gezielt entweichen zu lassen und stromabwärts auch aktiv zu entgasen, können hohe Durchsätze bei exzellenten Qualitäten erzielt werden. Viele Rohstoff-Hersteller und auch die globalen Technologieführer der Branche vertrauen seit Jahrzehnten auf das BUSS Ko-Kneter System für die Aufbereitung von Black Masterbatch.

Additive Masterbatch

Das Aufbereiten von Additiv MB ist ein extrem breites Feld, so breit wie die dazu eingesetzten Zuschlagstoffe und ihre Wirkungsweisen. So werden gezielt bestimmte Eigenschaften im Endprodukt angestrebt oder ein Wirkungsfeld realisiert. Beispielhaft seien hier UV-Lichtschutz-, Antistatik-, Antiblock-, Gleitmittel- oder auch Flammhemmer-MB genannt. Das enorm breite Feld an Anforderungen, die von hohen Beladungen, verschiedene Aggregatszustände der Zuschlagstoffe bis hin zu scher- und/temperatur-empfindlichen Ausgangs- und Endprodukten kommen können, erfordert ein universal einsetzbares System. Der BUSS Ko-Kneter wird von führenden Expertengremien als das System mit den besten Allrounder-Qualitäten eingestuft. Die Designfreiheit des Systems ermöglicht zudem spezifisch auf verändernde Anforderungen in den Verfahrenszonen mit gezielt gewählten Konfigurationen einzugehen.

Die einfache Zugänglichkeit durch aufklappbare oder abfahrbare Gehäuse erlaubt extreme Produkteabfolgen bei hoher Verfügbarkeit. Die breit abgestützte BUSS Verfahrensexpertise macht den BUSS Ko-Kneter zur sicheren Wahl für das Compoundieren von Additiv Masterbatches.

Filler Masterbatch

Das Aufbereiten von Füllstoff MB ist ein spezielles Feld der Masterbatch-Herstellung. Die Füllstoffe liegen meist als pulverförmige Stoffe vor, die mit hohen Anteilen im MB vorliegen sollen (z.T. Beladung >80%). Aufgrund des Schüttgewichts, der Korngrössenverteilung und weiteren Schüttgut-Eigenschaften können sie schwierig zu handhaben sein bzw. spezielle Massnahmen oder Masterbatch Compounder erfordern. Der Füllstoff-MB kann in der Anwendung als „normales“ Granulat verarbeitet und auf den gewünschten Füllstoff-Anteil im Endprodukt verdünnt werden.

Typisches Anlagenlayout für Masterbatch Compounder

Typisches Anlagenlayout für eine Masterbatch-Compoundiermaschine

BUSS Masterbatch Compounder bieten folgende spezifische Vorteile

  • Intensives Mischen bei tiefem spezifischem Energieeintrag
    Mehrflügelige BUSS Compounder der neusten Generation erzielen ein höhere Mischwirkung bei einem um insgesamt 15–40 % niedrigeren spezifischen Energieeintrag. Dies liegt an einer höheren Zahl an Mischzyklen, die optimal auf die jeweiligen Prozesszone abgestimmt ist. Die zum Aufschmelzen erforderliche Energie wird nahezu ausschließlich mechanisch (dissipativ) als Scherenergie eingeleitet.

  • Geringere Beanspruchung von Polymer, Fasern und hochstrukturierten Füllstoffen
    Die moderaten Scherraten des BUSS Ko-Kneters gewährleisten eine kontrollierbare Scherung und niedrige Temperaturprofile und beanspruchen die Struktur von Fasern und hochstrukturierten Füllstoffen wie Russ deutlich weniger als andere Systeme. Dies führt zu besseren mechanischen und elektrischen Eigenschaften, verbessertem Fließverhalten und einem niedrigeren Verbrauch an teuren Additiven.

  • Intensives distributives Mischen
    Der BUSS Ko-Kneter gewährleistet ein intensives verteilendes Mischen, da die Überlagerung von Rotation und Axialbewegung der Misch- und Knetschnecke Dehnströmungen bewirkt sowie eine grosse Anzahl an Scheroberflächen und dabei ein kanalübergreifendes Mischen erzeugt.

  • Hohe Füllgrade erreichbar
    Die BUSS Technologie der Compoundiermaschinen erlaubt Füllstoffanteile von bis zu 90%, durch das Aufteilen auf 2-3 Zuführpositionen, nutzen von Einspeiseorganen wie Seitenzuführschnecken, gravimetrischer Zuführung von Füllstoffen, Rückwärtsentlüftung und einer hervorragenden Fördereffizienz. Die moderaten Scherraten des Ko-Kneters erlauben eine mühelose Handhabung der hohen Viskositäten, die bei hohen Füllstoffgraden entstehen.

  • Breites Rezepturspektrum mit einer einzigen Schneckenkonfiguration
    Die Verarbeitung eines breiten Rezepturspektrums mit einer einzigen Schneckenkonfiguration kann eine Herausforderung darstellen. Die BUSS Ko-Knetertechnologie ist indessen bekannt für diese spezifische Fähigkeit. Dank einer Verfahrenslänge, die meist nur die Hälfte vergleichbarer Systeme beträgt, moderaten und anpassbaren Schergeschwindigkeiten und der großen Flexibilität bei der Gestaltung der Schneckenkonfiguration.

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