پیگمنت های آلی و معدنی و مستربچ

۱- معدنی :
رنگدانه‌های معدنی طبیعی از پوسته زمین استخراج می‌شوند، خرد شده، شسته شده، از لحاظ اندازه درجه‌بندی می‌شوند. غالباً برای این رنگدانه‌های طبیعی، معادل مصنوعی هم وجود دارد، یعنی رنگدانه از اجزاء دیگری در اثر یک فرایند شیمیایی ساخته می‌شود. ظاهراً از نظر شیمیایی با نمونه طبیعی یکسان است، ولی اغلب خواص متفاوتی دارد و معمولاً به خاطر شکل بلوری مطلوبتر، خلوص بیشتر و دانه‌بندی مطلوبتر ، مرغوبتر از نوع طبیعی می باشد. پیگمنت¬های غیر پوششی یا اکستندر مثل کربنات کلسیم و باریت و تالک و … هم وجود دارد. پیگمنت سفید پیگمنت معدنی طبیعی است. پیگمنت رنگی معدنی مثل اکسید زرد آهن اکسید قرمز آهن اکسید سیاه آهن پیگمنت رنگی معدنی مصنوعی مثل کرم سبز و سرب قرمز اکسید مس پیگمنت های فلزی معدنی مصنوعی مثل پودر آلومینوم برنز و روی.
عمده‌ترین رنگدانه‌های معدنی

    پیگمانهای سفید

   پیگمانهای قرمز سرنج

    شنگرف

    پیگمانهای زرد و نارنجی

    پیگمانهای آبی

    پیگمانهای لاجورد یا اولترامارین

    پیگمانهای سبز

۲-آلی :

امروزه رنگدانه‌های آلی به مراتب بیشتر از رنگدانه‌های معدنی می‌باشند. بعضی از جدیدترین رنگدانه‌ها ساختمان آلی فلزی دارند. بیشتر رنگدانه‌های آلی، مواد شیمیایی آلی هستند که روی یک هسته معدنی هیدروکسید آلومینیوم رسوب داده شده‌اند. از مهمترین رنگدانه‌های آلی می‌توان به گروه فتالوسیانین‌ها اشاره کرد که طیف رنگهای آبی و سبز را در بر می‌گیرند و فتالوسیانین مس ، رنگدانه آبی می‌باشد که به علت خواص مقاومتی خوب در برابر عوامل مختلف، یک رنگدانه با ارزش به شمار می‌رود. فتالوسیانین‌ها را از فتالیک و اوره سنتز می‌کنند. رنگدانه‌های آلی، به صورتی که امروزه در صنعت استفاده می‌شوند، در طبیعت یافت نمی‌شوند و تقریباً همه آنها سنتزی می‌باشند.

تفاوت پیگمنت آلی و معدنی در خواص زیر است:

یک فیلم براق و جذاب در فام های گوناگون با پیگمنت آلی بدست می آید تا با معدنی، خالص ترین پیگمنت سفید دی اکسید تیتانیم و سیاه ترین پیگمنت سیاه کربن بلک است که هر دو جزء پیگمنت معدنی است و بدین ترتیب پیگمنت آلی به صورت سیاه و سفید موجود نمی باشد. تعداد بسیار کمی از پیگمنت های آلی در بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتیگراد پایدار می باشندکه ممکن است متلاشی یا ذوب گردند در حالیکه پیگمنت معدنی بالعکس.

مهمترین ویژگی هایی که در انتخاب یک پیگمنت مورد توجه قرار میگیرند، عبارتند از :

طبیعت شیمیایی

ساختار کریستالی

شکل ذرات
ابعاد ذرات و توزیع آن
ضریب شکست
مشخصات پخش شدگی
رنگ بندی و سایر مشخصات فیلم رنگ
مقاومت دربرابر شرایط مختلف جوی و نوری
مقاومت در برابر اسیدها و بازها
مقاومت در برابر حرارت
و سایر فاکتورهای مهمی که در بخش ماندگاری و مقاومتی مد نظر هستند .

زمان استفاده از پیگمنت ها، آلی و معدنی بودن روی خواص حرارتی و نوری تاثیر میگذارد و مهم می باشد. پیگمنت معدنی تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل میکند و پیگمنت های آلی تا دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل می¬کند. پیگمنت های آلی نسبت به پیگمنت های معدنی خواص نوری بهتری دارند و برای مصارف بیرون ساختمانی مخصوصا شلنگ و کابل ها بهتر است از پیگمنت های آلی استفاده شود، زیرا در معرض آفتاب رنگ پیگمنت های معدنی میپرد. پیگمنت های معدنی اکسید هستند و به سختی رنگ باز میکنن و رنگ محصول نهایی را مات میکند. همچنین استفاده از پیگمنت های معدنی خواص را به شدت کاهش می دهد.
یک مستربچ رنگی از چه اجزایی تشکیل شده است؟
مستربچ از رنگدانه , پخش کننده و عامل حمل کننده تشکیل شده است.
عامل اول, رنگ دانه ها:
رنگدانه به دو دسته تقسیم می شود, پیگمنت و دای. عموما پیگمنت ها به دو دسته تقسیم می شوند, آلی نظیر فتالو سیانین سبز و پیگمنت رنگی معدنی نظیر اکسید آهن قرمز و یا تیتانیوم. دای مانند یک جوهر یا رنگ بی اثر است. عموما” نمی توان دای را برای رنگ کردن پلی اولفین استفاده کرد. از طرف دیگر باعث مهاجرت می گردد.
تفاوت اصلی این دو گروه در استاندارد (DIN 559444) به اختصار چنین بیان شده است, تحت شرایط عمومی فرایند, پیگمنت ها موادی هستند که در پلاستیک حل نمی شوند در حالی که دای ها در پلاستیک حل می شوند.
عامل دوم پخش کننده:
موجب می شود سطح رنگدانه مرطوب گردد و این موضوع برای پخش شدن بیشتر در پیگمنت مفید است ضمنا” رزین را نیز پایدار می کند بدون آنکه روی کیفیت رنگ محصول تاثیر بگذارد. پلی اتیلن با جرم مولکولی پایین یا واکس یا استئارات روی نیز به عنوان پخش کننده استفاده می گردد. در مستربچ پلاستیک های مهندسی از واکس, استئارات منیزیم و استارات کلسیم برای این منظور استفاده می گردد.
عامل سوم حمل کننده:
رزین حمل کننده موجب می شود که پیگمنت یکنواختی توزیع گردد و به راحتی به شکل گرانول در بیاید. باید سازگاری با رزین و عامل پخش باشد. سیالیت حامل بایستی از سیالیت رنگدانه و رزین بیشتر باشد و این بطور مشابه بر روی کیفیت محصول پس از رنگ شدن تاثیر می گذارد. برای مثال ما پلیمری با شاخص مذابی انتخاب می کنیم که می تواند مستربچ را در خود حل کند.
ما LDPE  را به عنوان حامل رنگ مستربچ PP/PE  انتخاب می کنیم.
فرمول کلی اکثر مستربچ های رنگی تشکیل یافته از:
دو نوع پایدار کننده و دو نوع روان کننده داخلی و خارجی رنگینه و پایه پلیمری مورد نظر, بنابر این مستربچ هرگز یک رنگدانه تنها نیست, بلکه اغلب با دو نوع پایدار کننده و یک یا دو نوع روان کننده دیگر همراه است. با کمک مستربچ پلاستیک مورد نظر را به رنگ های مختلفی می توان در آورد. نوع دیگری از مستربچ وجود دارد که کدر است و معمولا برای رنگ آمزی پلاستیک های غیر شفاف مورد استفاده قرار می گیرد. نکته بسیار مهم در انتخاب مستربچ, سازگاری پلاستیک با رنگ و سایر افزودنی های همراه آن مستربچ است که معمولا شرکت های سازنده, این مورد را برای مصرف کننده دقیقا مشخص می کنند. از آنجا که مستربچ ها برای تعداد محدودی از پلاستیک های پر مصرف صنعتی ساخته می شوند, لازم است در مورد توانایی رنگ آمیزی پلاستیک ها با رنگ دانه نیز اطلاعاتی ارائه کرد. بنابر ماهیت شیمیایی پلاستیک می توان رنگ مورد نظر را برای آن انتخاب نمود. با توجه به اطلاعات بیان شده در جدول زیر مثلا پلی اتیلن, پلی پروپیلن و پی وی سی را توسط تیتان می توان به رنگ سفید در آورد و یا آنرا با اکسید های کروم به رنگ زرد یا قهوه ای در آورد. ولی از رنگ های ترکیبات آبی آهن نمیتوان در فرمولاسیون پلی اتیلن و پلی پروپیلن استفاده نمود. برای پخش رنگ های معدنی در آمیزه, اختلاط اجزای فرمول روی دستگاه غلتک (roll mill)  معمول است که گاه از یک نرم کننده مانند (DOP) نیز استفاده می شود.
فرایند تولید مستربچ:
برای اختلاط رنگ و افزودنی با پایه پلیمری و تولید مستربچ از اکسترودر دو پیچه همسو گرد نیز استفاده می گردد.
این فرایند شامل: وزن کردن, وارد کردن خوراک, انتقال, ذوب کردن, پخش کردن و همگن کردن, خارج کردن گازهای مزاحم , فیلتر کردن و گرانول کردن می باشد.
اختلاط شامل ۴ مرحله است:
مرطوب کردن پیگمنت افزودنی و پرکننده
مخلوط کردن و پخش کردن پیگمنت و افزودنی در پلیمرپایه
توزیع پیگمنت,افزودنی و پرکننده در مذاب پلیمری
پایدار کردن این مخلوط و جلوگیری از گلوله یا کلوخه شدن