צביעת חומרים בענף הפלסטיקה , מהווה אחת מאבני היסוד של התעשייה. יואב כהן (23.04.07)
היכולת לצבוע חומר כך, שהצבע יהווה חלק אינטגרלי מהחומר ומהמוצר ,אחראית לחלק נכבד מיתרונות הפלסטיקה על חומרים אחרים (הנצבעים חיצונית). מעבר לחשיבות האסתטית הצבע משמש גם לזיהוי והגנה.
ידועות מספר שיטות לצביעת פולימרים:
חומר צבוע מראש ע"י יצרן הפולימר
צביעה בתהליך היצור בעזרת אבקות פיגמנט
צביעה בתהליך היצור בעזרת תרכיז מוצק (מסטר בצ')
צביעה בתהליך היצור ע"י תרכיז נוזלי
נסקור בקצרה היתרונות והחסרונות של שלושת השיטות הראשונות.
חומר הצבוע מראש,מצטיין בצביעה ברמה גבוהה ומשחרר היצרן מצביעה בתהליך חסרונותיו הברורים הם: עלות גבוהה , סדרות יצור גדולות ושמירת מלאים נוקשה.
יתרון הצביעה באבקה : נמנע השימוש בחומרים זרים ואין צורך בערבוב מוקדם , חסרונותיה יעילות נמוכה מפאת יכולת ערבוב ופיזור דלה של ציוד העיבוד(מכונות הזרקה , אקסטרודרים וכד') לכלוך רב עקב ריחוף אבקות צבע ועלות גבוהה עקב הצורך להשתמש בכמות גדולה של פיגמנט מהסיבות המצוינות לעיל.
צביעה בתרכיזים מוצקים על בסיס פולימרי, הינה השיטה המקובלת היום בתעשיית הפלסטיקה. התהליך נח, נקי יחסית ודי יעיל. חסרונות השיטה רבות: עצם השימוש בפולימר כחומר נושא מהווה בעיה בכמה מישורים-
א. הצורך בהתכת התרכיז תוך כדי התכת החומר העיקרי מקשה על ערבוב ופיזור.
ב. הצורך בהתאמת הנושא לחומר העיקרי לא מאפשר יצירת תרכיז אוניברסלי ,דהיינו המתאים לכל או לרוב הפולימרים השונים.
ג. ערבוב פיזור והטמעת הפיגמנט בתרכיז עצמו ,בעייתית עקב היכולת המוגבלת של ציוד היצור לבצע פעולות אלה בהצלחה מרבית.
ד. לא משתלם ליצר בכמויות קטנות.
על פניו הצביעה בנוזל הייתה אמורה להיות הבחירה ההגיונית הראשונה והמובהקת בתעשייה . היתרונות הברורים של חומר שאינו צריך התכה ואינו מושפע מטמפרטורת עיבוד, היתרון הברור של פיזור יעיל של אבקה(פיגמנט) בנוזל ויכולת ליצר סדרות קצרות ללא עליות גבוהות הנן רק חלק מהסיבות לשימוש בנוזל. ואכן בעבר (לפני כ40-50 שנה) נעשו ניסיונות לצבוע פלסטיק בנוזל, מתוך מחשבה שהנוזל יתערבב טוב יותר ומהר יותר עם הפולימר גם במצבו הראשוני המוצק וגם בשלב ההתך, הבחירה נפלה על נוזל נושא מבוסס על תוצרי נפט(בעיקר פרפינים) בתוספת ממיסים ארומטיים מתוך מחשבה שהממיסים ירככו את הפיגמנט תחילה ויגרמו לפיזור טוב יותר ,וכך יציגו את הצבען באופן הטוב ביותר למערכת הפולימרית בזמן העיבוד. אכן השיטה נראתה מבטיחה בשלבי ניסוי ראשונים, אך בהמשך נתגלו בעיות כבדות משקל: אחת בעיית ההזנה דהיינו ערבוב ישיר במשפך המכונה נמצא לא מדויק ומלכלך כמו גם ערבוב מוקדם, השניה אדי הממיסים גרמו לכאבי ראש ותחושת בחילה ונידופם בזמן היצור גרם להיווצרות שאריות דביקות בציוד ובתבניות וגרמו לדגרדציה איטית של המערכת הפולימרית והשלישית הייתה בעיית הצבען על בסיס פרפיני אשר התאים רק למספר מוגבל של פולימרים ועם התפתחות התעשייה ופיתוח מספר רב של פולימרים הנדסיים נתגלה כלא יעיל , גרם לקילוף ולצביעה גרועה ובעיקרון עצר את תנופת הפיתוח של צבענים נוזלים.
ב-20 השנים האחרונות, נעשו ניסיונות להשתמש בחומרי "נוזל נושא" שונים , בעיקר כדי להסיר הממיסים מהמערכת ולבטל השפעתם השלילית בכל שלבי היצור והשימוש.
חברת LIQUIDPLAST.com המפתחת את מוצריה כאן בישראל, שמה לה למטרה להביא לשוק פתרונות צבע ותוספים נוזליים על בסיס חומצות שומן מן הצומח המתאימות לשימוש במגע עם מזון שאינן מתחמצנות בטמפרטורת עיבוד (150 עד 400 מעלות) מתנקות בקלות הן במכונה והן במערכות הזנה.
תוך שימוש במערכת מורכבת של חומצות שומן נתקבלה מערכת הנותנת תשובה ליציבות ובעיקר התאמה לפולימרים שונים, הווה אומר שקבוצות הקצה הפעילות והשונות לחומצות שומן שונות (רוויות ,בלתי רוויות מונו ובלתי רוויות פולי) יצרו ריאקציה עם קבוצות קצה פעילות של הפולימרים השונים וימצאו מקום בתחום הבין מולקולרי החופשי של ההיתך הפולימרי. וכך הנוזל מצפה את גרגירי הפולימר המוצקים בשלב הראשון בצורה אחידה ואף משמש להם מסכך ועם תחילת ההתכה מתחבר לקבוצות קצה משמש כמשפר זרימה , מונע החלקה ושומר על פעילות תקינה של הציוד. (להזכירכם הפרפינים גרמו להחלקה והשאירו שאריות דביקות על חלקי הציוד!) כמו כן החיבור בין חומצות השומן לפולימר מונע נדידה של צבע לפני השטח של המוצר!
יתרונות השימוש בתוספי צבע נוזלי (LIQUIDPLAST) הינם:
הנוזל מתפזר טוב יותר במערכת ללא קשר לטמפרטורה
נוזל זורם בקלות ומכסה מקסימום חומר במינימום זמן וצבען
נוזל לא נתפש ב"שטחים מתים" או נדבק ומשתחרר לפתע כפי שקורה בתרכיז מוצק
נוזל קל למינון ובדיוק גבוה
עלויות יצור נמוכות ובסדרות קצרות
נוזל חסכוני משמעותית ביצור
מפאת יעילותו ומכאן אחוז השימוש הנמוך, נכנס פחות חומר זר למערכת כדי להשיג אפקט דומה.
שאלה שנשאלת חדשות לבקרים היא ,מתי כדאי להשתמש בנוזל ומתי הכרחי להשתמש בו?
– כדאי להשתמש היכן שמוכיחים יעילות וחיסכון
– הכרחי בכול מוצר שיש בו בעיות צביעה ושהרגישות לחומרים זרים גבוהה
חשוב לציין שהיחס באחוזי היישום בין תרכיז מוצק הינו כ 2%-3 לעומת נוזל שבו היחס הוא כ% 0.2-0.6 כאשר תכולת הפיגמנט במוצק הינה כ-30% ובנוזל כ-12% וזאת בכדי לקבל את אותו אפקט צביעה- מה שמבטיח כי הנוזל גורם להרבה פחות חומרים זרים לחדור למוצר.
מאת:
יואב כהן- מהנדס פלסטיקה
ליקוויד פלסט.
http://www.plastix.co.il/plastic-articles-details.asp?news_id=184