Sektor produkcji masterbaczy jest ściśle uzależniony od sytuacji w branży przetwórstwa polimerów, a jednocześnie podlega procesom indywidualizacji i specjalizacji charakterystycznym dla całego sektora produkcyjnego doby Przemysłu 4.0. Według danych fundacji Plastic Europe rynek tworzyw sztucznych w Europie od wielu lat trwa w stagnacji – z produkcją oscylującą w przedziale 65-58 mln ton (w latach 2005-2015), co przekłada się na niewielki, 2-procentowy średnioroczny wzrost produkcji masterbaczy.

Pozytywnie na tym tle wybija się Europa Środkowo-Wschodnia, zwłaszcza Polska, która ze względu na opóźnienie w rozwoju technologii przetwórstwa tworzyw sztucznych dopiero w ostatnich latach w pełni doceniła potencjał przedmieszek w procesach modyfikowania polimerów. Stąd też to właśnie nasz kraj postrzegany jest przez głównych producentów jako perspektywiczny rynek zbytu dla prefabrykowanych dodatków do tworzyw sztucznych, o czym świadczy m.in. otwarcie w 2014 r. w Konstantynowie Łódzkim fabryki francuskiego koncernu Clariant – największego potentata branży.

Podstawowe rodzaje masterbaczy

Jako dodatki do tworzyw sztucznych masterbacze umożliwiają prostą i tanią zmianę koloru tworzywa i/lub jego właściwości fizykochemicznych. Kryterium to stanowi punkt wyjścia do ich podziału na cztery główne grupy: masterbacze białe, czarne, barwiące i uszlachetniające. Pierwsze – o największym, bo aż 28-procentowym udziale w europejskiej produkcji – są monopigmentami tworzonymi na bazie dwutlenku tytanu TiO2 stanowiącego 40-80% całości mieszanki. Tego rodzaju masterbacze mają barwić na biało, zmniejszać przezroczystość, nadawać mleczną barwę i uwydatniać inne kolory. Dlatego są przeważnie dodawane do folii opakowaniowych z LDPE, LLDE i HDPE oraz folii do mleka i laminowanych w proporcjach 1-10% mieszanki.

Masterbacze czarne z kolei, wzbogacone sadzą techniczną, mają za zadanie nie tylko nadawać kolor, ale też chronić przed promieniowaniem UV. Choć stanowią jeden z najpowszechniejszych modyfikatorów tworzyw sztucznych (21% produkcji), popularnością ustępują miejsca masterbaczom uszlachetniającym (27%) i barwiącym (24%). Te pierwsze uważane są dziś za grupę o największym potencjale rynkowym, głównie ze względu na dynamiczny wzrost zapotrzebowania na tworzywa sztuczne o konkretnych właściwościach, ściśle dopasowane do indywidualnych potrzeb klienta. Stąd też ich producenci rozwijają zaawansowane laboratoria testowe umożliwiające symulację procesów przetwarzania szerokiej gamy tworzyw. W efekcie zakres dokonywanych przy ich udziale modyfikacji właściwości polimerów jest dziś niemal nieograniczony i obejmuje m.in.: wzrost odporności na warunki przetwórstwa i eksploatacji (stabilizatory UV, termostabilizatory, antyutleniacze, antyozonaty, dezaktywatory metali), ograniczanie tarcia (środki smarujące i poślizgowe), wzrost właściwości spieniających (spieniacze), wzrost udarności, poprawianie połysku (antyblokery), zwiększanie transparentności (środki rozjaśniające) i zmniejszanie oporności elektrycznej (antystatyki). Coraz większą popularnością cieszą się także masterbacze poprawiające walory zapachowe (absorbery zapachu i dodatki zapachowe), higieniczność (dodatki antybakteryjne i biobójcze) oraz biodegradowalność (dodatki oksydegradujące).

Podobnie jak masterbacze funkcjonalne, także polimerowe barwniki do tworzyw sztucznych wymagają często indywidualnego dostosowania do danego rodzaju tworzywa, w tym przypadku na podstawie pomiarów barw i międzynarodowych tabeli kolorów (m.in. RAL, HKS, Pantone, NCS). Są one zwykle wytwarzane na bazie żywic i przystosowane do barwienia takich tworzyw jak ABS, nylon, poliwęglan, PMMA, POM, POE, TPU, SPS, PET czy PES. Ich popularność wynika z uniwersalności zastosowań, a także coraz większego znaczenia walorów estetycznych tworzyw w takich sektorach jak automotive, produkcja AGD, elektronika i branża tekstylna.

Produkcja masterbacza krok po kroku

Niezależnie od ich rodzaju proces wytwarzania masterbaczy składa się z kilku stałych etapów realizowanych zwykle przy wykorzystaniu wytłaczarki dwuślimakowej. Wraz z układem dozującym, układem odgazowania, osuszaczem i granulatorem wytłaczarka tworzy system kompandujący umożliwiający uzyskanie gotowego granulatu składającego się z mieszanki wosku lub polimeru oraz pigmentu i/lub dodatku uszlachetniającego. Najpierw naturalny polimer w formie granulatu poddawany jest uplastycznianiu, a następnie – łączony w układzie dozowania z poszczególnymi dodatkami. Dodatki te mogą być domieszkowane z polimerem bazowym dopiero w układzie mieszającym (ślimakach) lub wcześniej, tworząc tzw. premiks. Zaletą tego ostatniego jest mniejszy stopień skomplikowania, a tym samym niższe koszty projektowania i budowy układu, wadą natomiast – stosunkowo mała precyzja i elastyczność w dozowaniu poszczególnych składników. W tym przypadku wszystkie komponenty mieszane są bowiem w mieszalnikach periodycznych, a dozowniki grawimetryczne ustępują miejsca pojedynczemu dozownikowi wolumetrycznemu.

Tak powstała mieszanka musi zostać następnie odgazowana w celu usunięcia powietrza, wilgoci, frakcji lotnych i rozpuszczalników uwolnionych w procesie produkcji, a w kolejnych krokach – schłodzona, osuszona i rozdrobniona do postaci granulatu za pomocą głowicy (powietrznej, podwodnej, w pierścieniu wodnym) lub granulatora zdalnego.

Ostatnim etapem produkcji masterbacza jest separacja zbyt dużych cząstek granulatu i metalowych drobinek dostających się do mieszanki w efekcie zużywania się części maszyn. Proces ten realizowany jest za pomocą sit oraz magnetycznego separatora metalu.

Popularne i pełne zalet

Ogromna, wciąż rosnąca popularność masterbaczy w stosunku do zakupu tworzyw już uszlachetnionych i wzbogacania naturalnych polimerów środkami pomocniczymi i pigmentami znajduje uzasadnienie ekonomiczne i praktyczne. Zakup masterbaczy wymaga niższych nakładów inwestycyjnych niż kupno gotowych, uszlachetnionych tworzyw – większa elastyczność w doborze kolorów lub walorów użytkowych eliminuje konieczność gromadzenia dużych zapasów polimerów o różnych właściwościach i barwach. Z kolei w porównaniu z pigmentami lub środkami pomocniczymi gotowe mieszanki na bazie wosku (baza uniwersalna) lub polimeru identycznego bądź porównywalnego z tworzywem docelowym (np. EVA i LDPE dla poliolefin i nylonu czy polistyren dla ABS i SAN) zapewniają lepszą dyspersję dodatku, a tym samym stałe właściwości i jednolity kolor przy minimalnym wkładzie technologicznym. Dzięki zaś wysokiemu – w porównaniu ze środkami pomocniczymi – stężeniu pigmentów i dodatków umożliwiają bardziej precyzyjne dozowanie mieszanki, co sprzyja dalszej redukcji kosztów. Co więcej, wygodna w stosowaniu forma granulatu eliminuje problem powstawania szkodliwych dla zdrowia ludzkiego pyłów, a brak zawartości rozpuszczalników wydłuża okres przechowywania masterbaczy.

Stosowanie masterbaczy nie w każdym przypadku przynosi jednak korzystne rezultaty. Zwłaszcza w porównaniu z pigmentami gotowe mieszanki wykazują pewne istotne wady: zajmują więcej miejsca w magazynie, ich proces łączenia z polimerem wymaga więcej czasu, a w przypadku dodatków kolorystycznych o niewielkiej stabilności termicznej ich zastosowanie – ze względu na dodatkową ekspozycję cieplną – może prowadzić do modyfikacji właściwości zarówno pigmentu, jak i polimeru bazowego.

Trendy na rynku masterbaczy

Pozycja masterbaczy w rankingu najchętniej wykorzystywanych modyfikatorów właściwości i barwników tworzyw sztucznych nie wydaje się zagrożona. Decyduje o tym przede wszystkim ich uniwersalność: masterbacze mogą być stosowane niemal we wszystkich procesach przetwórstwa tworzyw, z wyjątkiem formowania rotacyjnego, i dodawane prawie do wszystkich polimerów poza plastisolem i innymi żywicami płynnymi.

Uniwersalności tej towarzyszy jednak równoległy trend do indywidualizacji i specjalizacji produkcji masterbaczy, charakterystyczny dla całego sektora przetwórstwa przemysłowego. W efekcie mieszanki tego typu są coraz częściej wytwarzane pod konkretne zamówienie klienta na bazie pomiarów koloru i testów właściwości przeprowadzanych w laboratoriach producentów.

Jednocześnie można zauważyć tendencję do kształtowania potrzeb klientów przez tworzenie nowych, unikatowych masterbaczy, zwłaszcza w grupie dodatków barwiących. To zaś sprawia, że dziś sektor ich produkcji jest uznawany za jeden z najbardziej innowacyjnych segmentów przemysłu o niedoścignionej dla innych branż dynamice rozwoju oferty rynkowej.