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Primero de todo, ¿qué es el masterbatch?

Es un concentrado de color concretamente los concentrados granulares, que consiste en una mezcla de pigmentos o colorantes, aditivos y resinas. El esquema de la composición de una formulación de un concentrado de color se puede ver en la siguiente figura:

Los concentrados de color constituyen un medio sencillo para la coloración de termoplásticos y las dosis oscilan entre el 2 y el 4%, según el sistema de transformación de la resina que se trate de colorear y el espesor del artículo final. Los concentrados de color pueden aplicarse en general en todos aquellos procesos que comportan previamente una mezcla del material a colorear en el husillo, tal como ocurre en los siguientes sistemas de transformación:

• Moldeo por inyección.
• Extrusión.
• Extrusión-soplado.

Principales técnicas de fabricación de masterbatch

Las extrusoras se emplean con frecuencia para mezclar los componentes de formulaciones que se procesarán posteriormente mediante otras técnicas o bien para obtener preformas que serán procesadas mediante soplado o termoconformado.

El material granulado o en forma de polvo se carga en una tolva, desde la cual se alimenta al cilindro, donde el husillo se encarga de introducirlo, transportarlo hacia adelante y comprimirlo. El calentamiento hasta la fusión se realiza desde la cara exterior del cilindro, mediante elementos calefactores y desde el interior por conversión del esfuerzo en calor. De esta forma el material termoplástico funde (se plastifica) y al salir del cilindro a través de una boquilla recibe la forma de ésta. En una línea completa de extrusión, además debe existir un sistema de enfriamiento del material que sale de la máquina, así como equipos de tensionado y recogida. El resultado es un perfil (a veces se le llama semi-fabricado o preforma)

Ventajas de la extrusión con doble tornillo

Con el correr del tiempo, la extrusión de doble tornillo se ha convertido en el principal estándar para numerosas industrias, debido a que la misma ofrece innumerables ventajas si se la compara con la extrusión de un solo tornillo:

1. Mayor consistencia en la producción, y control de la calidad de los productos.

2. Incremento de la productividad gracias al procesamiento continuo, al veloz arranque y  dentención entre fases de transformación de productos, a la rápida conversión, y a la automatización de avanzada.

3. Mayor fexibilidad, con capacidad para producir una amplia gama de materias primas.

4. Impacto ecológico optimizado, debido a que las líneas ofrecen procesamiento integral.

5. De simple y fácil mantenimiento.

6. Permiten ahorrar energía y agua.

7. De fácil limpieza, gracias al diseño CIP (limpieza in situ).

Extrusión doble husillo

Dentro del proceso de extrusión doble husillo, existen variantes que tienen una gran influencia en la calidad y productividad de los concentrados de color, dentro de las cuales se resaltan:

Proceso en un solo paso

En este caso todos los componentes de la formulación se unen mediante una pre-mezcla y se alimentan a la extrusora por la alimentación principal. Al estar todos los componentes de la formulación entrando en el extrusor doble husillo al mismo tiempo, se pueden llegar a presentar fenómenos tales como:

• Dificultades para plastificar el vehículo (resina)
• Dificultades en el transporte de material al plastificar prematuramente elementos de bajo punto de fusión (como es el caso de algunas ceras y aditivos)
• Necesidad de usar mayor cantidad de aditivos y por lo tanto el costo puede llegar a ser mayor.
• Para el caso de pigmentos con efectos metálicos o perlados, en donde la forma de la partícula del pigmento debe preservarse para asegurar el efecto, esta configuración puede llegar a deteriorar un alto porcentaje de estas partículas.

Proceso en un solo paso con alimentación dividida

Las extrusoras doble husillo cuentan con la posibilidad de incorporar elementos de la formulación en distintos puntos a lo largo de la longitud del husillo; ciertas aplicaciones por ejemplo pueden llegar a tener dos y hasta tres puertos de alimentación diferentes.

En esta configuración por lo general solo se alimenta el vehículo (resina) por la alimentación principal y al no requerirse una pre-mezcla con material en polvo (pigmentos y aditivos) es posible evitar la necesidad de pulverizar previamente el polímero, paso que suele ser requerido en la configuración anterior con el fin de evitar el fenómeno de segregación en la tolva de alimentación.

De esta manera se enfoca la capacidad la extrusora en la plastificación del vehículo, para luego incorporarle a la masa fundida los pigmentos y aditivos, evitando el efecto de una plastificación prematura de los compuestos o aditivos de bajo punto de fusión, así como la interferencia que puede tener un material no fundible como los pigmentos en el proceso de plastificación del vehículo.

Esta configuración resulta particularmente adecuada para aquellos pigmentos sensibles a la cizalladura y que brindan efectos especiales (perlados, metálicos, etc) dado que se evita someter la partícula a una excesiva carga térmica y mecánica que rompen o deterioran la forma de las partículas de pigmento y por consiguiente disminuyen el efecto que se quiere lograr.

 Monoconcentrado de color

La diferencia fundamental con los procesos anteriormente descritos radica en que en este proceso se elabora un concentrado de color a partir de un único pigmento (monoconcentrado) por extrusión doble husillo, y para obtener un tono específico se hace una mezcla de varios monoconcentrados nuevamente por extrusión doble husillo.

Referencia: http://www.plastico.com/temas/Tecnologias-para-la-elaboracion-de-concentrados-de-color+129650?pagina=2