Injektionsweiß-Masterbatch: Auswahl- und Verarbeitungsleitfaden

Warum das Spritzgießen eine spezielle weiße Masterbatch-Sorte erfordert

Nicht alle weißen Masterbatches funktionieren beim Spritzgießen gleich. Die hohen Schergeschwindigkeiten innerhalb eines Einspritzzylinders – typischerweise 1.000–10.000 s⁻¹ an der Schneckenspitze – und schnelle Temperaturwechsel zwischen 180 °C und 320 °C (abhängig vom Basisharz) stellen besondere Anforderungen an die Masterbatch-Formulierung, für die Folien- oder Blasformtypen nicht ausgelegt sind.

• Viskositätsanpassung: Das Trägerharz in einem Masterbatch in Injektionsqualität muss einen Schmelzflussindex (MFI) haben, der 1,5–3x höher ist als der des Basisharzes, um eine schnelle Dispersion unter hoher Scherung zu gewährleisten, ohne dass kalte Stellen oder ungeschmolzene Pigmentagglomerate entstehen.
• Thermische Stabilität: TiO2 kann den Polymerabbau bei Verarbeitungstemperaturen über 260 °C katalysieren, wenn es nicht oberflächenbehandelt wird. Injektionsqualitäten verwenden mit Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid beschichtetes Rutil-TiO2, das bis zu 320 °C stabil bleibt.
• Keine Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Folientypen enthalten häufig Gleit- oder Antiblockadditive, die in einer geschlossenen Spritzgussform ausgasen und zu Blasenbildung auf der Oberfläche führen. Injektionsqualitäten sind additivfrei oder verwenden nur nichtflüchtige Verarbeitungshilfsmittel.
• Schnelle Farbhomogenisierung: Die kurze Verweilzeit in einem Injektionszylinder (typischerweise 2–8 Minuten) bedeutet, dass sich der Masterbatch innerhalb von ein oder zwei Schneckenumdrehungen vollständig dispergieren muss – dazu ist ein vordispergiertes Pigment im Submikronbereich erforderlich, nicht einfach gemischtes Pulver.

TiO2-Gehalt und was er für Ihre Teile bedeutet

Weiße Injektions-Masterbatches sind in einem breiten TiO2-Beladungsbereich im Handel erhältlich. Die richtige Wahl hängt von der endgültigen Wandstärke des Teils, der erforderlichen Opazität und den Kostenzielen ab:

Als allgemeine Regel gilt: 1 Gewichtsprozent TiO2 im fertigen Teil ergibt ein Kontrastverhältnis (Opazität) von etwa 0,85 bis 0,92 auf einem schwarzen Substrat für eine 1 mm dicke PP-Wand, gemessen gemäß ISO 2814. Teile mit einer Dicke von mehr als 3 mm erreichen typischerweise die volle Opazität bei 1,5 Gewichtsprozent TiO2, sodass eine Erhöhung über diesen Punkt hinaus zu höheren Kosten ohne optischen Vorteil führt.

Kompatible Trägerharze und Basispolymer-Abstimmung

Das Trägerharz im Masterbatch muss mit dem zu formenden Grundharz kompatibel sein und idealerweise derselben Polymerfamilie angehören. Nicht übereinstimmende Träger sind die häufigste Ursache für weiße Streifen, Delaminierung oder verringerte Schlagfestigkeit in Formteilen.

Wichtige Verarbeitungsparameter für das Spritzgießen mit weißem Masterbatch

Richtige Verarbeitungseinstellungen verhindern die häufigsten Fehler bei weißen Masterbatches: Streifenbildung, Vergilbung, ungleichmäßige Verteilung und Variation des Oberflächenglanzes.

• Gegendruck: Stellen Sie den Wert zwischen 5 und 15 MPa ein. Ein höherer Gegendruck verbessert die Pigmentdispersion, erhöht jedoch die Scherwärme. Halten Sie bei technischen Harzen über 280 °C den Gegendruck am unteren Ende aufrecht, um eine thermische Zersetzung des Trägers zu vermeiden.
• Schneckengeschwindigkeit: 60–120 U/min ist der normale Arbeitsbereich. Geschwindigkeiten über 150 U/min können bei einem Masterbatch mit hohem TiO2-Gehalt zu örtlicher Überhitzung und Vergilbung an der Schneckenspitze führen.
• Fasstemperaturprofil: Die hintere Zone sollte 10–20 °C niedriger als die vordere Zone eingestellt sein, um ein allmähliches Schmelzen der Masterbatch-Pellets vor den Hauptkompressions- und Mischzonen zu ermöglichen.
• Trocknen: Die meisten weißen PE- und PP-Träger-Masterbatches erfordern keine Trocknung. Bei Lagerung unter feuchten Bedingungen (>70 % relative Luftfeuchtigkeit) kann die Absorption von Oberflächenfeuchtigkeit jedoch zu Klecksen führen – 2 Stunden bei 70 °C in einem Entfeuchtungstrockner lösen dieses Problem.
• Spülen zwischen Farbwechseln: Weiße Masterbatch-Rückstände in einem Fass sind aufgrund der hohen TiO2-Beladung hartnäckiger als die meisten Farben. Verwenden Sie ein handelsübliches Reinigungsprodukt in einer Menge von 110–120 % des Fassvolumens, bevor Sie zu einer dunklen Farbe wechseln.

Weißheitsindex, Gelbheitsindex und wie man sie misst

Zwei instrumentelle Messungen definieren die optische Leistung eines weißen Spritzgussteils und sollten in jedem Masterbatch-Beschaffungsdokument angegeben werden:

Rutil-TiO2 (Brechungsindex 2,71) übertrifft durchweg Anatas-TiO2 (Brechungsindex 2,52) sowohl im Weißgrad als auch in der UV-Beständigkeit und ist der Standard für alle Spritzgussteile mit einer Lebensdauer im Freien oder unter Lichteinwirkung. Anatas-Typen sind nur für kostenkritische Innenanwendungen ohne UV-Anforderung gerechtfertigt.

UV-Stabilisierung: Wann sollte man sie hinzufügen und welche Belastung muss angegeben werden

TiO2 allein schützt die Polymermatrix nicht vor UV-Zersetzung – es streut und reflektiert UV-Strahlung, absorbiert sie jedoch nicht. Teile, die im Freien oder in Umgebungen mit hoher UV-Strahlung verwendet werden, müssen HALS (Hindered Amine Light Stabilisers) und/oder UV-Absorber entweder im Masterbatch oder als separates Additiv-Masterbatch zugesetzt werden.

• Für PP-Teile mit einer Lebensdauer von 12 Monaten im Freien: Eine HALS-Beladung von 0,15–0,25 % im fertigen Teil ist der Standardausgangspunkt gemäß den beschleunigten Bewitterungsdaten nach ISO 4892-2.
• Für PE-Teile mit einer Lebensdauer im Freien von 24 Monaten: HALS mit 0,3–0,5 % kombiniert mit einem UV-Absorber (z. B. vom Typ Benzotriazol) mit 0,1–0,2 %.
• Für PP-Außenteile im Automobilbereich (5 Jahre Garantie): HALS mit 0,5–0,8 % mit einem UVA-Wert von 0,2–0,3 % – typischerweise als kombiniertes UV-Masterbatch geliefert, das zusammen mit dem weißen Masterbatch dosiert wird.

Einige Injektionsweiß-Masterbatches sind als „UV-Weiß“-Typen mit voreingearbeitetem HALS erhältlich, was die Dosierung in der Produktionslinie vereinfacht. Bestätigen Sie, dass der HALS-Typ für Anwendungen mit Lebensmittel- oder Hautkontakt nicht extrahierbar ist (polymeres HALS).

Lebensmittelkontakt und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften für weißes Injektions-Masterbatch

Weißes Masterbatch, das in spritzgegossenen Lebensmittelverpackungen, Küchenutensilien oder Gehäusen für medizinische Geräte verwendet wird, muss den geltenden Vorschriften entsprechen. Zu den wichtigsten Frameworks gehören:

• EU-Verordnung 10/2011: Kunststoffmaterialien und Gegenstände, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen. TiO2 ist als zugelassener Zusatzstoff gelistet (FCM-Stoff Nr. 744). Auch Trägerstoffe und Verarbeitungshilfsstoffe müssen auf der Positivliste stehen.
• FDA 21 CFR: Für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt in den USA müssen das Trägerharz und alle Zusatzstoffe dem entsprechenden Unterabschnitt entsprechen (z. B. 21 CFR 178.3297 für Farbstoffe).
• REACH (EG 1907/2006): Lieferanten müssen ein Sicherheitsdatenblatt vorlegen und bestätigen, dass im Masterbatch keine SVHC (besonders besorgniserregende Stoffe) über 0,1 % w/w enthalten sind.
• RoHS-/Schwermetall-Grenzwerte: Das TiO2-Pigment muss EN 71-3 und ähnlichen Standards entsprechen; Stellen Sie sicher, dass das Produkt frei von Blei, Cadmium und sechswertigem Chrom ist.

Ein konformer Lieferant stellt mit jeder Charge eine Konformitätserklärung (DoC) bereit, in der auf die spezifischen Vorschriften, Testmigrationsdaten und die Identität aller verwendeten Stoffe verwiesen wird. Die Rückverfolgbarkeit auf Chargenebene mit einem Analysezertifikat (CoA) ist das Minimum für regulierte Anwendungen.

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