Q1: I want to make PP masterbatch with carbon black content of more than 40%, it is easy to break, and the pollution is large, please guide me on the process or formula.

Answer: From the perspective of process, the main ways to analyze the causes and solve the problems are:

• Because carbon black is difficult to disperse, it is difficult to prepare masterbatches with an ordinary twin-screw extrusion mechanism, and the carbon black content is more than 30%. The method of double granulation can be adopted, and the carbon black can be added in batches;
• The dry method of making carbon black masterbatch is indeed very dirty, if the conditions permit, it is best to use an internal mixer to do it, and the carbon black content can reach 50%;
• Eagerness can be considered, and there is no problem of broken strips.

The solutions to the problem from the perspective of the formula are:

• Use of binders with high flow properties;
• Polymer dispersant and ordinary dispersant compounding;
• You can consider using black pulp for production, and the dust will be much less.

Q2: When the modified ASA masterbatch is used for surface co-extrusion, there will be many small pitted pits after polishing, which are very small, and occasionally they will appear, and the severity of the processing with different equipment is inconsistent, what is the reason for this? Is there a workaround?

Answer: The reasons for the problem are as follows:

• It may be a problem of blending, such as uneven mixing, poor dispersion, etc.;
• Compatibility is not good.

The following solutions are provided for this problem:

• Dry the material thoroughly;
• Debugging the appropriate co-extrusion temperature;
• The extruded ASA layer should not be too thin;
• The operation method of extrusion should be correct;
• It is necessary to avoid the influence of floating calcium.

Q3: There seem to be very few antioxidants used in masterbatches, are there any weather-resistant masterbatches?

Answer: To make masterbatch, some antioxidant system is generally added, and some lubricants will be added, but the amount is very small. Under the action of high shear, the masterbatch will be yellowed without the protection of the antioxidant system, and the masterbatch will also be degraded, and the performance of the material will be reduced, and the strip granulation will not be possible.

One of the main uses of antioxidants is to prevent discoloration and oxidative decomposition. However, due to the high price of antioxidants, considering the cost and other factors, whether to add antioxidants to the masterbatch and the amount of addition mainly depends on the needs of downstream customers during processing and which products the masterbatch is to be applied in. If the product is used outdoors, in addition to adding UV stabilizers, antioxidants should also be added; If the customer has requirements for anti-aging, the masterbatch antioxidant system should be made into a concentrated type.

In short, under the premise of no special requirements and guaranteed performance, in order to increase the profit margin of the enterprise, the antioxidant in the masterbatch can not be added in principle, but the antioxidant should be added to the masterbatch used for PA, ABS and other engineering plastics, and there are more weather-resistant masterbatches for engineering plastics. In addition, some antioxidants are generally added to fiber-grade masterbatches.

Q4: How to test the density of masterbatch? There are many methods in the industry, and the results made by different methods vary greatly, is there a better and correct test method to quickly measure the density of excellent masterbatch?

Answer: The accurate test method for masterbatch density is as follows:

• The density bottle method is used to measure, which has high requirements for operation, there can be no bubbles, and the test temperature also has a certain impact on the density;
• Density gradient meter is used to measure, the measurement is accurate and the operation is simple;
• Measurements are made with an electronic hydrometer suitable for solids, also known as an electronic specific gravity balance, based on Archimedes’ law, which can be accurate to four digits.

Q5: What kind of base material is used for masterbatch? Is it a one-size-fits-all or a different base material for different materials?

Answer: There are universal and specified binders for masterbatches.

The material used as the base material generally has good processability and thermal stability. PE and EVA are used more in general binders, and PP and PvC are also used; ABS masterbatch should be the body; SAN generally rarely uses ontology, which is costly; Carrier-free wax; If you do chemical fiber masterbatch, there is basically no universal base material, you need to use the specified base material, and other base materials will have a great impact on the strength of the yarn.

The advantage of universal masterbatch is that it is easy to use, but its disadvantage is that the scope of “general” is very narrow, and the technical indicators and economic benefits are also poor, which is manifested in:

• Poor predictability of coloring effects. Masterbatch is used for coloring, and the pigments of general masterbatch will show different colors in different plastics, so the predictability of coloring effect is poor;
• Affect other properties of plastic products. In particular, the impact on strength, the product is easy to deform and twist, and the impact on engineering plastics is more obvious;
• The cost is relatively high. In order to be “universal”, general-purpose masterbatches often use pigments with higher heat resistance grades, resulting in waste.

From the perspective of product performance, it is best to use the same material as the base material for any material, so that the compatibility is good, but it is impossible for each manufacturer to make masterbatch by itself, which is also very troublesome. Therefore, it generally depends on how to ask for performance, the same base material is used for high requirements, and general base materials can be used for low requirements.

Q6: What additives are available to improve the compatibility of masterbatches and other resins? How does it work?

Answer: The compatible additives of masterbatch and resin are:

• Coupling agent. The two ends react with the pigment and resin respectively, and the pigment resin is connected with chemical bonds;
• One end is compatible with pigments and the other end is compatible with resins, and intermolecular forces interact, similar to the principle of lipophilic and hydrophilic action of detergents;
• Degussa silicone plastic additive Tegonler; It not only has the effect of compatibilizer, but also adds a lubricating backbone to play the role of lubrication.

In addition, carrier resins that directly use compatibilizers as masterbatches, such as ethylene-acrylate copolymers, can be considered, which have good compatibility with PE, PS, PP, PP, etc.

Q7: I provide a customer with masterbatch to produce ABS extruded sheets, but there are always a lot of small color spots on the extruded plates, and it feels like there is no good plasticization, and there are only Chimei ABS extrusion grade base materials and pigments (Qin white powder, etc.) in the masterbatch, what can be done to solve it?

Answer: The cause and solution of the problem are as follows:

• Color spots can be caused by uneven dispersion. If the screw shear is too weak, a certain pigment in the masterbatch will not be dispersed well, and the equipment with a stronger twin-screw shear can be used; When using a dispersant with good dispersibility, we should also pay attention to the amount of dispersant, otherwise it will produce off-the-beaten; In the production process of masterbatch, some silicone additives are appropriately added, which will improve the uniform dispersion of toner, and the toner should be selected as easily dispersed dyes;
• The carrier is not very liquid. You can consider replacing the carrier resin, using the resin with high melt flow rate as the carrier, using 50% ABS and 50% SAN (all powder) as the carrier, and then adding some lubricants (such as EBS), or adding some PE as the carrier with SAN;
• There is a problem with the fluidity of titanium dioxide. Chin white powder can be used with rutile. It may also be that the dosage of TiO2 in the formula is too high, which brings out the impurities in the machine. Therefore, it is also necessary to ensure the cleanliness of the machine, and the filter can also be encrypted in the die;
• It may also be caused by bubbles caused by the raw materials not drying well.

Q8: Recently encountered a strange phenomenon, the customer used our white masterbatch to blow the film, after the product was placed for one month, the whole film turned red, and the red distribution gradually became lighter from the edge to the inside; In the past, it was a case that after using a white masterbatch, the blown film would become longer and the color would turn yellow. What causes plastic film to turn red or yellow? The main ingredient of white masterbatch is carrier resin LDPE, 60% titanium dioxide, and a small amount of calcium carbonate and dispersant.

Answer: The cause of yellowing can be found in the following ways:

Use the same formula to test blow transparent and milky white films, i.e. transparent without adding color masterbatch. If only the milky white film turns yellow in an open environment at high temperature for about a month, it means that the masterbatch uses anatase type white powder. If all of them turn yellow, it is necessary to suspect whether the antioxidant of the resin has BHT or other unstable type, or other antioxidants have been added; At the same time, you can compare the yellowing of the film that is not printed and printed, and try to use 100-200 layers to overlap when comparing, so that the color difference is more obvious.

The solution to the yellowing of the film is as follows:

• Pay attention to the matching and ratio of antioxidants and titanium dioxide. Some antioxidants are phenolic, and the phenolic groups are easily oxidized to quinone groups, causing the product to turn yellow, and some auxiliary antioxidants can be added, such as: 168. Domestic antioxidants are not very stable. In addition to the quality of the antioxidant itself, it is also related to the amount and variety of antioxidants used, and the effect of antioxidants and titanium dioxide will have an impact. Domestic chinbaifen is easy to yellow, it is recommended to use imported chinbaifen resistant to yellowing, such as 2220 chinbaifen of the European KONUSS company; Ruiqin titanium dioxide is very easy to yellow, it is best to use rutile titanium dioxide when used outdoors, but the color is not as good as anatase type, you can consider adding more titanium dioxide;
• Calcium carbonate can also be problematic because the calcium carbonate in the masterbatch is generally coated with stearic acid. Calcium carbonate is generally added with a brightener and will not change color, but it must be imported. The trace metals contained in calcium carbonate act as catalysts to accelerate the oxidation reaction. The effect of ordinary antioxidants is not obvious, and the effect of metal passivators is also limited;
• Other aspects may also be related to carrier resin, processing temperature, processing environment, impurity of titanium dioxide, dry raw materials for blown film, use and storage of raw materials, etc

The causes and solutions of the film turning red may be as follows:

• Hindered phenol antioxidants are easy to form quinones after giving hydrogen radicals, and quinones are manifested as turning yellow or red; It may also be antioxidants and raw materials containing water;
• It may be a problem with the proportion of antioxidants in PE for blown film, which should be solved by changing the grade;
• Adding some stearate can solve the reddening problem.

Q9: Can erucphthalamide, the antiseptic agent, be added to masterbatch? In this way, there is no need to make a special open masterbatch.

Answer: The opening agent erucphthalamide can be added to the masterbatch, which can also play the role of lubricant and dispersant, which is more conducive to the uniform dispersion of additives and pigments, but the amount of use must be controlled, otherwise there will be undesirable results. To make an all-in-one additive masterbatch, as long as there is no problem with the concentration and processability. However, in production, it is generally prepared separately for open-ended masterbatches, not together with masterbatches.

Q10: The white masterbatch is blown into a plastic bag in LDPE, and the longitudinal tensile strength is found to be lower than the standard, is there any good way to strengthen the longitudinal tensile strength of the masterbatch?

A: The following solutions are available:

• Use LLDPE as the binder, or replace part of the binder with HDPE (but pay attention to compatibility and dispersion);
• Rutile TiO2; and change to finer TiO2; You can treat titanium dioxide with a coupling agent first;
• The good dispersion of the masterbatch is also good for the strength improvement. Silicones can be used as dispersants in masterbatches, which are helpful for tensile strength;

In addition, the thickness of the film, the index of titanium dioxide, the selection of titanium dioxide treatment additives and the degree of treatment also have an impact on the tensile strength.

Q11: Can I use a 30 twin screw extruder with a length-to-diameter ratio of 28:1 as a masterbatch?

Answer: The aspect ratio of 28:1 is a little shorter, but it can be used, but there are some problems:

• The production volume is small. If you do PP or PE, the output is about 25-40kg/h;
• The dispersion effect is not ideal. In order to make the product disperse well, it is recommended that the aspect ratio is 40:1, which is conducive to powder mixing and dispersion. Generally, the length-diameter ratio for engineering modification is 30:1, but it is recommended to increase the length-diameter ratio for high-filled powder materials, for example, the length-diameter ratio of starch degradable materials has reached more than 48:1;
• It is possible that the masterbatch produced has a worse effect in the material, and the length and diameter ratio of the masterbatch machine is better, and it is best to use 50.

Q12: After the mechanical equipment has greatly increased the speed of the masterbatch and filler masterbatch, it is found that the masterbatch is unevenly dispersed in the matrix resin, which is manifested in the color of the dark and shallow color, as if the plasticization is not ideal, and the filler masterbatch is the same. The same addition ratio has something like a small blister after the speed increase, and it looks like a cloud, all of which were not there before the speed increase. What is the reason? How can I increase the melt flow rate of color and filler masterbatches?

Answer: The reasons and solutions are as follows:

• It may be that after the screw speed increases, the residence time of the masterbatch in the barrel is shortened, and the mixture and dispersion with the matrix resin are uneven, especially for the highly filled masterbatch, because the increase of powder reduces the fluidity and changes the nature of the melt. In order to improve the dispersion of the two phases, it is possible to consider appropriately increasing the barrel temperature, selecting masterbatches that are easier to disperse, adding additives such as wax that help dispersion, and enhancing mechanical mixing functions such as strong shear. At the same time, this problem is also related to the screw structure, and the screw combination can be considered to be adjusted to ensure the optimization of output and plasticizing effect;
• Add some resin with large melt flow rate as carrier resin, 20, 50, 70g/10min can be, and increase the back pressure and temperature at the same time;
• Silicone plastic additives and PPA (fluoropolymer processing aids) are added. The common denominator of both is that they can improve fluidity, and help the color masterbatch to disperse evenly, thereby improving the overall quality of coloring products, and also have a role in eliminating the foaming phenomenon of plastic products. The difference between the two is that the onset time is different, and it takes a certain amount of time (about half an hour later) for PPA to appear from the beginning of the addition, but the effect after that is slightly better than that of silicone additives. However, it is necessary to control the amount of additives, and the addition of additives sometimes has an impact on the processing performance of the final product.

Q13: Can it be used to add MAH grafted PE (PP) with high melt flow rate to PE (PP) masterbatch to improve dispersion and compatibility, so the cost is increased?

Answer: It seems that someone has used it in this way, but it is not necessary to use it in the general masterbatch, and there is no need to modify the general masterbatch, but if the customer has requirements, sometimes some adjustments will be made according to the customer’s requirements, and some special functions will be added. Be careful when adding grafts to the masterbatch, because the highly reactive anhydride or epoxy groups in the grafts will react with the dye/pigment, which will cause a color cast, of course, not all of them will be color cast, and the addition of grafts will improve dispersion.

Q14: I plan to make PE masterbatch formula with 30% calcium carbonate, what additives should I add? Which dispersants and lubricants are better to add?

Answer: The following scheme is provided for reference:

• 30% calcium carbonate content is not very high, add low relative molecular weight polyethylene wax, oxidized polyethylene wax due to polarity, compatibility with resin is not very good, reduce dispersion, you can try Honeywell’s AC6A or Clariant’s AC520;
• The fluidity of the carrier melt should be good, in addition to the main dispersant, the auxiliary dispersant DOP should be added, and the lubricant should be added with paraffin wax or zinc stearate.
• According to the customer’s requirements to determine the additives, the customer requirements are low with paraffin, and the high requirements are added with some relatively narrow molecular mass distribution of polyethylene wax or oxide polyethylene;
• If you use phthalocyanine blue and other more difficult to disperse toner, add more EBS, or change to a good wax and dispersant, add 1% to 2% PE wax, but it depends on the type of calcium carbonate.

Q15: Add 14% of white mother, fill 20%, blow film, there is always paste on the die to affect the stability, is there any way to solve it?

Answer: The cause and solution of the problem are as follows:

• Masterbatch precipitation. The compatibility between the components in the masterbatch and the main material is not good, and the compatibility of the carrier resin is very important to change to a masterbatch with good compatibility with the raw material;
• White masterbatch or filler contains too many low molecular substances, such as PE wax, etc., if the compatibility is not good, the low relative molecular weight and low melting point of the substance is easy to overflow and degrade.
• The proportion of filling is not necessary to be so high, the general limit of white masterbatch is 10%, if there is 20% filling, adding 5% to 6% of white masterbatch should be enough, up to 8%, so as to avoid a series of processing problems caused by the high content of inorganic substances and low molecular substances in the whole formula. If that doesn’t work, you’ll have to replace the masterbatch and filler.

Q16: The black masterbatch we produce is coated with carbon black with EVA, I don’t know if it will affect the relevant performance of PC when used in PC, PC is mainly flame retardant, I heard that adding flame retardant will affect the blackness of black masterbatch. Also, will other performance be affected?

Answer: The following answers are provided for reference:

• Improper selection of black masterbatch will lead to the appearance of the material with flowers and pitting; Performance will be greatly reduced;
• Generally, the general-purpose black masterbatch without carrier is basically carbon black and wax, which has little impact on the performance of the matrix.
• The masterbatch with EVA as the carrier is not compatible with PC and will appear in delamination, which will definitely reduce the performance; Products with high requirements should consider the compatibility of the masterbatch and the resin used, especially for non-general materials, carbon black can be used directly;
• The addition of incompatible flame retardants will weaken the coloring effect of the black masterbatch.