Durch Chargenschwankungen und verschiedene Umweltbedingungen kann es bei der Einfärbung von Bauteilen im Spritzgießen zu Farbabweichungen kommen. Ein Entwicklungsprojekt hat deshalb die Integration von Inline-Farbmessung und Farbdosierung in den Spritzgießprozess untersucht.

Das entwickelte Konzept integriert die Dosierung und die Farbmessung direkt in den Spritzgießprozess.

Messgeräte für Farbe

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Farbstoffe und Pigmente

Kunststoff Werkstoffe

Additive

Farbstoffe

Farben, flüssig

Einfärben ohne Farbabweichungen

Inhomogene Flaschenflakes zu extrudierfähigem rPET-C aufzuwerten war das Ziel eines Entwicklungsprojekts, das eine Lücke bei der stofflichen Verwertung im PET-Recyclingsystem schließen sollte.

Eine aus bunten PET-A-Flaschenflakes produzierte hitzestabile rPET-C-Menüschale (© Illig)

16:9

Up-Cycling gemischter PET-A-Flaschenflakes zu hitzestabilen rPET-C-Menüschalen

Extrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schmelzefilter

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Kunststoff-Aufbereitung

Anlagen Lebensmittel

Anlagen für die Additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, andere

Filteranlagen

Polyethylenterephthalat

Thermoplaste

Flakes

Kunststoff-Rezyklat

Extrusionsanlagen

Kunststoff-Recycling

PET: Aus A mach C

Für nachhaltigere Kunststoffprodukte zeigt Granula auf der Fakuma speziell zugeschnittene Masterbatches. Das Unternehmen hat dafür Typen mit biologischen Farben und abbaubaren Additiven für das Spritzgießen und die Extrusion entwickelt.

Die Masterbatches kommen u. a. zur Einfärbung der Deckel von To-Go-Bechern zum Einsatz

Masterbatches

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Farbkonzentrate (Batches)

Bio- und PCR-basierte Masterbatches

Das israelische Unternehmen Tosaf stellt Funktions-, Farb- und Kombi-Masterbatches vor, die für die Verarbeitung in der Extrusion und dem Spritzgießen geeignet sind. Dazu gehören Farbmasterbatches für Rezyklate mit besonderem Schwerpunkt auf Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) sowie biologisch abbaubare Masterbatches.

Mit speziellen Masterbatches können Hochvoltkomponenten in Elektrofahrzeugen dauerhaft orange eingefärbt werden

Elektromobilität

Mobilität

Biokunststoffe

Masterbatches für aktuelle Trends

Das Angebot auf der K 2019 war vielfältig und reichte von ausgeklügelten Detailanwendungen bis hin zu prozessumfassenden Gesamtlösungen. In der Extrusionsbranche wurde der Aspekt Kreislaufwirtschaft von Entwicklungen zum Thema Industrie 4.0 dominiert.

Wo die Ausmaße zählen: das größte verfügbare Rohrwerkzeug mit verstellbarem Massespalt

Qualität und Effizienz im Fokus von Weiter- und Neuentwicklungen

Farbmessgeräte

Messtechnik

Optische Mess- und Prüftechnik

Farbsensor

Sensoren / Messwertaufnehmer

Simulation

Software

Flachfolienanlagen

Blasfolienextrusion

Farbdosiergeräte

Spritzgießsimulation

Elektrische / Magnetische Messtechnik

Rohr- und Profilextrusion

Extrusionswerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Compoundieren

Neue Dimensionen in der Extrusion

Eine passende und gleichmäßige Farbgebung ist ein wichtiges Qualitätskriterium bei Kunststoffbauteilen. Für die Farbmessung hat BYK-Gardner ein Tischspektralphotometer vorgestellt. Das color2view genannte Gerät kombiniert mehrere Messmethoden und ermöglicht dadurch den visuellen Farbeindruck gesamtheitlich zu bewerten.

Die Messöffnung des Photometers kann sowohl oben als auch seitlich platziert werden. 

Kombiniertes Spektralphoto- und Fluorimeter für präzise Farbmessung

Eine aktuelle Studie liefert fundierte Daten zu Einsatz und Verwertung von Titandioxid in der Kunststoffverarbeitung und beim Recycling.

Bild 1. Im Rahmen der Studie wurden u. a. die Abfallströme hinsichtlich ihres TiO2-Gehalts qualifiziert. Lediglich Abfälle aus dem Post-Consumer-Bereich wurden betrachtet [1]

Einsatz und Wiederverwertung von TiO2 in Kunststoffprodukten

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Umweltschutz

Kreislaufwirtschaft

Alternativloses Additiv

Neben der reinen Beleuchtung sind in LEDs mittlerweile auch verschiedene Effekte und Funktionen integrierbar, wie ein lichtstreuendes Masterbatch zeigt.

Bild 1. Die Stufenplättchen mit 12 %, 0 % und 6 % (v.l.n.r.) Lifopal-Masterbatch zeigen, wie Konturen und Licht-Hot-Spots verschwinden

Masterbatches Lifopal mit Frosteffekt und Lichtdiffusor

Transparente Kunststoffe mit  dezenter Veredlung

Das Einfärben von hochgefüllten technischen Compounds ist schwierig. Besonders in Elektro und Elektronik oder in Hochvoltsteckern für Elektrofahrzeuge sind aber helle Signalfarben gefragt. Genau darauf hat sich die Bada AG spezialisiert.

Ausschnitt aus dem „Farbschatz“. Dabei handelt es sich um die Sammlung der Musterplatten aller bisher eingestellten Farben

Individuelle Farbrezepturen für Polymere aller Art in technisch anspruchsvollen Anwendungen

Compound

Additiv-Konzentrate

Compoundeure

Handel

Farbe in wichtiger Funktion

Mit einem neuartigen Verfahren lassen sich dünne, weiße Polymeroberflächen auch ohne Weißpigmente herstellen. Dabei wird das Polymer mit winzig kleinen Nanobläschen strukturiert. Foliendicken von einigen 10 µm reichen aus, um eine weiße Oberfläche zu erhalten.

Der Käfer Cyphochilus insulanus ist nahezu komplett mit weißen Schuppen bedeckt. Die Streuung des Lichts entsteht bei diesen an porösen Strukturen und nicht an Pigmenten

Poröse Nanostrukturen als Ersatz für Weißpigmente

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Weiß ohne Titandioxid

Kunststoffverarbeitern steht eine breite Farbpalette für das Einfärben ihrer Produkte zur Verfügung. Die Auswahl der passenden Farbe kann schließlich entscheidend für den Erfolg sein.

Von der Natur inspirierte Farben werden auch 2021 sehr gefragt sein. Sie geben Produkten eine nachhaltigere Erscheinung 

Trendbericht zum Einfärben von Kunststoffen

Pigmente

Pigmente, bunt

Kunststoffe

Photonik

Optik

Streifinger, Florian

Recycling

Umweltmanagement

Effektpigmente

Welche Farbe darf es 2021 sein?

Die Kreislaufwirtschaft, die Elektromobilität und die noch immer präsente Corona-Pandemie beeinflussen die Farbauswahl für Kunststoffe. Welche Farbtrends sich daraus ergeben, hat Kunststoffe bei Farbmittelherstellern nachgefragt.

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Farbige Stimmungsaufheller

Verpackungshersteller und Verbraucher haben einen hohen Anspruch an die Optik von Verpackungen. Gleichzeitig wächst der Wunsch nach einem verstärkten Einsatz von Recyclingmaterialien. Farbige Kunststoffe stellen allerdings häufig eine Hürde für die Wiederaufbereitung dar.

Auch die Granulatgröße kann für die Farbqualität von PCR entscheidend sein, da sie die Farbverteilung in den Polymeren bestimmt

Möglichkeiten zur Einfärbung von Post-Consumer-Rezyklaten im Verpackungsbereich

Polyethylen

Polypropylen

Farblose Recyclingwelt?

Farbige Kunststoffe sind nicht nur eine Marketingspielerei, sondern erfüllen bei technischen Bauteilen wichtige Funktionen. Sie warnen etwa vor Gefahren und ermöglichen eine schnelle und direkte Identifikation der Komponenten. Die Einfärbung solcher Kunststoffbauteile stellt Kunststoffverarbeiter allerdings vor einige Schwierigkeiten.

Wie Kunststoffverarbeiter das passende Farbmittel für Hochleistungspolymere finden

Hochleistungskunststoffe

Farbe für den Hochleistungsbereich

Um Produkte aus 100 % recycelten Post-Consumer-Materialien (PCR) herstellen zu können, hat Avient entsprechende Farb- und Funktionsmasterbatches mit PCR-Matrix entwickelt.

Gerade bei Verpackungen sind immer häufiger PCR-Anteile von 100 % gefragt

Masterbatches mit PCR-Matrix

Verpackungsmaterial

Logistik

Standardkunststoffe

Additiv-Batches

100 % aus Recyclingmaterial

Konstante Farbgebung bei Rezyklaten sicherstellen

Unternehmen verwenden verstärkt aufbereitete Kunststoffe für ihre Produkte. Neben der Kunststoffart und dem vormaligen Einsatzzweck spielt dabei auch die Farbe des Rezyklats eine wichtige Rolle.

Seit Jahren nimmt die Masse an wiederverwertbarem Kunststoffabfall stetig zu. Das liegt vor allem am technischen Fortschritt bei der Aufbereitung sowie der Sortierung. Gleichzeitig erhöht sich etwa durch die Recyclingziele der EU der Druck auf die Unternehmen, verstärkt aufbereitete Kunststoffe für ihre Produkte zu verwenden. Dadurch steigen auch die Anforderungen an die Rezyklate. Neben der Kunststoffart und dem vormaligen Einsatzzweck spielt dabei auch die Farbe des Rezyklats eine wichtige Rolle.

Verfahrenstechnisch ist es bei Verwendung von Neuware-Kunststoffgranulat relativ einfach, den Farbwert einer Verpackung konstant zu halten. Farbhomogenität wird beispielsweise mit Masterbatches recht gut erreicht. Technisch ausgereifte Dosiereinheiten mischen dabei Masterbatch und Grundgranulat im empirisch ermittelten, optimalen Verhältnis. Die minimalen Farbabweichungen von Verpackung zu Verpackung sind mit dem bloßen Auge nicht mehr wahrzunehmen. Der in der Fachwelt verwendete Begriff dE für den Abstand zweier Farbwerte im L*a*b*-Farbraum liegt dabei unterhalb von 1.

Die Einfärbung von Rezyklaten gestaltet sich demgegenüber häufig komplizierter. Eine Schwierigkeit stellt etwa die Eigenfarbe der aufbereiteten Kunststoffabfälle dar. Mithilfe der Farbsortierung während der Trennung des Recyclingstroms wird versucht, die Farbe des Kunststoffrezyklats konstant zu halten. Damit die Toleranzgrenzen beim Farbwert nicht verlassen werden, ist jedoch eine ständige Produktüberwachung in Hinblick auf die Farbe erforderlich. Dafür müssen dem Rezyklatstrom in regelmäßigen Abständen Proben entnommen und diese dann mit einem Laborfarbmesssystem untersucht werden.

Das Unternehmen Sensor Instruments hat dafür etwa das Laborgerät Spectro-3-0°/45°-MSM-Lab-ANA-P entwickelt (Bild 1). Mit diesem lässt sich der Farbverlauf der Rezyklate überwachen und dokumentieren. Das Gerät zeigt dabei neben dem Farbwert L*a*b* auch dessen Abweichung zu einem Referenzfarbwert dL*da*db* an. Außerdem wird jede Probe dokumentiert und anschließend mit einem Etikett, das auf das jeweilige Datum, die Uhrzeit sowie die L*a*b*- und dL*da*db*-Werte hinweist, versehen.

Als Basis für die Farbmessung dient die sogenannte 0°-45°-Methode. Bei dieser wird die Rezyklatprobe unter 0° beleuchtet und unter 45° beobachtet. Das Rezyklat ist während der Messung hinter einer Glasscheibe angeordnet. Der Abstand vom Sensorkopf zum Rezyklat ist somit konstant. Beleuchtet und beobachtet wird damit eine Rezyklatfläche mit einem Durchmesser von ca. 20 mm. Daraus ergibt sich eine ausreichend hohe optische Mittelung, wodurch die leicht differierende Lage der Pellets von Messung zu Messung keinen merklichen Einfluss auf das Messergebnis hat.

Mittels Trichtereinheit wird das Kunststoffrezyklat möglichst dicht gepackt vor der 15 mm dicken Glasscheibe platziert, die den Innenbereich vom Außenbereich trennt. Nach erfolgter Messung wird das Kunststoffrezyklat mittels Betätigung des mechanischen Schiebers wieder in den Probenentnahmebehälter gefüllt. Zum Kalibrieren des Messsystems kommen RAL-Kunststoffkarten zum Einsatz (Bild 2). Wichtig ist es dabei, darauf zu achten, dass die zum Einsatz kommenden Karten farblich in etwa mit den Pelletsproben übereinstimmen. Dafür wird der Trichter vom Messsystem entfernt und die Karten können anschließend der Reihe nach in die dafür vorgesehene Öffnung eingeführt werden. Mit der Software Spectro3 MSM Docal Scope V1.0 wird der Bediener des Messsystems durch den Kalibriervorgang geleitet.

Die Funktionsweise soll im Folgenden anhand von pastellblauen Rezyklatproben verdeutlicht werden. Diese Proben ähneln der RAL-Kunststoffkarte RAL 5024-P, die folglich auch zur Kalibrierung des Laborfarbmesssystems verwendet wurde. Im nächsten Schritt werden die Pellets aus dem Probenbehälter vollständig in die Rezyklataufnahmeeinheit gefüllt. Nachdem sich das Rezyklat nun in Position befindet, kann mit dem eigentlichen Messvorgang gestartet werden. Dazu wird in Spectro3 MSM Docal Scope V1.0 der Menüpunkt „Teach“ aufgerufen. Neben den aktuellen L*a*b*-Farbwerten werden nun in der Software auch die Farbabweichungen dL*, da* und db* zur Referenz angezeigt. Zusätzlich wird die Gesamtfarbabweichung im Farbraum dE numerisch angezeigt. In den Grafiken ist die Position des aktuellen Farbwerts sowie der verwendeten Referenzen aus drei verschiedenen Blickwinkeln (a*b*, a*L* und b*L*) zu sehen.

In der Softwareoberfläche Docu werden die letzten 100 Messungen angezeigt sowie die Abweichungen in L*, a* und b* zur eingegebenen Referenz. Die Messdaten können in einer Datei abgespeichert werden. Diese lässt sich anschließend beispielsweise mit Microsoft Excel öffnen.

Mit zunehmendem Anteil an Rezyklaten in den Verpackungen steigen auch deren Qualitätsanforderungen. Die Konstanz der Farbe von Rezyklaten spielt dabei eine immer wichtigere Rolle. Eine verlässliche Ermittlung der Farbe wird in erster Linie durch die richtige Messmethode, einen im Verhältnis zur Korngröße angepassten Messfleck sowie den gleichbleibenden Abstand zwischen Rezyklat und Sensorik erreicht. Durch das automatische Aufzeichnen der Messdaten erfolgt eine quasikontinuierliche Produktkontrolle. Eine mögliche grafische Trendanzeige der Farbwerte erlaubt ein schnelles Eingreifen im Bedarfsfall.

Sensor Instruments GmbH  

https://www.sensorinstruments.de

Ausgabenartikel KU05-22

Aufgrund der Eigenfarbe der Rezyklate ist eine häufige Farbkontrolle bei diesen sehr wichtig. 

Bild 1. Mit dem Labormessgerät Spectro-3-0°/45°-MSM-Lab-ANA-P lassen sich Farbwerte von Rezyklaten und eventuelle Farbabweichungen genau bestimmen. 

Bild 2. Als Referenz für die Analysen dienen RAL-Farbkarten. 

KU 5-22_Sensor Instruments - Hauptartikel

Walter Braumandl ist Geschäftsführer der Sensor Instruments GmbH.

Sensor Instruments; <a href="http://www.sensorinstruments.de">www.sensorinstruments.de</a>