Maakt stof tot kunst

Door de combinatie van helder PP en transparante kleurstoffen kunnen producten met diepe en heldere kleuren worden gemaakt. Conventionele methoden voor het inkleuren van helder PP leiden geregeld tot problemen zoals migratie, uitlogen, verkleuring en krimp. Volgens de Amerikaanse kleurstoffenfabrikant DayGlo heft ‘Gem-Tone’ deze beperkingen op. Gem-Tone is een nieuwe lijn effectkleurstoffen voor het transparant inkleuren van helder PP. De amorfe kleurstof is toegelaten voor contact met voedsel en biedt een goede helderheid, zo blijkt uit testen

Helder gekleurd PP in zwang

De vraag naar producten van helder en transparant ingekleurd PP neemt in West-Europa sterk toe, vooral in Nederland. In het verpakkingensegment is de trend dat polystyreen en PET worden vervangen door polypropeen, omdat deze kunststof goedkoper en minder breekbaar is. Technisch is deze ontwikkeling mogelijk gemaakt door de komst van nieuwe generaties additieven om PP met een hogere mate van helderheid en in kortere cyclustijden te spuitgieten. Daarbij kan het materiaal transparant worden ingekleurd terwijl alle eigenschappen van PP intact blijven, waaronder de lage dichtheid en de thermische en chemische resistentie. Waar de techniek mogelijkheden schept, daar wordt de populariteit van transparant ingekleurd PP uiteindelijk veroorzaakt doordat het materiaal aansluit bij de esthetische eisen van consumenten. Mensen verlangen steeds mooiere producten, ook in de huis-, tuin- en keukensfeer

Eigenschappen

DayGlo zou met Gem-Tone een oplossing hebben gevonden waarbij alle bovengenoemde problemen rondom het transparant inkleuren van helder PP worden overwonnen. Hierbij wordt gerefereerd aan testresultaten in het bovengenoemde rapport. Andrew Coleman, Sales & Marketing Director EMEA bij Swada, gaat nader in op de conclusies van die testresultaten. Swada, een Engels bedrijf dat onderdeel uitmaakt van DayGlo en diens belangen in Europa behartigt, heeft zijn distributeur, Lithos Benelux BV, de verkooplicentie voor de Beneluxmarkt gegeven. Coleman: ‘Bij Gem-Tone gaat het om polymere kleurmiddelen met een hoog moleculairgewicht. Daarom is het mogelijk om helder PP hiermee zeer helder in te kleuren en om deze kleurkwaliteit lange tijd te behouden. Er treedt vanwege die polymere natuur immers zeer weinig migratie en uitloging op. Daarom kunnen deze kleurmiddelen probleemloos worden toegepast in producten die in contact komen met voedsel. Gem-Tone is het enige additief voor het transparant inkleuren van helder PP dat is toegelaten voor contact met levensmiddelen door de Food and Drug Administration in de Verenigde Staten. Andere kleurmiddelen voldoen wel aan de General Food Law, maar hebben zich niet bewezen in de uitgebreide testprocedures van deze wetgeving.’

Toevoegpercentage

Vanwege de sterke concentratie is maar weinig Gem- Tone kleurstof nodig. Toevoeging van 0,1% Gem-Tone geeft een diepe en heldere kleur. Met de vier basiskleuren (Citroen Geel, Saffier Blauw, Emerald Groen, Robijn Rood) kan eindeloos gemengd worden. Hierdoor kunnen allerlei kleuren worden verkregen. Verder is de thermische bestandheid van Gem-Tone hoog te noemen. De kleurstoffen kunnen worden verwerkt tot een temperatuur van 230°C. Ten slotte treedt er ook nauwelijks krimp op.

Testresultaten

DayGlo onderzocht de eigenschappen van Gem-Tone voor het transparant inkleuren van helder PP. Belangrijke parameters werden getest, waaronder de helderheid, krimp, verwerkbaarheid en migratie en uitloging. De belangrijkste resultaten van drie testen worden hieronder belicht. Het betreft de thermische eigenschappen, het krimpgedrag en de waasvorming. Kristallisatie Uit de thermische analyse blijkt ten eerste dat de glasovergangstemperatuur van drie Gem-Tone kleuren (Robijnrood, Saffierblauw en Citroengeel) varieert tussen 70 en 80°C, terwijl die van Emerald Groen ligt op 100°C. Deze temperatuur is zodanig hoog dat samenklontering nauwelijks voorkomt bij de opslag van deze harsachtige kleurmiddelen op kamertemperatuur. Tevens zijn deze temperaturen laag genoeg voor een gemakkelijke opname in helder PP tijdens normale verwer- kingsomstandigheden. Gem-Tone kleurstof wordt altijd als kleurconcentraat toegevoegd (dosering: 0,1%). Vervolgens is het interessant de kristallisatietemperaturen te vergelijken tussen kleurloos helder PP en transparant ingekleurd helder PP. Het kristallisatiegedrag is immers een kritische factor bij het verwerken van helder PP. Het beïnvloedt de helderheid en het krimpgedrag, maar ook de cyclustijden. In de testen werden standaard PP, helder PP en ingekleurd helder PP in drie keer tien minuten opgewarmd tot 240°C, gekoeld tot 40°C en weer opgewarmd tot 240°C. De kristallisatietemperaturen voor kleurloos en ingekleurd helder PP (gemeten tijdens koeling) bleken niet noemenswaardig te verschillen. De onderzochte kleuren waren Citroengeel, Robijnrood en Saffierblauw. De vier gemeten kristallisatietemperaturen vielen binnen het nauwe bereik van 120,6 en 121,9°C De kristallisatietemperatuur van standaard PP lag daar met 114,7°C enigszins onder. Ook de smelttemperaturen verschilden niet significant wanneer transparant ingekleurd helder PP werd vergeleken met kleurloos helder PP; de waarden varieerden van 151,3 tot 152°C. Voor standaard PP lag deze waarde met 161,2°C wat hoger. In alle gevallen bedroeg de kleurstofdosering 0,1%. De conclusie is duidelijk: er is geen verschil in het thermische gedrag tussen de verwerking van kleurloos helder PP en transparant ingekleurd helder PP; Gem-Tone beïnvloedt bij de gebruikelijke dosering van 0,1% niet het kristallisatiegedrag.

Krimp

Het zojuistgenoemde gegeven is van voorspellende waarde voor het krimpgedrag. Wanneer het kleurmiddel de kristallisatie namelijk wel beïnvloedt, neemt bij het spuitgieten van PP-producten zoals doppen en afdichtingen de kans op ongelijke krimp toe. Dit gebeurt als een functie van de vloeirichting van de kunststof smelt in de caviteit. DayGlo onderzocht het krimpgedrag van dezelfde drie Gem-Tone kleurmiddelen. De kleur Emeraldgroen werd opnieuw buiten beschouwing gelaten. De resultaten tonen aan dat deze kleurmiddelen geen vloeiafhankelijk kristallisatiegedrag vertonen. De ermee gemaakte producten zullen daarom geen of nauwelijks kromtrekgedrag vertonen. Dit werd als volgt aangetoond: in het onderzoek werd een complex gevormd bakje van 10 bij 20 bij 5 centimeter gespuitgiet met een kleurstofdosering van 0,1% en een verwerkingstemperatuur van 232°C. De wanddikte van het bakje was 0,15 centimeter. De krimp werd op twee momenten berekend voor kleurloos helder PP en ingekleurd helder PP: direct na de matrijsuitstoot en na 48 uur. De ene keer was sprake van vloei, de andere keer van tegenvloei. Ten eerste was het verschil in krimp tussen ingekleurd - en kleurloos helder PP verwaarloosbaar. De waarden varieerden na 48 uur tussen 0, 029 (geel) en 0,0315 (rood) centimeter. DayGlo zelf interpreteert deze resultaten als volgt: ‘Transparant geel in helder PP levert geen krimp op, terwijl transparant rood in helder PP nauwelijks krimp tot gevolg heeft.’ De gevonden verschillen tussen vloei en tegenvloei waren voor de drie kleuren en kleurloos helder PP verwaarloosbaar. Waasvorming Bij het spuitgieten van helder polypropeen is de mate van waasvorming (matheid) afhankelijk van variabelen zoals het type PP, de verwerkingsparameters, de wanddikte, de productgeometrie en bij inkleuring ook de kleurstofdosering. Het gebruik van Gem-Tone kleurmiddelen zou volgens producent DayGlo leiden tot minder waasvorming dan het gebruik van conventionele organische pigmenten. Dit vanwege het feit dat met Gem-Tone het doseerpercentage (typisch 0,1%) laag kan worden gehouden. Het gebruik van kleurmiddelen zal echter altijd tot meer waasvorming leiden dan wanneer helder PP helemaal niet wordt ingekleurd. Uit de gegevens van DayGlo op basis van het spuitgieten van proefstaafjes met een wanddikte van 0,15 centimeter blijkt dat ook. De waas werd gemeten met een GretagMacBeth i5 spectrofotometer. Bij kleurloos helder PP bedroeg de waas 22%; bij Gem-Tone Citroengeel, Robijnrood, Emeraldgroen en Saffierblauw bedroeg de waas respectievelijk 38, 43, 35 en 31%. Bij een hogere kleurstofdosering dan 0,1% zal altijd meer waas ontstaan. Door het gebruik van bepaalde wassen tijdens de verwerking kan deze waas wel behoorlijk worden verminderd. Uit een aparte test van DayGlo blijkt dat het gebruik van de wax G-3015 van Eastman de waasvorming kan terugdringen tot maximaal 45%. De mate van waasvermindering hangt af van de toegevoegde hoeveelheid wax.

Conclusie

Als we de goed gedocumenteerde onderzoeken van Day Glo inderdaad mogen geloven, dan is de volgende conclusie gerechtvaardigd: Met Gem-Tone is een nieuwe standaard ontstaan voor het transparant inkleuren van helder polypropeen. Ontwerpers van verpakkingen zullen daar blij mee zijn, en de consument profiteert er uiteindelijk van door producten die er langer helder, glanzend en flitsend uitzien. Daar was het allemaal om begonnen.
(bovenvermelde tekst is een extract uit “Van helder PP naar transparant inkleuren” uitgave Kunststof en Rubber nr. 7/8 – juli/augustus 2008)