Masterbatch: Una alternativa efectiva para agregar color en la industria automotriz

Antes de la década de 1970, la pintura era el método más común para agregar color a las  partes automotrices moldeadas por inyección. Esta tecnología predominó porque era la única manera que los fabricantes de automóviles conocían para conseguir armonía en los interiores y al mismo tiempo satisfacer las especificaciones del OEM con respecto a la resistencia al impacto y a la luz ultravioleta (UV). En esta época, las piezas moldeadas por inyección no tenían que cumplir con un estándar de color crítico.

La tecnología evolucionó, y en 1970 les abrió a los fabricantes de automóviles la posibilidad de producir partes moldeadas por inyección bajo requerimientos de igualación de color, y a la vez  satisfacer las especificaciones del OEM de resistencia al impacto y a los rayos UV. Como resultado de esto, nacieron los compuestos pre-coloreados, con los cuales la pintura ya no era requerida. Esto permitió evitar costos adicionales.

Luego, en la década de los ochenta, la tecnología de los alimentadores de color mejoró a tal punto de exactitud que permitió que el moldeador por inyección tuviera la capacidad de agregar gránulos (pellets) de color, como un componente separado, a la resina natural en una relación prescrita (LDR). Esto representó la introducción del masterbatch (concentrados de color) en la industria automotriz. Al separar el pigmento y los aditivos del polímero natural, surgió posibilidad de comprar el polímero base natural como una materia prima de uso general con la consiguiente reducción  de costos.

Inicialmente, la proporción más común (LDR) fue 25:1 (25 partes de resina natural por una parte de pellets de color) o el 4%. Posteriormente, a mediados de la década, se abrió la posibilidad de introducir la proporción 50:1 (50 partes de resina por 1 parte de pellets coloreados) o 2%.

Las ventajas de ahorro en costos del masterbatch en comparación con la resina pre-coloreada hacen que el  masterbatch sea la respuesta cuando el costo es importante. Típicamente, el moldeador puede ver los ahorros de varias maneras:

1. Contemplar el polímero base como de uso general - Al mantener la resina base natural, el comprador de la resina puede evitar el costo de personalización cuando se combinan pigmentos y aditivos en el polímero base. Con la compra de grandes cantidades de resina natural (frente a lotes más pequeños de compuestos pre-coloreados), el precio de la resina es a menudo más bajo comparado con los lotes hechos a la medida de compuesto pre-coloreados.

2. Ahorro en el empaque - Los compuesto de pre-coloreado normalmente se entregan en cajas de 1 tonelada o menos, mientras que la resina natural se puede entregar a granel en carro de ferrocarril u otros medios, lo  que revela un ahorro de envasado de aproximadamente $ .02 - $ .05 / lb

3. Ajuste del color - En caso de problemas de color, el  compuesto pre-coloreado tendrá que ser desechado ya que no puede ser trabajado nuevamente. Por otra parte, el masterbatch  se puede volver a trabajar para cumplir con los requerimientos de color. Además, el masterbatch se puede ajustar en la máquina de moldeo por inyección mediante el LDR (proporciones).

La armonía de color y la ventaja del control de masterbatch son importantes en las aplicaciones de interiores automotrices. Si un moldeador utiliza compuestos pre-coloreados para proporcionar color a sus piezas moldeadas por inyección, habrá posiblemente 3 a 5 diferentes empresas que estén participando en la gestión del color. Por ejemplo, si tenemos un vehículo que contiene partes con poliamida, partes hechas con ABS, partes  de polipropileno y con acetal, tendríamos 4 proveedores diferentes de compuesto pre-coloreado. Si se sigue una estrategia de resina natural más masterbatch, se reducirán los proveedores responsables de la gestión de color, la armonía del color y el control del color a solo uno: el proveedor de masterbatch.

Adicionalmente, mediante la utilización de resina natural los cambios de color son más sencillos. El uso de la resina natural permite al moldeador por inyección concentrarse sólo en cambiar el contenedor de masterbatch cuando el cambio de color es inminente. No será necesario cambiar la tolva de resina natural, ya que se utilizará la misma resina para las diferentes variedades de color.

Comúnmente, hay también una ventaja en la  programación de la  producción. Un tiempo de espera típico para la producción de compuesto pre-coloreado es de 6 a 16 semanas, mientras que para la producción de masterbatch es de 10 días. Esto se debe a que el compuesto pre-coloreado se tiene que producir en grandes cantidades, a menudo mayores a  50.000 libras. La cantidad de masterbatch necesaria para colorear 50.000 libras de resina de base es de 1.000 libras (a un 2% de LDR). Se toma mucho menos tiempo producir 1.000 libras de concentrado de color que fabricar 50.000 libras de compuesto pre-coloreado. . Este tiempo de espera menor  puede también reducir la cantidad de inventario requerido para cumplir con la programación de producción

En cuanto al secado, el uso de masterbatch también trae ventajas. En algunos casos, el polímero retendrá humedad, por lo que requiere una etapa de secado en el proceso. Si se utiliza un compuesto pre-coloreado se requerirán unidades de secado para cada color específico. En una sistema de resina natural más masterbatch, un sistema  de secado central puede cumplir con los requerimientos  de secado, ya que los pellets masterbatch no necesitan secarse. Este sistema puede representar un ahorro en costos de mano de obra y virtualmente elimina la posibilidad de contaminación de color.

Una de las oportunidades más significativas para evitar costos se encuentra  también en el área de manejo de inventarios. Al comprar compuestos pre-coloreados (normalmente entregados en cajas de 1 tonelada), el moldeador tiene que contemplar un espacio de almacenamiento adecuado para mantener los niveles de inventario. Al almacenar la resina natural en un silo y el masterbatch en una sola bahía del almacén, el moldeador puede convertir el espacio de almacenamiento en un área de producción al reemplazar racks en el almacén por máquinas de moldeo.

Al día de hoy, el uso de  masterbatch es la tecnología predominante para dar color a partes de interiores automotrices moldeadas por inyección. Las resinas más comunes para esta  tecnología son PP, TPO, PE, ABS, ABC / PC, PA y POM. Más de 14 millones de vehículos que se producen en México, Estados Unidos y Canadá anualmente contienen masterbatch. Gracias a la globalización de los programas automotrices, otras regiones (como Europa y Asia), que típicamente utilizaban compuestos pre-coloreados, han comenzado una conversión hacia el masterbatch.

Aún cuando el polímero natural más masterbatch puede proporcionar una reducción de costos para el moldeo por inyección y el OEM, a menudo se necesita de una inversión de capital para implementar la tecnología. Para los propósitos de almacenaje, se utilizan silos y sistemas de distribución de la resina natural dentro de la planta. Para ayudar a asegurar un proceso de producción estable, se consideran típicamente sistemas de alimentación de color. Las dos tecnologías comunes de alimentación, sistemas gravimétricos (por peso) de alimentación y sistemas volumétricos de alimentación  ofrecen beneficios específicos con diferentes costos. Mientras los alimentadores gravimétricos proporcionan una mayor exactitud en la dosificación del colorante a la máquina de moldeo por inyección, el costo de compra es normalmente mayor que la de los menos precisos alimentadores volumétricos. Ambas tecnologías pueden proporcionar beneficios para la aplicación que se requiera.

Con el fin de asegurar que el uso de polímero natural más la tecnología de masterbatch logre proporcionar una ventaja en costos, el moldeador de inyección tendrá que considerar el costo del compuesto pre-coloreado,  el coste de la resina natural y el coste del concentrado de color.

En el ambiente de competencia global de hoy en día, moldeadores por inyección exitosos están constantemente esforzándose por mejorar su base de costos a través de mejoras en producción, eficiencia de procesos así como identificando tecnologías que puedan proporcionar una ventaja por reducción de costos. El utilizar una estrategia de resina natural más masterbatch ha demostrado ser  una importante medida para mantener buenos márgenes de operación y al mismo tiempo lograr ser competitivos. Vale la pena “hacer  el cálculo” para ver si existe una oportunidad potencial.

Con el fin de asegurar que el uso de polímero natural más la tecnología de masterbatch logre proporcionar una ventaja en costos, el moldeador de inyección tendrá que considerar el costo del compuesto pre-coloreado,  el coste de la resina natural y el coste del concentrado de color. Un método común y sencillo para el cálculo de la diferencia en costos de ambas tecnologías  se indica a continuación.

Precio pre-coloreado / lb. – Precio de Resina natural /lb. = Precio de colorear la resina pre-coloreada /lb.
Precio de colorear la resina pre-coloreada/lb. – Costo de masterbatch/lb. =Ahorro/lb. (Al usar masterbatch)

Consideremos el siguiente ejemplo como un medio para determinar el costo de agregar el color:

El precio de la resina: $ 1.50/lb.	Costo del Masterbatch (2% LDR): $ 6.00/lb
Cantidad de resina por usar: 500 lbs.	Cantidad de masterbatch requerido: 10 libras.
Coste total de la resina ($ 1,50 x 500 lbs.):$ 750	Costo Total del masterbatch ($ 6,00 x 10 lbs.): $ 60

      
Con base en el escenario anterior, podemos aplicar el costo y volumen para el cálculo de la siguiente manera:

(Coste de la resina) + (Costo del masterbatch) = Costo total de resina y agregar color ($ 1,50 x 500 lbs.) + ($ 6.00 x 10 lbs.) = $ 810.00

(Costo total de resina  y  colorante) / (Cantidad total de resina y color) = Costo de resina y color/ lb. $ 810.00/510 libras. = $ 1.59/lb.
   
(Costo de Resina y colorante/ lb.) - (Costo de la Resina / lb) = costo de agregar color / libra. $ 1.59/lb. - $ 1.50/lb. = $ 0.09/lb. Costo de agregar color

Desde este punto, somos capaces de determinar una reducción de costos potencial usando masterbatch por la diferencia en costo entre el compuesto pre-coloreado y la resina natural para  luego restar el costo de agregar  color mediante masterbatch (señalado arriba).

El ejemplo de abajo asume que 50,000 lb. de resina natural serán coloreadas por mes:

Costo de resina pre coloreada: $1.80/lb.

Costo de resina natural: $1.50/lb.

Consumo de resina natural: 50,000 lbs. /mes

(Costo de resina pre coloreada/lb.) – (costo de resina natural/lb.) = precio por colorear resina pre coloreada  $1.80 - $1.50 = $0.30/lb.

Costo por colorear resina pre-coloreada) - (Costo de agregar color por masterbatch) = ahorros/lb. (Por usar resina natural más masterbatch) $0.30/lb. - $0.09/lb. = $0.21

$0.21 x 50,000 lbs. = $10,500.00/mes

$10,500.00/mes x 12 meses = $126,000.00 ahorros anuales

En el ambiente de competencia global de hoy en día, moldeadores por inyección exitosos están constantemente esforzándose por mejorar su base de costos a través de mejoras en producción, eficiencia de procesos así como identificando tecnologías que puedan proporcionar una ventaja por reducción de costos. El utilizar una estrategia de resina natural más masterbatch  ha demostrado ser  una importante medida para mantener buenos  márgenes de operación y al mismo tiempo lograr ser competitivos. Vale la pena “hacer  números” para ver si existe una oportunidad potencial.