シリコーンマスターバッチアプリケーションガイド：選択、投与量、処理の最適化
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シリコーンマスターバッチは、単なる添加剤を超えて、プラスチックの性能を向上させるために不可欠なものとなっています。これらの添加剤は、基材樹脂に混合された多くのシリコーン（通常40%–50%）を含んでいます。以前は液体シリコーンオイルが使用されていましたが、扱いが難しく、測定も困難でした。また、オイルが表面に移動する問題があり、印刷や接着に問題を引き起こしていました。
シリコーンマスターバッチ固体ペレットを使用してこれらの問題を解決します。これにより、よく混ざり、長持ちします。今日、これらの添加剤はポリオレフィン、エンジニアリングプラスチック、TPEなどのさまざまなプラスチックに使用されています。このガイドは、デザイナーやエンジニアが適切なシリコーンマスターバッチを選択する方法、使用量、およびそれらを適切に扱う方法を学ぶのに役立ちます。
適切なシリコーンマスターバッチの選び方
適切なグレードを選ぶのは簡単ではありません。添加剤の効果は、シリコーンキャリアが主な樹脂とどれだけうまく混ざるかに大きく依存します。
1. キャリア樹脂の同期
キャリア樹脂は、活性シリコーンを主成分に結びつけるものです。混合が悪いと、マスターバッチに塊ができ、破損や表面の欠陥を引き起こします。
- ポリオレフィンキャリア（PE/PP）：これらは主に包装や自動車部品に使用されます。PEベースのSiMBはHDPE/LLDPEフィルムの主要成分であり、PPベースのものはBOPPフィルムや自動車内装のTPOにとって重要です。
- EVAキャリア: エチレンビニルアセテートは極性があるため、多くの方法で使用できます。特に低煙ゼロハロゲン化合物において、ケーブル用途のシリコーンマスターバッチの通常の選択肢であり、難燃剤フィラーを多く充填するのに役立ちます。
- エンジニアリングプラスチックキャリア（SAN、PC、PA）: ABS、ポリカーボネート、またはポリアミド（ナイロン）などの高温または極性マトリックスの場合、汎用キャリアでは不十分なことがよくあります。エンジニアリング化合物用の特化したシリコーンマスターバッチは、基材樹脂の融解温度と極性に合ったキャリアを使用する必要があり、層間剥離や完成部品の「剥がれ」効果を防ぎます。
2. 機能的アプリケーションマトリックス
異なる業界は異なるシリコーン特性を優先します。以下の表は、最終用途に基づく戦略的選択を強調しています:
アプリケーション | 推奨キャリア | 主要な価値提案 |
柔軟なパッケージング | PE / LLDPE | 摩擦係数（COF）を低下させ、高速ラインでの「ブロッキング」を防ぎます。 |
ワイヤー＆ケーブル | EVA / PE / 専門的 | ケーブル用シリコーンマスターバッチ フィラーの分散と押出速度を改善します。 |
自動車内装 | PP / TPO | 耐傷性および耐マーク性能; 非粘着感; 低VOC/臭気要件を満たす。 |
エンジニアリングコンパウンド | SAN / PA / PET | エンジニアリングコンパウンド用シリコーンマスターバッチ 「ガラス繊維の目立ち」を減少させる。 |
パイプ押出し | PE / PP | ダイドロール（プレートアウト）と内部パイプ摩擦を劇的に減少させる。 |
投与量と混合戦略の深堀り
理想的な表面仕上げを得てプラスチックの強度を維持するには、シリコーンマスターバッチの適切な量を見つける必要があります。
1. 機能目標に応じた用量
- プロセッシングエイド（0.2% – 1.0%）：少量のシリコーンがプラスチックの流動を改善します。これは、プラスチック内部および機械との摩擦が減少し、生産が加速されることを意味します。
- 表面改質（1.5% – 3.0%）：これにより、滑らかで柔らかい感触が得られるか、フィルムの摩擦が減少します。
- 高性能要件 (3.0% – 5.0%): 車の部品の耐傷性やプラスチックギアの寿命を延ばすためにこれだけ使用します。
- 技術的洞察: 研究によると、リサイクルプラスチックに1-3%のシリコーンマスターバッチを加えることで、新しいプラスチックと同じくらい扱いやすくなることが示されています。
2. 高度な混合および供給技術
マスターバッチをシステムに導入する方法が最終製品の一貫性を決定します。
- プレブレンディング（タンブルミキシング）：小規模な操作で一般的です。しかし、シリコーンペレットはプラスチックとは異なるサイズや密度を持つ可能性があるため、ホッパー内で分離することがあります。これは、各バッチで同じ量のシリコーンを得られない可能性があることを意味します。
- サイドフィーディング：これは重要なアプリケーションにとって良い選択です。マスターバッチをラインのさらに下流で追加することで、樹脂がすでに溶けているときに、材料がスクリュー上で早期に滑るといった問題を防ぎます。また、シリコーンが長時間過熱されるのを防ぎます。
- 重量減少（重力式）フィーディング：精度が必要な場合は、これが最適です。プラスチックの流れが変わっても、シリコーンマスターバッチの割合を一定に保ちます。
処理ガイドと実用的考慮事項
シリコン処理の成功には、単に混合するだけではなく、押出機の機械環境を微調整する必要があります。
1. 温度プロファイル管理
ポリシロキサンは300°Cまで熱的に安定していますが、キャリア樹脂はそうではありません。
- 「コールドフィード」ルール: フィードゾーン（ゾーン1）の温度を少し低く保ちます。マスターバッチが喉の中で早く溶けすぎると、スクリューのフライトにコーティングされ、樹脂が前に進むのではなく「回転」してしまう（スクリュー滑り）可能性があります。
- ダイ温度: ダイ温度を少し上げることで、冷却段階でシリコンが表面により効果的に移動し、「スリップ」効果を高めることができます。
2. シアーと分散メカニクス
シリコンはほとんどのプラスチックとよく混ざりません。うまく機能させるためには、プラスチック内に小さな粒子として広げる必要があります。
- スクリュー形状: ツインスクリュー押出機を使用する場合は、高剪断混合部品（こねブロックなど）が必要です。
- 滞在時間: 押出機は十分に長く（理想的にはL/D比が32:1を超える）して、すべてが均等に混ざるようにする必要があります。
3. 設備の衛生と二次プロセス
シリコーンは優れた潤滑剤ですが、時にはあまりにも優れすぎることがあります。
- 清掃: シリコーンが多く含まれる製品から切り替えるときは、強力なパージ混合物を使用してください。バレルにシリコーンが残っていると、コーティングに問題を引き起こす可能性があります。
- 表面の問題: シリコーンを多く加えすぎると（2％を超える）、プラスチックの表面が変わり、インクやラベルの付着に問題を引き起こす可能性があります。後で装飾を追加する必要がある場合は、必ずダインテストを実施してください。
一般的な問題のトラブルシューティング
生産環境でシリコーンマスターバッチを使用する際、エンジニアは特定の障害に直面することがよくあります。これを解決する方法は次のとおりです：
症状 | 考えられる根本原因 | 専門家の解決策 |
不規則なスループット | 供給セクションでの過剰潤滑によるスクリュー滑り。 | 最初のバレルゾーンの温度を下げ、サイドフィーダーに切り替えます。 |
表面の筋状 | 不均一な分散またはキャリア/マトリックスの不一致。 | バックプレッシャーを増加させる; キャリア樹脂のMFIが基材樹脂と大きく異なるか確認する。 |
ダイドロール（蓄積） | 最初は、シリコーンが古い劣化した材料を「洗い流す」ことができる。 | 運転を続ける; シリコーンは通常ダイをコーティングし、 減少させる 30〜60分後の蓄積。 |
機械的損失 | ポリマー鎖の絡み合いに干渉する過剰な投与量。 | 用量を減らしてください；UHMWシリコーン（分子量 > 500,000）を使用していることを確認してください。 |
性能テストとベンチマーキング
シリコーンマスターバッチが十分であることを確認したいですか？標準テストを使用して確認する方法は次のとおりです：
- COFテスト（ASTM D1894）：このテストは、静止時（静的）と移動時（動的）の摩擦をチェックします。シリコーンマスターバッチが機能している場合、PEフィルムの動的COFを例えば0.6から0.2未満に下げるはずです。
- 耐傷性 (ISO 19252): 自動車メーカーはこれを多く使用します。表面を何かで引っ掻いた後の傷の見えやすさ (ΔL値) を測定します。シリコーンマスターバッチを使用すると、傷が最大80%目立たなくなります！
- 溶融流動指数 (ASTM D1238): マスターバッチありとなしで材料がどのように流れるかを確認します。わずか1%を加えるだけで、流動性が10-15%向上することがよくあります。
結論
取得中シリコーンマスターバッチ右側はプラスチックビジネスでの優位性を提供します。混乱した液体オイルの代わりに、固体のUHMWシリコーンを使用することで、より美しい表面、迅速な生産、そして強力な部品を実現できます。
電気自動車の部品を製造する場合でも、包装ラインのスピードを上げる場合でも、キャリアが材料と適切に機能すること、マスターバッチの適切な量を使用すること、そしてせん断を監視することを確認してください。性能とコストの最適なバランスを見つけるために、小さな調整（1回につき0.5%）から始めてください。
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