PBATマスターバッチは、PBAT樹脂と添加剤、充填剤などを混合し、押出し、切断などの工程を経て製造される粒状物質です。その主成分であるPBATは、1,4-ブタンジオール（BDO）、アディピック酸（AA）、テレフタール酸（PTA）のエステル化またはエステル交換反応を通じて合成された生分解性ポリエステルであり、優れた柔軟性と加工性を有します。

主要機能

生分解性

工業的堆肥化条件下では、PBATマスターバッチ製品は6～12ヶ月以内に完全に二酸化炭素と水に分解され、環境汚染を大幅に軽減します。

物理的特性

機械的特性：高い引張強度（20〜30 MPa）、優れた破断伸長率（500％〜800％）、従来のプラスチックよりも優れた靭性

処理性能：溶融点範囲120〜180℃、密度1.4〜1.5g/cm³。ブローンフィルム、射出成形、押出などのさまざまな工程に適しています。

表面性能：高光沢、強い印刷適応性で、包装材料の美観要件を満たすことができます。

環境上の利点

In line with the global trend of “plastic limit regulations”, it effectively replaces disposable plastic products and reduces white pollution.

タイプ

PBATマスターバッチは、バイオ分解性熱可塑性ポリエステルであり、通常はブチルアディパート（BA）とブチルテレフタール（BT）から構成されます。性能と用途の要件に応じて、PBATマスターバッチは次のタイプに分類できます。

ユニバーサルタイプ：機械的強度、柔軟性、加工性など、優れた総合性能を備えており、パッケージング、農業、医療などのさまざまな分野で広く利用できます。

高耐衝撃性タイプ：特殊な配合と生産工程を採用することで、PBATマスターバッチの耐衝撃性が向上し、外部からの衝撃を受けたときに破損することが少なくなります。注射成形品、フィルムなど、製品の高い耐衝撃性が必要な場合に適しています。

高熱耐性タイプ: 高い熱安定性と耐熱変形温度を有し、高温下でも性能の安定性を維持でき、変形や劣化しにくいため、電子・電気部品、自動車部品など、高温耐性が必要な製品に広く使用されています。

スムーズタイプ: PBAT マスターバッチには潤滑剤やその他の添加剤が含まれており、優れたスムーズな性能を発揮します。これにより、製品表面の摩擦係数を低減し、製品の加工効率と性能を向上させることができます。このタイプは、フィルム、パイプなどの製品の生産に広く使用されています。

抗菌タイプ：抗菌剤などの機能性添加剤を添加することで、PBATマスターバッチは抗菌および防カビ機能を有し、バクテリアやカビの増殖と繁殖を効果的に抑制し、製品の衛生性能と寿命を向上させることができます。医療および食品包装など、高い衛生要件を求められる分野に適しています。

フォーミュラ比

PBATマスターバッチの配合比は、さまざまな用途や性能要件に応じて異なります。以下は、一般的な配合比例の例です。

高強度のPBAT/デンプン生分解性マスターバッチ: PBAT 55〜70部、デンプン 15〜30部、可塑剤 5〜9部、強化ポリマー 10〜30部、潤滑剤 1〜4部、結合剤 0.3〜0.7部、抗酸化剤 0.2〜0.5部

PBATマスターバッチは、フィルムを製造するために使用されます。具体的には、20〜50部のPBAT、0.5〜2部の潤滑剤、0.5〜2部の酸化防止剤、2〜3部の相溶性剤、5〜15部の無機微粉末、5〜10部の水分吸収材、5〜10部の有機多孔質材料、0.6〜2.2部の型抑制剤を使用します。

完全に生分解性のプラスチックフィルムマスターバッチ: PBAT 70% -80%, 変性ナノシリカ 10% -30%, 分散剤 4% -7%, 潤滑剤処理助剤 3% -6%, 色粉 0% -5%。

実際の生産において、具体的な生産工程、設備、および製品の最終使用要件に基づいて、配合比率を最適化し調整する必要があります。

生産プロセス

PBATマスターバッチの生産プロセスには通常、次の主なステップが含まれます。

原料の準備

PBAT樹脂、添加剤（可塑剤、酸化防止剤、潤滑剤など）およびその他の可能な補助材料を選択し、原材料の品質と性能が生産要件を満たしていることを確認します。原材料を乾燥させ、水分を除去し、加工中に発生する気泡や劣化などの欠陥を防ぎます。

成分の混合

製品の性能要件に応じて、一定の配合比でさまざまな原材料を正確に計量します。計量された原材料を高速ミキサーに投入し、徹底的に混合します。これにより、さまざまな原材料が均一に分散し、プレミックスが形成されます。

溶融押出

プレミックスをツインスクリュー押出機に投入します。ツインスクリュー押出機は、加熱装置を介して材料をPBATの溶融点（通常160～220℃）を超える温度に加熱し、材料を溶融させます。スクリューの回転と押し出しによって、溶融した材料は押出機内でせん断、押出し、その他の作用を受け、さらに均一に混合されます。同時に、添加剤はPBAT樹脂と完全に結合します。その後、溶融した材料は押出機ヘッドの金型を通じて連続的なストリップまたはフィラメントを形成します。

冷却ピッチング

押出されたストリップまたはフィラメント状の材料は、水槽または空気冷却装置によって冷却され、急速に固化して形状をとることで、特定の強度と形状を有する半製品マスターバッチが形成されます。

キューブ状にカット

The cooled material is cut into particles of a certain size by a granulator to obtain PBAT masterbatch. The size of the cut particles can be adjusted according to the customer’s needs, with a general particle size of around 2-5mm.

パッケージ

カット済みのPBATマスターバッチをふるいにかけ、大きすぎるまたは小さすぎる粒子や潜在的な不純物を除去します。その後、適格なマスターバッチを包装袋に詰め、保管および輸送のために密閉します。

生産プロセス全体において、温度、速度、圧力などの各リンクのプロセスパラメータを厳密に制御することが、PBATマスターバッチの品質安定性と性能の適合を確保するために必要です。同時に、生産設備の定期的なメンテナンスと保守が必要であり、これにより通常の運転を確保し、生産効率と製品品質を向上させることができます。

生産設備

PBATマスターバッチの生産プロセスにはさまざまな設備が必要となります。主な生産設備について以下に紹介します。

1. 高速ミキサー：PBAT樹脂や添加剤などのさまざまな原料を一定の配合比で徹底的に混合するために使用されます。高速回転する攪拌刃を使用することで、原料を短時間で均一に混合し、その後の加工に備えます。

2. ツインスクリューンエクストラーダ：これは、PBATマスターバッチ生産のための核となる装置です。2つの連動するスクリューにより、材料を効率的に運搬、混合、せん断し、プラスチケ化することができます。エクストラーダの温度、スクリュー速度、給料率などのパラメーターを正確に制御することで、PBAT樹脂と添加剤を溶融状態で完全に均一に混合し、マスターバッチの品質と安定性を確保します。

3. 冷却装置：一般的な冷却装置には、水冷式タンクと空気冷式装置があります。水冷式タンクでは、押出されたストリップまたは繊維状材料をタンク内を通過させ、水の冷却効果を利用して材料を急速に冷却し固化します。空気冷式装置では、ファンから冷たい空気を吹き込んで材料を冷却します。この装置は、冷却速度が特に高くない場合や、水と接触できない特別な配合物に適しています。

4. グラニュレーター：冷却・凝固した材料を指定されたサイズの粒子に切断するために使用されます。切断方法によって、ホットカットマシンとコールドカットマシンに分けられます。ホットカットマシンは、材料を熱くて柔らかい状態で切断するために使用され、切断速度が速く効率が高いですが、高い操作要件が必要です。コールドグラニュレーターは、材料を完全に冷却した後で切断し、高い精度と規則的な粒子形状を実現します。

5. Screening equipment: Generally, vibrating screens or rotary screens are used to screen the PBAT masterbatch after cutting, separating out oversized or undersized particles that do not meet the particle size requirements, as well as impurities that may be mixed in, to ensure the uniformity and purity of the product’s particle size.

6. 包装設備：自動計量装置やシーリングマシンなどを含む。自動計量装置は、各包装袋のマスターバッチの重量を正確に測定し、包装重量の正確性と一貫性を確保します。シーリングマシンは、マスターバッチを含む包装袋を密閉し、その乾燥、酸化、またはその他の汚染を防ぎ、保管と輸送を容易にします。

前述の主要設備に加えて、生産工場には、原料貯蔵タンク、給餌装置、空気圧縮機などの補助設備も備えられ、全生産プロセスの円滑な進行を確保します。

関連する要件

PBATマスターバッチ生産におけるエクストルーダの要件は、主に次の点に反映されます。

プラスチケ化能力

高トルク出力: PBAT樹脂は、完全なプラスチケーションを達成するために溶融プロセス中に大きなトルクが必要です。そのため、エクストラーダには高トルクのスクリュードライブシステムを備えておく必要があります。これにより、PBATと添加剤が異なる生産速度や原料配合で均一にプラスチケーションされ、マスターバッチの性能が一貫して良好になります。

最適化されたねじ設計：ねじの構造設計は、プラスチケーション効果にとって重要です。通常、25～40の長さ対直径比で、グラデーションまたは変異タイプのねじを使用し、十分なプラスチケーション長と時間を確保します。その一方で、ねじの溝の深さや圧縮比などのパラメータは、PBATの特性に基づいて最適化する必要があり、材料の溶融、混合、輸送を促進します。

ミキシング性能

効率的な混合部品: PBAT樹脂とさまざまな添加剤を完全に均一に混合するため、エクストラーダには静的ミキサー、こね板などの効率的な混合部品が必要です。これらの部品は、材料輸送中に強いせん断と分散効果を生成し、添加剤がPBATマトリックス内で均一に分散されることを保証します。これにより、マスターバッチの性能の安定性と信頼性が確保されます。

良好な温度制御: 混合プロセス中の温度制御も、PBATマスターバッチの品質に大きな影響を与えます。エクストルーダーには、さまざまな生産段階で材料温度を適切な範囲内で制御できる精密な温度制御システムが必要です（一般的にPBATの処理温度は160〜220℃です）。高温によるPBATの劣化や低温による不均一な混合を防ぎます。

安定性と信頼性

高品質の機械構造：エクストラーダの機械構造は、長期間の高負荷運転に耐える十分な強度と剛性を備えている必要があります。ネジやバレルなどの主要部品は、耐摩耗性と耐食性に優れた材料で作られており、設備の寿命を延ばし、設備故障による生産中断や製品品質の変動を軽減します。

高度な制御システム：高度な自動化制御システムを搭載し、温度、圧力、スクリュー速度、給料量などのエクストラーダのさまざまなプロセスパラメータを正確に監視および制御できます。同時に、制御システムは、さまざまな生産環境下で安定した運転を保証する優れた安定性と干渉防止能力を備え、製品の品質の安定性と一貫性を確保します。

生産能力

調整可能な出力範囲：エクストラーダの生産能力は、市場需要や生産計画に応じて柔軟に調整できる必要があります。小ロットや複数の品種の生産ニーズを満たすと同時に、大規模生産時にも高い出力を実現できます。一般的に、PBATマスターバッチ生産に使用されるエクストラーダの出力は、数十から数百キログラム/時間の間で調整できます。

効率的な押出システム：高出力を達成するために、押出機の押出システムには、効率的な材料輸送と押出能力が必要です。たとえば、大きな径のねじを使用したり、最適化されたダイ設計を採用すると、材料の押出速度と均一性を向上させ、生産効率を高め、生産コストを削減することができます。

適応性

多材料互換性: PBATマスターバッチの配合に、可塑剤、酸化防止剤、着色マスターバッチなど、さまざまな種類と比率の添加剤を加えることができます。エクストルーダーは、異なる原材料の特性と配合変化に対応できるようになっており、さまざまな原材料の組み合わせ下で良好な可塑化、混合、および押出効果を確保し、品質要件を満たすPBATマスターバッチを生成します。

製品の多様化：市場におけるPBATマスターバッチ製品の多様な性能と仕様要件に対応するため、エクストルーダーには一定の柔軟性が必要です。プロセスパラメータを調整したり、粒子サイズ、硬度、機能特性が異なるマスターバッチなどの部品を交換することで、さまざまな性能と仕様を持つPBATマスターバッチ製品を生産することができ、さまざまな顧客のニーズに対応できます。

アプリケーション

PBATマスターバッチは、優れた生分解性、熱安定性、および加工性を備えているため、さまざまな分野で広く使用されています。主な適用分野には次のものがあります。

パッケージング分野

ショッピングバッグ：PBATマスターバッチを使用すると、自然環境で徐々に分解できる生分解性のショッピングバッグを製造することができ、従来のプラスチックバッグによる環境への白色汚染を軽減できます。

食品包装: 非毒性、無臭、優れたバリア性を備えているため、食品包装材料として食品用袋、フィルムなどに使用できます。これにより、食品の鮮度と安全性を確保するとともに、廃棄後に自然に分解することができます。

使い捨て食器: PBATマスターバッチを使用すると、食事用ボックス、食器などのさまざまな使い捨て食器が作れます。使用後は、土壌または堆肥条件下で分解でき、環境保護要件を満たしています。

農業

農業用フィルム：PBATマスターバッチから生産される農業用フィルムは、優れた絶縁性、保湿性、および光透過性を備えています。同時に、使用後は土壌中で自然に分解することができ、従来の農業用フィルム残留物が土壌構造や作物の成長に与える悪影響を回避します。

苗箱：生分解性の苗箱は、PBAT母粒から作られており、苗の育成過程で良好な成長環境を提供します。移植時に取り除く必要はなく、直接土の中に埋めることができ、苗の根を損傷させず、土壌汚染を引き起こしません。

医療分野

医療用包帯: PBATマスターバッチは生体適合性が良く、傷の包帯、ガーゼなどの医療用包帯の製造に使用できます。傷が治った後は自然に分解するため、包帯を交換する際の患者の痛みや感染リスクを低減できます。

Drug sustained-release carrier: PBAT masterbatch can be made into a drug sustained-release carrier, which encapsulates the drug and achieves slow drug release, prolongs the drug’s action time, and improves the drug’s efficacy.

その他の地域

3D印刷用材料：PBATマスターバッチは優れた熱安定性と流動性を備えているため、3D印刷用材料として適しています。さまざまな複雑な形状の製品を印刷することができ、印刷された製品には一定の強度と靭性があります。

繊維: PBATマスターバッチを使用すると、衣料用繊維、家庭用テキスタイル用繊維などの繊維を生産できます。これらの繊維は柔らかく快適な感触を持ち、生物分解性の特性を備えており、環境にやさしいファッションの開発トレンドに沿っています。

射出成形製品: PBAT マスターバッチは、製品の性能要件を満たしつつ環境負荷を低減することができ、おもちゃ、文房具、自動車内装部品などのさまざまな日用品や産業製品の製造に使用できます。