PLA masterbatch, also known as polylactic acid masterbatch, is a biodegradable plastic material mainly composed of polylactic acid (PLA). Polylactic acid is a polyester polymer mainly composed of lactic acid, and its production materials mainly come from renewable resources such as corn and cassava. Therefore, PLA masterbatch is known as a representative of “green plastics”.

特徴

生分解性

劣化条件：堆肥化条件（温度、湿度、微生物などの適切な条件）下で、PLAマスタバッチ製品は一定の期間内に二酸化炭素と水に完全に分解されます。具体的な分解時間は、製品の厚さ、形状、環境条件によって異なります。

環境上の利点：従来の石油ベースのプラスチックと比較して、PLAマスターバッチ製品は廃棄後に白色汚染を引き起こさないため、持続可能な開発の概念に合致します。

物理的特性

機械的特性：PLAマスターバッチは、引張強度と剛性が高く、しかし脆性が高く、衝撃強度が比較的低いです。そのため、その性能を向上させるために、強化剤や他の添加剤を加工時に添加することがよくあります。

処理性能: PLAマスターバッチの溶融点は低く（一般的に170〜180℃）、処理温度の範囲が広く、ブローンフィルム、射出成形、押出などのさまざまな処理を通じてさまざまな製品に容易に加工できます。

表面特性：PLAマスターバッチ製品は、滑らかな表面、高い光沢度、優れた印刷適応性、および装飾性を備えています。

生体適合性

PLAマスターバッチは生体適合性が高く、無毒で無害であり、医療、健康、その他の分野で広く使用できます。

タイプ

PLA（ポリアクリル酸）マスターバッチは、さまざまな分類基準に従ってさまざまな種類に分類できます。以下は、一般的な分類方法とそれに対応する種類を示しています。

機能

パッケージング用PLAマスターバッチ：透明性、ヒートシール性、機械的特性が優れており、食品パッケージ、ショッピングバッグ、フィルムなどのさまざまなパッケージング材料の製造に適しています。

ファイバグレードPLAマスターバッチ：高い強度と柔軟性を備え、衣料用繊維、家庭用テキスタイル繊維、工業用繊維などの製造に使用できます。

射出成形用PLAマスターバッチ：流動性と成形性が良く、おもちゃ、文房具、食器などのさまざまなプラスチック製品の射出成形生産に適しています。

押出用PLAマスターバッチ: 優れた押出性能を持ち、パイプ、シート、プロファイルなどの押出生産に使用できます

添加物による分類

強化PLAマスタバッチ：強化剤を添加することで、PLAの靭性と衝撃強度が向上し、低温環境でも優れた性能を維持できます。

耐熱性PLAマスタバッチ: 耐熱性添加剤を追加することで、PLAの熱変形温度を上げ、高温での使用が可能になり、適用範囲が拡大されました。

抗菌性PLAマスタバッチ：抗菌剤を添加して、PLAに抗菌性を付与し、医療製品、食品包装、その他高い衛生要件を要求する製品の製造に使用できます。

難燃性PLAマスタバッチ：PLAの難燃性能を向上させるために難燃剤を添加し、関連の火災安全基準に適合するようになり、電子および電気ケース、建築材料などの製造に使用できます。

劣化性能による分類

完全に生分解可能なPLAマスタバッチ：自然環境下で完全に二酸化炭素と水に分解でき、環境を汚染しません。

PLAマスタバッチの制御可能な劣化:配合物と加工技術を調整することで、PLAの劣化速度と時間を制御し、さまざまな適用シナリオのニーズに対応できます。

分子量によって分類

低分子量PLAマスタバッチ: 分子量が比較的低いため、流動性と加工性が良く、高い加工性が必要な用途に適しています。

高分子量PLAマスタバッチ：高分子量であるため、強度、靭性、耐熱性が高くなりますが、加工の難しさが比較的高いため、高い製品性能が求められる分野に適しています。

フォーミュラ比

完全に分解可能なPLAマスタバッチ：60% -74% PLA粒子、10% -13% 混合顔料、8% -18% 分散剤、6% -12% 防酸化剤、2% -5% 結合剤

複合強化ポリラクティック酸分解可能マスターバッチ: PLA樹脂20〜60部、変性植物短繊維10〜50部、変性CaCO3粒子10〜50部、潤滑剤0.5〜1.0部。好ましくは、PLA樹脂30〜50部、変性植物短繊維20〜40部、変性CaCO3粒子20〜40部、潤滑剤0.5〜1.0部を用いる。さらに好ましくは、PLA樹脂35〜45部、変性植物短繊維25〜35部、変性CaCO3粒子25〜35部、潤滑剤0.6〜0.9部を用いる。

PLA ソフトマスターバッチ: PLA 粒子、脂肪アミド誘導体、およびホスフィテを 73: (24-26): (1.9-2.1) の質量比で融解して押し出しすることにより得られる。

抗菌性ポリラクティド酸マスターバッチ:純粋なPLAスライスと銀を装填したジルコニウムリン酸塩粉末を均一に混合し、ツインスクリュー押出機に投入します。PLAスライスと銀を装填したジルコニウムリン酸塩粉末の質量分率はそれぞれ80％と20％で、抗菌性マスターバッチを作ります。

生産プロセス

PLAマスタバッチの生産プロセスには、原材料の準備、成分の混合、溶融押出、冷却と切断、包装などのステップが一般的に含まれます。以下は具体的な紹介です。

1. 原材料の準備

適切なポリ乳酸（PLA）樹脂をベース材料として選択し、製品の要件に応じて、異なる分子量と内在粘度を有するPLA粒子を選択します。同時に、PLAマスタバッチの性能と外観を向上させるために、可塑剤、酸化防止剤、潤滑剤、色マスターバッチなどのさまざまな添加剤を用意します。

2. 材料の混合

設計された配合比に従って、PLA樹脂と各種添加剤を正確に計量します。計量した原料を高速ミキサーに入れてよく混合します。混合することで、添加剤がPLA樹脂粒子の表面に均一に分散し、プレミックスが形成されます。

3. 溶融押出

プレミックスをツインスクリュー押出機のホッパーに投入します。ツインスクリュー押出機は、加熱装置を介してバレル内の原料をPLAの溶融点を超える温度に加熱し、徐々に溶融させます。スクリューの回転によって、溶融した材料はバレル内でせん断、圧縮、混合にさらされ、さらに均一化されます。同時に、必要に応じて、押出機の異なる位置に添加物投入口を設定でき、高温下で完全に効果を発揮する必要がある添加物を押出機の中間部に投入することができます。

4. 冷却と顆粒化

押出機の金型から押出される溶融物は連続的なテープ状になっており、水槽を通して冷却され、素早く固化します。冷却されたテープはグラニュレータに入り、設定された粒度に従って均一な粒子にカットされ、PLAマスタバッチが得られます。

5. 包装

生産されたPLAマスターバッチは、通常、水分吸収、酸化、およびその性能に影響を与える可能性のあるその他の要因を防ぐために密封されたパッケージに入れられます。パッケージされたPLAマスターバッチは、倉庫に保管したり、下流の顧客に輸送してさらに加工および適用を行うことができます。

生産プロセスでは、温度、ねじ回転速度、供給速度など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必要です。これにより、PLAマスタバッチの品質安定性と性能の適合を確保できます。同時に、生産効率と製品品質を向上させるため、効率的な混合装置や精密なエクストラーダ制御システムなど、高度な生産設備や技術も採用することができます。

生産設備

1. 高速ミキサー：PLA樹脂とさまざまな添加剤を均一に混合するために使用されます。高速回転する攪拌刃によって、材料を短時間で十分に混合し、PLA樹脂中の添加剤の均一な分布を確保し、その後の生産の基盤を作ります。

2. ツインスクリューーヘッドエクストラーダ: PLAマスターバッチの生産に必要な主要装置です。モーターの駆動により回転する二つの連動スクリューがあり、バレルには複数の加熱ゾーンがあり、温度を正確に制御できます。これにより、PLA樹脂と添加剤が、加熱され溶融した状態でスクリューのせん断、押出し、輸送効果によって完全に混合され、可塑化され、均一化され、最終的に金型ヘッドから押出されます。

3. シンク：通常、ステンレス鋼材料で作られており、エクストラーダの金型から押出された高温帯材料を冷却および固化するために使用されます。シンク内の水温は、温度制御システムによって正確に制御でき、材料が迅速に冷却され、良好な外観と性能が得られるようになります。

4. 顆粒化機:一般的な種類には、熱成形機と冷成形機があります。熱切断機は、熱可塑性状態にある材料を切断するために使用され、温度に敏感な材料に適しています。冷成形機は、材料を冷却して固化させた後で切断し、規則的な形状と均一なサイズの粒子を生成します。顆粒化機では、切断工具の速度と切断頻度を調整することで、PLAマスタバッチの粒子サイズと形状を正確に制御できます。

5. パッキング機: 生成されたPLAマスタバッチをパッキングするために使用されます。自動パッキング機は、測定、充填、シーリングなどの一連のパッキングプロセスを自動化し、パッキングの効率と品質を向上させます。一般的なタイプには、重量計測パッキング機と体積計測パッキング機があり、製品のパッキング要件に応じて選択できます。

上記の主要装置に加えて、生産プロセスにおいて、フィーダ、除湿装置、カビフィルターなどの補助装置を使用することで、生産効率と製品品質を向上させることができます。

関連する要件

良好な可塑化性:PLA樹脂は、製品品質を確保するために押出プロセス中に完全に可塑化する必要があります。そのため、押出機には、PLA樹脂を短時間で均一に溶融させるための十分な加熱能力とねじの設計が必要です。たとえば、圧縮部が長いグラデーションねじを使用すると、押出時には材料を段階的に圧縮しせん断させることができ、良好な可塑化効果を得ることができます。

正確な温度制御:PLAは温度に敏感であり、過剰な温度はその劣化を引き起こし、性能に影響を与える可能性があります。また、温度が低すぎると、プラスチケ化が不十分になります。エクストラーダのマテリアルバレルには、複数の加熱ゾーンと精密な温度制御システムが搭載されている必要があり、各加熱ゾーンの温度を独立して制御することで、PLAの異なる段階での処理温度要件を満たすことができます。一般的に、PLAの処理温度範囲は160〜220℃です。具体的な温度は、PLAのモデルおよび配合物に応じて調整する必要があります。

安定した押出圧力と流量: PLAマスターバッチの品質安定性を確保するため、押出機は安定した押出圧力と流量を提供する必要があります。そのため、押出機のねじ設計が合理的で、伝達システムが安定していること、また、異なる生産速度で押出圧力と流量の一貫性を維持できることが重要です。たとえば、新しいタイプのねじヘッド設計を採用することで、押出時の材料の流れの均一性を向上させ、圧力の変動を低減することができます。

強力な混合・分散能力：PLAマスタバッチの製造時に、可塑剤、酸化防止剤、着色マスターバッチなどの各種添加剤が加えられるため、エクストルーダーにはPLA樹脂中に添加剤を均一に分散させる強力な混合・分散能力が必要です。スクリューに歯付きディスク、こね板などの特別な混合部品を設置することで、材料のせん断および混合効果を高め、添加剤の分散均一性を向上させることができます。

腐食性：PLAマスタバッチの生産プロセス中、特定の添加剤には特定の腐食性があるため、エクストラーダのバレルやスクリューなど、材料と接触する部品には優れた腐食性対策が必要です。これらの部品は通常、ステンレス鋼または特殊な表面処理を施した材料を使用して製造され、エクストラーダの寿命を延長します。

アプリケーション

PLAマスタバッチは、生物分解性、熱安定性、および加工性に優れているため、複数の分野で幅広い用途があります。主な適用分野には以下のものがあります。

梱包分野

使い捨て食器：PLAマスターバッチは、プレート、ボックス、スプーンなどのさまざまな形状の食器に作られます。使用後は自然環境で徐々に分解できるため、白色汚染を減らし、環境保護の理念に沿っています。

食品包装:PLAマスターバッチの優れたバリア性と衛生性により、食品包装袋、箱などの製造に使用できます。これにより、食品の鮮度と品質を効果的に保つことができ、廃棄後に生分解するため、環境に長期的な悪影響を与えることなく、持続可能な食品包装が可能になります。

ショッピングバッグ：PLAマスターバッチで作られたショッピングバッグは、高い強度を持ち、一定の重量の商品に耐えられるものです。さらに、生分解性の特性により、従来のプラスチック製の袋の理想的な代替品となり、プラスチック廃棄物の発生を減らすことができます。

繊維分野

衣服：PLAマスターバッチは繊維に紡げ、衣服を作ることができます。PLA繊維は手に触ると柔らかく、吸湿性と紫外線耐性が優れており、着心地が良いです。また、天然のしわに対する耐性もあり、衣服を良い状態に保ちます。

ホームテキスタイル：ベッドリネンやカーテンなどのホームテキスタイル製品において、PLAマスターバッチから生成された繊維がますます人気を集めています。これは、快適なユーザー体験を提供するだけでなく、家庭環境に環境に優しい要素を追加することにもなります。

医療分野

Suture: PLA masterbatch has good biocompatibility and degradability, and can be used to make sutures. After the wound heals, the suture can gradually degrade and be absorbed by the human body without the need for suture removal, reducing the patient’s pain and risk of infection.

組織工学スキャフ: PLAマスターバッチを使用して組織工学スキャフを作成することができ、細胞の成長と組織の修復を支援します。その生物分解性により、組織修復後にステントが徐々に消失し、二次的な手術による除去の手間が省けます。

薬物の持続放出キャリア：PLAマスタバッチで作られたマイクロスフィアまたはナノ粒子に薬物を封入することで、ゆっくりした薬物放出を実現し、薬物の作用時間を延長し、薬物の効能を向上させることができます。

農業

農業用フィルム：PLAマスターバッチから製造された農業用フィルムは、優れた絶縁性、保湿性、透明性を有し、作物の成長を促進します。さらに、使用後は自然に土壌中で分解され、従来の農業用フィルムのように土壌中に残留し、土壌構造や作物の成長に影響を与えません。

苗箱:PLAマスターバッチで作られた苗箱は、苗植しの際に直接土の中に埋めることができ、取り出す必要がなく、苗の根の損傷を減らし、苗箱のリサイクルや廃棄の問題を回避します。