スターチマスターバッチは、主に植物性スターチ（カッサバ、トウモロコシ、ジャガイモのスターチなど）を主原料とし、物理的または化学的に改質し、キャリア樹脂（PBAT、PLAなど）と添加剤を混合した粒状物質です。特殊な工程を経て改質された機能性マスターバッチであり、環境材料、包装、農業などの分野で広く利用されています。

特徴

生分解性

100% バイオベースの原材料は、堆肥化条件下で完全に水と二酸化炭素に分解され、EU EN13432 や US ASTM D6400 などの分解基準を満たすことができます。

劣化サイクルは短く、工業的堆肥化条件下で6〜12ヶ月以内に完全に分解されます。

加工性

熱可塑性改質により、デンプンマスタバッチは優れた熱可塑性と流動性を持ち、PBATやPEなどのポリマーと直接混合してブローフィルムや射出成形に使用できます。

低溶融インデックス（≤ 5g/10min）、広い処理温度範囲（130〜165℃）で、従来のプラスチック加工設備に適しています。

物理的特性

フィルム形成特性：生成されたフィルムは透明性が高く、表面が滑らかで、1本の（0.01mm）極薄フィルムに吹き付けることができます。

機械的特性: 引張強度 ≥ 10MPa、破断時の伸び率 ≥ 300%で、日常の包装要件を満たしています。

環境上の利点

従来のプラスチックを30％～50％置換し、炭素排出を削減します。

バイオマス含有率 ≥ 99%で、環境に優しく持続可能な開発のトレンドに沿っています。

タイプ

澱粉マスターバッチは、さまざまな分類基準に従って分類でき、以下に一般的な種類を示します。

澱粉源に基づく分類

コーンスターチマスターバッチ：主にコーンスターチから製造されます。コーンスターチは高収率と低コストを有し、スターチマスターバッチの製造に一般的に使用されるスターチ源です。このマスターバッチは流動性と加工性に優れ、プラスチック改質などの分野で広く使用されています。

じゃがいも澱粉マスターバッチ：じゃがいも澱粉から製造されます。じゃがいも澱粉の粒は大きく、ゲル化温度が低いため、これらの母粒は、低い加工温度が必要な製品に広く使用され、優れた柔軟性を備えています。

カサバデンプンマスターバッチ：カサバデンプンをベースにしたものです。カサバデンプンは高純度でタンパク質含有量が低いため、このマスターバッチは分解性能に優れています。バイオ分解性プラスチック製品によく使用されます。

添加された成分に基づいて分類する

通常のデンプンマスターバッチ：主にデンプンと少量の可塑剤、潤滑剤などの添加剤から構成され、一般的なプラスチック充填および改質に使用され、プラスチック製品のコストを削減し、その加工性能をある程度向上させることができます。

機能性でん粉マスターバッチ:

抗菌性澱粉マスターバッチ：銀イオン、ナノ酸化亜鉛などの抗菌剤を添加し、製品に抗菌性を付与します。食品包装、医療用品などの分野で使用でき、細菌の増殖を効果的に抑制し、製品の保存期間を延長します。

難燃性でん粉マスターバッチ：マグネシウム水酸化物やリン酸エステルなどの難燃剤を添加し、プラスチック製品の難燃性を向上させ、関連する安全基準に適合させます。電子機器や電気機器のケース、建築材料など、高い難燃性要件を持つ製品に広く使用されています。

耐水性澱粉マスターバッチ：シランカップリング剤などの耐水性添加剤を加えて、澱粉マスターバッチの耐水性を向上させることができ、湿気の多い環境や水と接触した状態でも優れた性能を維持できます。屋外用製品、水産養殖製品など、一定程度の耐水性が必要なプラスチック製品に使用できます。

目的別の分類

Starch masterbatch for packaging: used in the production of various packaging materials, such as plastic bags, packaging films, disposable tableware, etc. These types of masterbatch typically require good film-forming properties, flexibility, and a certain level of strength to protect packaged items and meet the packaging industry’s requirements for environmental protection and degradability.

農業用スターチマスターバッチ：主に農業用フィルムや苗箱などの農業製品の製造に使用されます。このマスターバッチには、農作物の成長を促進するために耐候性、断熱性、通気性が良好でなければなりません。また、使用後は土壌で迅速に分解できるようにすることで、環境汚染を低減する必要があります。

射出成形用スターチマスターバッチ：射出成形プロセスに適しており、おもちゃ、文房具、日用品などのさまざまなプラスチック部品の製造に使用されます。マスターバッチには、射出成形製品の品質と精度を確保するために、良好な流動性と成形性が必要です。

公式比率

異なるタイプのデンプンマスタバッチの配合比は、デンプンの原料、添加成分、用途によって異なります。以下は、一般的なデンプンマスタバッチのいくつかの配合比例の概算です。

通常のコーンスターチマスターバッチ

コーンスターチ：主成分として60％～80％を使用し、生分解性といくつかの物理的特性を提供します。

キャリア樹脂: 15% -30%で、一般的に使用されるものはポリエチレン (PE)、ポリプロピレン (PP) などであり、マスターバッチの加工性と機械的特性を向上させます。

可塑剤：グリセリン、シトラットなど、3％～10％。これらはデンプンの柔軟性と可塑性を高め、加工温度を下げます。

潤滑剤：ステアリン酸、ステアリン酸塩など、0.5％～2％。粒子間の摩擦を減らし、流動性を向上させ、型付けの付着を防ぐ。

抗菌性ポテトスターチマスターバッチ

じゃがいも澱粉: 50% -70%, 基本原料としてその特性を活用します。

キャリア樹脂: 20% -30%。具体的なニーズに応じて適切な樹脂を選択してください。

抗菌剤:銀イオン抗菌剤、ナノ酸化亜鉛など、0.5%～5%で、抗菌機能を提供します。

可塑剤: 5% -10%, これによりデンプンの加工性能と製品の柔軟性が向上します。

潤滑剤：0.5％～2％、通常のマスターバッチの潤滑剤と同じ機能を持ちます。

耐水性カッサバ澱粉マスターバッチ

カサバデンプン: 55% -75%, マスターバッチの主成分です。

キャリア樹脂: 15% -30%で、耐荷重性と性能向上に役立ちます。

防水剤：マスターバッチの耐水性を向上させるためのシランカップリング剤など、3% -10%

可塑剤: 3% -8%で、デンプンに良好な加工特性をもたらします。

潤滑剤：0.5％～2％で、滑らかな加工を確保します。

難燃性射出成形用スターチマスターバッチ

デンプン（さまざまな種類のデンプンと混合可能）：40％～60％、ある程度の分解性と基本的な特性を提供します。

キャリア樹脂: 20% -30%。射出成形品の要件に応じて適切な樹脂を選択してください。

難燃性:マグネシウム水酸化物、リン酸エステルなどを15%～30%含有させ、所定の難燃性レベルを達成します。

可塑剤：3％～8％、でん粉と樹脂の加工性能を向上させます。

潤滑剤: 0.5% -2%。射出成形プロセス中の材料流れと型抜きを支援します。

上記の配合比は参考のためのものであり、実際の生産では、特定の生産設備、工程条件、および製品の性能要件に基づいて調整や最適化が必要となります。

生産プロセス

デンプンマスタバッチの生産プロセスには、原料の準備、混合、プラスチケ化押出、冷却顆粒化などのステップが含まれます。以下に具体的な紹介をします。

1. 原料の準備

澱粉処理: 使用する澱粉の種類に応じて、トウモロコシ澱粉、じゃがいも澱粉、カサバ澱粉などを選択します。澱粉を乾燥させ、水分含量を一定の範囲にまで減らします。通常、水分含量は10%未満にする必要があり、過剰な水分が原因で発生する気泡や劣化といった問題を回避できます。

添加物の調製：キャリア樹脂、可塑剤、潤滑剤、抗菌剤、難燃剤など、配合物に従ってさまざまな添加物を正確に量ります。添加物の品質と純度が生産要件を満たしていることを確認します。

2. ミキシング

前混合:乾燥したデンプンと添加物を高速ミキサーで混合し、各成分の初期均一分散を実現します。前混合時間は一般的に10〜15分であり、攪拌速度は原材料の特性と装置の性能に応じて調整され、通常は毎分500〜1000回です。

混合: 事前に混合された材料は、混合機でさらに混合され、プラスチケ化されます。混合機の温度、速度、および時間が重要なパラメータとなります。一般的に、温度は120〜180℃の間で制御され、速度は毎分30〜60回、混合時間は10〜20分です。混合により、デンプンと添加剤が完全に均一に混合され、一定の可塑性と流動性を有する均一な材料が形成されます。

3. プラスチケ化押出

混合された材料をプラスチケ化および押出のためにツインスクリュー押出機に入れます。ツインスクリュー押出機は、混合および運搬能力が優れており、高温高圧下で材料をさらにプラスチケ化し、均一に混合することができます。

エクストラーダの温度設定は通常、フィードセクションからマシンヘッドまで段階的に上昇する複数のセクションに分けられます。フィードセクションの温度は一般的に100～120℃、中間セクションの温度は140～160℃、マシンヘッドの温度は160～180℃です。スクリュースピードは、材料の特性と生産要件に応じて調整され、一般的に毎分100～300回です。

押出プロセス中、材料はねじの押し力によって前方に移動し、同時にせん断力と摩擦力にさらされ、完全にプラスチケ化して混合します。連続的なストリップまたはシート材料を機械ヘッドのダイ口を通して押し出します。

4. 冷却凝結

空冷または水冷：押出された材料は、空冷または水冷によって冷却され、形状が付けられます。空冷は、熱を除去して材料を急速に冷却するための空気の対流を利用する方法であり、水冷は、材料を水タンクを通して冷却するプロセスで、冷却速度が速いです。しかし、材料の急激な冷却によって生じる内部応力や表面の欠陥を防ぐために、冷却水の温度を制御することが重要です。

粒化: 冷却された材料を粒化機で粒化し、一定のサイズの粒にカットします。粒化機のツール速度とカット長は、必要な粒子サイズに合わせて調整されます。一般的な粒子サイズは、2〜5ミリメートルの間です。

5. スクリーニングと包装

Screening: The starch masterbatch after granulation is screened through a vibrating screen to remove particles that are too large or too small, ensuring the uniformity of the product’s particle size. The mesh size of the sieve is selected according to product requirements, and the commonly used mesh size is between 20-60 mesh.

梱包: スクリーニング後に品質を確認した澱粉マスターバッチは、水分吸収や汚染を防ぐために密封されます。梱包材には、一般的に耐湿性に優れたプラスチック袋や複合材料の梱包袋が使用され、包装物に製品名、仕様、製造日、保存期間などの情報が記載されます。

生産プロセスでは、異なるタイプの澱粉マスターバッチの特性と要件に応じて、プロセスパラメータを最適化および調整することが必要です。これにより、製品の品質と安定した性能を確保できます。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、正常な運転を確保し、効率的で安定した生産を実現することができます。

生産設備

デンプンマスタバッチを生産する設備には、主に原料加工設備、混合設備、押出設備、冷却設備、顆粒化設備、およびスクリーニングおよび包装設備が含まれます。以下に具体的な紹介をします。

1. 原材料加工設備

乾燥機:澱粉原料の水分を減らすために使用されます。一般的な乾燥機には、気流乾燥機、流動化床乾燥機などがあります。気流乾燥機では、高速の熱気流によって澱粉粒子を浮遊させ、乾燥させ、乾燥速度が速くなります。流動化床乾燥機では、熱気によって形成される流動化状態で澱粉を乾燥し、均一な乾燥効果が得られます。

2. ハイブリッド機器

高速ミキサー：各種添加物と澱粉の予備混合に使用されます。高速回転する攪拌刃により、短時間で一定の均一混合を実現し、その後の混合および押出加工の基礎を作ります。

内部ミキサー：事前に混合された材料のさらなる混合とプラスチケーション。内部ミキサーのローターは特殊な形状を持ち、強いせん断効果と混合効果を生成でき、高温と高圧下で澱粉と添加剤を完全に均一に混合し、良好な可塑性と均一性を有する材料を形成します。

3. 押出設備

ツインスクリュー練り出し機: これは、デンプンマスターバッチ生産のための主要な設備の一つです。この機器には、材料を効率的に運搬、混合、プラスチケ化し、練り出すことができる二つの連動するスクリューが備わっています。練り出し機の温度、速度、スクリューの組み合わせなどのパラメータを適切に設定することで、材料は練り出しプロセス中に理想的なプラスチケ化効果と均一性を実現し、製品の品質を確保できます。

4. 冷却装置

空気冷却システム：ファン、エアダクトなどから構成され、押し出された材料の熱を強制空気流れによって取り除き、素早く冷却して固化させます。空気冷却システムは構造がシンプルで操作が簡単であり、冷却速度が特に高くない状況に適しており、材料の急速冷却により生じる内部応力や表面の欠陥を効果的に回避できます。

水冷システム：通常、水タンクや循環水ポンプなどの部品が含まれます。押出製品は、水タンクを通じて冷却されます。水の高い比熱容量により、冷却速度は空冷よりも速くなり、生産効率を向上させることができます。しかし、製品品質を確保するために冷却水の温度を制御することに注意する必要があります。

5. 顆粒化装置

グラニュレーター：押出機の出口または冷却装置の後ろに設置され、冷却されたストリップやシート材料を一定のサイズの粒子に切断するために使用されます。グラニュレーターの切断速度と切断長さは、必要な粒子サイズに応じて調整でき、さまざまな製品の粒子サイズ要件を満たすことができます。

6. スクリーニングおよび包装設備

振動スクリーン：粒化後にスターチマスターバッチをスクリーニングし、大きすぎるまたは小さすぎる粒子を除去し、製品の粒子サイズの均一性を確保するために使用されます。振動スクリーンは、振動モーターによって振動を生成し、粒子を跳ねさせ、スクリーン上でふるいにかけます。製品の要件に応じて、さまざまなメッシュサイズのスクリーンを選択できます。

パッキング機:スクリーニング後に適格なデンプンマスタバッチをパッキングするために使用されます。一般的なパッキング機には、自動計量パッキング機、真空パッキング機などがあります。自動計量およびパッキング機は、一定の重量の製品を正確に計量し、パッキングすることができ、パッキングの効率と正確性を向上させます。真空パッキング機は、高い湿気および酸化防止性が必要な製品に適しており、製品の保存期間を延長できます。

関連する要件

エクストラーダは、デンプンマスタバッチを生産するための重要な装置であり、そのパラメータ設定は製品の品質と生産効率に大きな影響を与えます。以下は、エクストラーダの一般的なパラメータ設定です。

温度設定

供給セクション：一般に100〜120℃で設定されます。この領域は、材料を加熱して最初に軟らかくするために使用され、高温による早期のデンプンのゲル化を防ぎ、その後の加工に影響を与える可能性があります。

中部：温度は通常140～160℃の間で制御されます。中部では、材料はさらにプラスチケ化し始め、デンプンと添加物が徐々に均一に混合されます。適切な温度は、材料の流動性と可塑性を向上させるのに役立ちます。

ヘッド部:ヘッド温度は一般的に160〜180℃です。高い温度では、材料が押出時に良好な流動性を持ち、機械ヘッドから押出しが容易になるとともに、製品の表面が滑らかになり、欠陥が減少します。

ねじ回転速度の設定

ねじの回転速度は、材料の特性と生産要件に応じて調整されます。一般的には、100～300回転/分です。低い回転速度では、材料の徹底的な混合とプラスチケーションに有利ですが、生産効率は低くなります。高い回転速度では生産量を増やすことができますが、材料のせん断過熱や製品品質に影響を与える可能性があります。実際の生産では、回転速度、製品品質、および生産量のバランスを特定の状況に応じて見つける必要があります。たとえば、粘度の高いデンプン材料の場合、過度のせん断を防ぐために回転速度を適切に低くする必要があります。流動性の良い材料の場合、回転速度を適切に上げて生産量を増やすことができます。

ねじトルク設定

ねじトルクは、押出加工中にねじが負担する荷重を反映します。これは、材料の粘度、充填量、ねじの回転速度などの要因に関連しています。適切なねじトルク設定により、押出加工の安定性と製品品質を確保できます。一般的に、ねじトルクの範囲は、材料の特性と設備の性能に応じて設定する必要があり、通常は設備の定格トルクの30%から70%の間です。トルクが高すぎると、ねじの摩耗やモーターの過負荷などの問題が発生する可能性があります。また、トルクが低すぎると、材料の不完全なプラスチケーションや不十分な押出量を示す可能性があります。

圧力設定

供給口圧力: 供給口圧力は、供給中に材料に過剰な抵抗を与えないように低いレベルに保たれます。これにより、供給の滑らかさに影響が出る可能性があります。通常、入口圧力は0.5〜1.5 MPaの間に設定されます。

ヘッド圧:ヘッド圧は、押出材料の密度と製品の寸法精度を確保するために重要です。一般的なヘッド圧は5～15MPaの間に設定されます。ヘッドのスロットル装置または金型構造を調整することで、ヘッド圧を適切な範囲内で制御できます。ヘッド圧が高すぎると、金型の摩耗が増し、材料の押出が困難になる場合があります。また、圧力が低すぎると、製品に気孔や不均一な表面などの欠陥が生じる可能性があります。

エクストラーダのパラメータを設定する際には、澱粉原料の種類、添加剤の配合、製品の品質要件、設備の性能などの要因を総合的に考慮する必要があります。複数の実験と調整を通じて、安定した効率的な生産を実現するために最適なパラメータ組み合わせを見つける必要があります。

アプリケーション

スターチマスターバッチは、複数の分野で幅広い用途があり、主な適用分野には次のものがあります。

プラスチック産業

充填の変更：プラスチックに澱粉マスタバッチを添加することで、プラスチックの製造コストを削減することができます。また、澱粉を添加することにより、プラスチックの加工性能を向上させることができます。例えば、ポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）などの一般的なプラスチックに適量の澱粉マスタバッチを添加すると、プラスチック製品の硬さと剛性を向上させることができ、同時に優れた靭性を維持することができます。

生分解性:澱粉は自然に生分解可能な高分子材料であり、プラスチックに澱粉マスターバッチを添加することで、一定の生分解性をもたらすことができます。時間が経つにつれて、澱粉は自然環境内の微生物によって分解され、プラスチック製品が徐々に分解され、環境汚染が軽減されます。この生分解性プラスチックは、包装や農業用フィルムなどの分野で広い適用可能性を持っています。たとえば、澱粉ベースの生分解性プラスチック袋は使用後、土壌内で迅速に分解され、白色汚染を軽減します。

繊維産業

変性後、スターチマスターバッチは繊維サイジング剤として使用できます。ヤーンの表面に均一なスラリー膜を形成し、ヤーンの強度、耐摩耗性、滑らかさを向上させ、織りの際のヤーンの破断率を低減し、織り効率と生地品質を向上させます。従来の化学サイジング剤と比較して、スターチベースのサイジング剤は優れた生分解性と環境友好的性を有します。

織物仕上げ剤：織物仕上げに使用される澱粉マスターバッチから作られた仕上げ剤は、織物の手触り、柔らかさ、そして落ち感を向上させることができます。同時に、澱粉仕上げ剤は、織物に一定の耐皺性と吸湿性を与え、着用時の快適性を向上させることができます。例えば、綿織物の仕上げでは、澱粉仕上げ剤を使用することで、織物がより柔らかく滑らかになり、吸汗性と通気性が向上します。

製紙業

ペーパーエンハンサー：デンプンマスタバッチは、製紙原料に添加してペーパーエンハンサーとして使用できます。ペーパー中のセルロース繊維と相互作用し、水素結合を形成することで、紙の引張強度、破裂強度、引っ張り強度などの強度特性を向上させます。文化紙や包装紙などのさまざまな種類の紙の製造において、適切な量のデンプンマスタバッチを添加することで、紙の品質と性能を効果的に向上させることができます。

表面サイジング剤：紙の表面サイジングに使用されるスターチマスターバッチは、紙の表面に均一な接着フィルムを形成し、紙の表面強度、滑らかさ、印刷性を向上させます。この接着フィルムの層は、印刷プロセス中に紙が毛や粉を落とすのを効果的に防ぎ、印刷品質を向上させます。また、スターチベースの表面サイジング剤は、紙の耐水性を向上させ、湿気の多い環境でも良好な性能を発揮できるようにします。

その他の地域

In the agricultural field, starch masterbatch can be used to prepare agricultural water retaining agents. The water retaining agent made by copolymerizing or blending starch with some hydrophilic polymer materials has good water absorption and retention properties. It can absorb and store a large amount of water in the soil, slowly release it for plant absorption and utilization, thereby improving the soil’s water retention performance, reducing irrigation water consumption, and promoting plant growth. In addition, starch masterbatch can also be used to prepare biodegradable agricultural films, providing environmentally friendly covering materials for agricultural production.

In the pharmaceutical field, starch masterbatch can be used to prepare drug sustained-release carriers. By encapsulating drugs in starch based materials, utilizing the biodegradability and controllable degradation rate of starch, slow drug release can be achieved, prolonging the drug’s action time and improving its efficacy. Meanwhile, starch masterbatch can also be used as a medicinal excipient for tablet molding, disintegration, and other purposes. For example, in some oral tablets, starch acts as a disintegrant, which can rapidly disintegrate the tablet in the gastrointestinal tract, releasing the drug components for easy absorption by the human body.