潤滑剤マスターバッチは、プラスチック合成業界の静かな主力です。データシートに見出すとほとんどないのに、高い充填率を持つポリプロピレン合成物が900 kg/hで動作するか600 kg/hで停止するか、硬質PVCプロファイルラインが同じスクリューで18ヶ月も持つか9ヶ月後に再フライトが必要か、ブローワンフィルムダイが12時間のクリーンな出力を生み出すか90分ごとに劣化したドロールのビードが出るかなど、潤滑剤パッケージは、後回しのものから第一次的な配合変数へと変化してきました。2026年には、合成業者が充填量をさらに高め、予測不可能なレオロジーを持つリサイクル原料に移行し、エネルギーコストと炭素排出量の目標を達成するために特定のエネルギー消費量を削減しようとすると、この謙虚な潤滑剤パッケージは、後回しのものから第一次的な配合変数へと変化してきました。
このガイドは、コンパウンドメーカー、マスターバッチ製造業者、押出プロセスエンジニア、および技術的な購買担当者に向けて書かれています。彼らは、潤滑剤マスターバッチが実際にバレル内でどのような働きをするのか、ワックス、アミド、ステアート、シリコーン、フッ素ポリマーの化学物質のどれを選ぶべきか、レジンの百分の何パーセントで投与するべきか、また、マスターバッチ自体を破壊せずに回転共同ツインスクリュー押出機で製造する方法について理解する必要があります。Kerkeは、並列回転ツインスクリュー混合押出機に特化したWanplasの工場であり、KTEシリーズラインを70カ国以上のマスターバッチ製造業者に供給しており、ここで説明するプロセスウィンドウは、色、充填剤、添加剤、ケーブル混合アプリケーションにおけるその実践経験を反映しています。
この記事を読み終えたら、業界名ではなく機能別に潤滑剤マスターバッチを指定できるようになり、投与量の変更がトルクと摩擦係数にどのような影響を与えるかを予測できるようになります。また、ワックスパッケージを剥離させずに分散させるスクリュー構成を設計し、スクリューの滑り、プレートアウト、金型の滴り、ブローミング、シール強度の低下などの最も一般的な現場故障を、その症状から診断できるようになります。
Lubricant Masterbatchとは何か、そしてコンパウンドメーカーがそれをなぜ信頼しているのか
潤滑剤マスターバッチとは、摩擦を調整する添加剤を濃縮してペレット化したもので、通常、ポリマーキャリアに分散した5～30％の有効潤滑剤を含み、ベース樹脂に1～5％添加して、制御されたスリップ、離脱、および粘度低下をもたらすように設計されています。純粋な潤滑剤を原料の状態で正確かつ安全に計量することはほぼ不可能であるため、このようなマスターバッチが存在します。例えば、ワックスは細粉またはフレークとして供給され、ホッパーに橋渡りすることがあります。脂肪アミドは静電気と粉じん性を持ち、金属ステアレートは呼吸器刺激物です。また、フッ素ポリマーの処理補助剤は、直接添加するにはあまりにも低い濃度で供給されるため、ほとんどのグラビメトリックフィーダでは計量精度を超える必要があります。
これらの有効成分をペレットに封入することにより、四つの問題を同時に解決できます。 まず、粉状の粉を、480～560 kg/m³のボルク密度を有する自由に流れるペレットに変換します。このペレットは、ホッパー内のベース樹脂と同様の挙動を示します。 第二に、添加物をあらかじめ分散させることで、下流のコンバータの単軸エクストラーダー（ツイン軸コンパウンドヤーよりも混合能力がはるかに低い）は、既に分散された添加物を分散させるだけで済み、凝集体を分散させる必要がなくなります。 第三に、ステアレートとアミドの粉埃を吸入することによる作業者の被ばくを防ぎます。 Fourth, it allows precise, repeatable dosing at let-down ratios that a volumetric or loss-in-weight feeder can hold to within plus or minus 0.5 percent.
潤滑剤パッケージの3つの機能
実践者はしばしばすべての摩擦改善剤を同じように扱いますが、よく設計された潤滑剤マスターバッチは、三つの異なる役割を果たし、それらの比率が、一般的な製品とエンジニアリング製品を区別します。
- 粘度低減（内部機能） 潤滑剤は溶融体に部分的に溶解し、ポリマー鎖間の自由容積を増加させ、絡み合い密度を低下させる。 その結果、与えられたせりあげ速度でより低い表面せりあげ粘度、kWh/kgのより低い特定エネルギー投入、およびより低い溶融温度が得られます。 これはトルク制限された機械でスループットを解除する機能です。
- 金属放出（外部機能） 潤滑剤はマトリクスと熱力学的に不適合であるため、相分離し、最も高エネルギーの界面（バレル、ねじ、ダイスの鋼）に移動します。 数百ナノメートル厚の境界膜は、ポリマーの接着を防ぎ、板状成長を制御し、劣化した黒点を生成する停滞領域を排除します。
- 表面の滑りやすさと摩耗に対する耐性（使用中の機能）。 部品が製造された後、表面に残留する潤滑剤は、静的摩擦係数と動的摩擦係数を低下させ、バッグの開閉を容易にし、輸送性を向上させ、自動車内装部品の擦り傷を軽減し、凹凸面の傷や擦り傷の防止を促進します。
これらの三つの機能はしばしば対立します。溶融粘度を低減するのに優れた潤滑剤は、定義上マトリクスと相性が良いため、金属離脱フィルムを形成するのに不向きです。表面に強く膨張して摩擦係数を低く抑える潤滑剤は、保管中にも膨張し、印刷性を破壊する可能性があります。調合技術の鍵は、二つまたは三つの化学物質をブレンドすることで、全ての三つの機能をカバーできるようにすることです。
潤滑剤マスターバッチが最も重要になる場所
すべての合成物質に潤滑剤パッケージが必要とは限りません。未充填のポリエチレンフィルムグレードの場合は通常そうではありません。潤滑剤マスターバッチが経済性を決定的に変えるアプリケーションは、摩擦が高い、せん断が激しい、またはポリマーの内在的な滑りが悪い場合です。
- 50～80％のカルシウムカーボネート、タルク、またはバリウム硫酸が含まれた高充填度のポリオレフィン化合物で、フィラーと金属、またはフィラーとフィラー間の摩擦がトルク特性を決定するもの。
- 硬質PVC、これは溶融強度の余裕がなく、局所的なせり出し熱によって溶融温度が約205℃を超えると急速に劣化します。PVCの配合は、主に潤滑剤のバランスをとる作業です。
- PA6、PA66、PC、PBT、POMなどのエンジニアリング用熱可塑性樹脂は、高い溶融粘度と高い加工温度により、熱い金型に強い付着やこびりつきが生じます。
- ガラス繊維強化合成物, ここで研磨繊維の端がバレルライナーを削り、潤滑油の膜がネジ部品の寿命を守る主要な要素です。
- リサイクルポリオレフィンおよび混合後消費者流, そこで汚染、劣化した鎖末、および一貫しない溶融流動指数により、加工窓が狭くなり、不安定になります。
- 木塑複合材料, ここでセルロース繊維は潤滑剤を吸収し、必要な用量は鉱物入り化合物の数倍になることがあります。
これらのセグメント全体では、パターンは一貫しています。正しく投与された潤滑剤マスターバッチは、生産能力を向上させ、溶融温度を8～20℃下げ、モーター負荷を8～25％低下させ、ツールの交換間隔を延長します。これらすべてを実現する添加剤は、ほとんどありません。しかも、それらの添加剤は、製品の相対コストに占める割合が低～中程度であるため、コスト面でも有利です。
内部潤滑と外部潤滑: 機構の説明
内部と外部の区別は、潤滑剤技術において最も有用な概念であり、その根拠はひとつの変数にある。それは、潤滑剤とポリマー組成物の相性であり、実践的には溶解度パラメータの一致と分子の極性によって表現される。 内部潤滑剤は部分的に溶け、溶融体内で作用する。外部潤滑剤は不溶性であり、溶融体と金属の境界面で作用する。 「間違った潤滑剤」が原因とされるほぼすべての加工問題は、実際には内部対外部比の誤りによるものです。
内部潤滑が分子レベルでどのように機能するか
内部潤滑剤は、ホストポリマーと十分に似た分子構造を持ち、無定形相に溶解します。ポリオレフィンでは、これは長い脂肪族炭化水素鎖を意味し、PVCでは、脂肪鎖に中程度の極性エステル基が付いていることを意味します。溶解した後、潤滑剤の分子はポリマー鎖の間に空間を占有し、自由ボリュームを増加させ、鎖ごとの物理的な絡み合いの数を減らします。マクロスケールでの結果としては、ゼロ回転摩擦粘度が低下し、粘度-回転率曲線が平坦になります。
混合ラインにおける良好な内部潤滑の実用的な特徴は明確です。モーターのアンペア数が減少します。ダイの溶融温度が、時には劇的に、ツインスクリュー押出機における溶融加熱の大部分がバレルヒーターからの伝熱ではなく、粘性による散熱であるために低下します。出力キログラムあたりのkWhとして測定された特定のエネルギー消費量は、通常、0.20から0.28 kWh/kgのベースラインから、満タンのポリオレフィンで0.16から0.22 kWh/kgに低下します。散熱は粘性と剪切速度の二乗に比例するため、粘性が15％減少しても、高いスクリュー速度では比例しない熱利益が得られます。
内部潤滑剤の限界も同様に明確です。溶解性であるため、これらは大量に残っており、金属に境界膜を形成しません。内部化学成分だけで潤滑された化合物は、冷たくて滑らかですが、依然として金型地に付着し、ドロールを生成し、カレンダーロール上に板状物を形成します。
外部潤滑がインターフェースでどのように機能するか
外部潤滑剤が選ばれるのは、それが不適合であるためです。溶融と運搬の際、不適合種は、熱力学的排除と、低粘度の副相を壁に向けて引きずり込むせきグラデーションによって、バルクから排除されます。溶融の数L/D内では、薄い連続的な潤滑剤の膜がバレルとねじの表面を覆います。この膜の粘度はバルク溶融よりもはるかに低いため、壁スリップが発生します。溶融はもはやスリップ無し境界条件に従わなくなり、界面で測定可能なスリップ速度が発生します。
ウォールスリップは二刃の剣である。それはねじに対する抵抗を減らし、バレル壁で摩擦熱の発生を抑え、ダイ出口でシャークスキン溶融破裂の発生を遅らせ、停滞領域での付着を防ぐ。しかし、過剰なウォールスリップは輸送効率を破壊する。単ねじエキストラクターでは、出力は摩擦流に依存し、その摩擦流は溶融物がバレルに付着し、ねじにスリップすることに依存する。もし溶融物が両方にスリップすれば、出力が低下し、機械が急激に動く。これが古典的な過剰投与症状の物理的な起源である：オペレーターはトルク問題を解決するために潤滑剤を多く加え、エキストラクターが急激に動き出し、スループットを失うようになる。
バランスポイントと、それが製品固有である理由
硬質PVCはバランスを最も明確に示すため、全体の配合物はこれに基づいて設計されています。ステアリン酸カルシウムは主に内部潤滑剤として機能し、強力な共安定化および融合促進効果を発揮します。パラフィンワックスはほぼ純粋に外部的に働き、融合を遅らせ、金属の放出を促します。酸化ポリエチレンワックスと低分子量PEワックスは、酸化度によって極性が設定され、その結果内部と外部の比率が決まります。融着が早すぎる硬質PVC配合物は焦げて黄色くなり、融着が遅すぎると未融着の原子が残って、脆いパイプが形成され、落下衝撃試験に不合格となります。潤滑剤パッケージは融着時間を設定し、融着時間はトルクリヒメーターで直接測定されます。
| 特徴 | 内部潤滑剤 | 外部潤滑剤 |
|---|---|---|
| マトリクスとの互換性 | 部分的に溶ける;溶解度パラメータが一致する | 不溶性; 設計上の極性の不一致 |
| 主要な作用場所 | ポリマー鎖間の大量溶融 | 金属への溶接インターフェイス、境界膜 |
| 溶融粘度への影響 | 大幅に削減、通常 10–30% | バルク粘度のほとんど変化なし |
| 壁滑りの影響 | 最小限 | 強力; 測定可能なスリップ速度を導入 |
| 融着時間に対する影響（PVC） | 融合を短縮し、ゲル化を促進 | 融合を遅らせ、早期のせん断を減少させます |
| 溶融温度への影響 | 減少した放熱により8〜20℃低下 | わずかに低下し、3〜8℃、壁摩擦の低下により |
| 過剰投与のリスク | 機械的強度の低下、プラスチケ化効果 | ねじのスリップ、急激な動き、プレートの外れ、ブローミング |
| 典型的な化学物質 | グリセリンモノステアレート、脂肪酸エステル、ステアリン酸カルシウム、低分子量のPEワックス | パラフィンワックス、酸化PEワックス、EBS、金属石鹸、シリコーン、フッ素樹脂PPA |
| 印刷性と密封性への影響 | 一般的に中立 | 移動する場合は著しく劣化する可能性があります |
潤滑剤の化学特性比較: ワックス、アミド、ステアレート、シリコーン、およびPPA
潤滑剤マスターバッチの有効成分の大部分を占める化学系はおよそ6つあり、それぞれ内部・外部軸、熱安定性軸、移行軸において異なる位置を占めています。正しく選択するには、これらすべてを基材ポリマー、加工温度、最終用途の要件と合わせる必要があります。
ポリエチレンワックスおよび酸化されたPEワックス
低分子量のポリエチレンワックスは、通常、数平均分子量が1,000～5,000 g/molのもので、滴融点が100～130℃のものであり、ポリオレフィンや充填物を含む化合物における最も広く使用されている汎用潤滑剤です。未変化のPEワックスは非極性であり、ポリエチレン系では主に内部潤滑剤として、PVCやエンジニアリング樹脂などの極性系では外部潤滑剤として働きます。PEワックスは酸基と炭酸基を有し、酸価が通常15～30 mg KOH/gの範囲であり、極性を高め、顔料や充填剤の浸潤性を向上させ、PVCにおける内部潤滑剤としてのバランスを変えます。
PEワックスは、フィラーマスタバッチの製造において特に有用です。75～80％の負荷で使用される炭酸カルシウムマスタバッチは、鉱物表面をコーティングし、高い充填率の溶融体の有効粘度を低下させ、フィラーと金属の摩耗を防ぐワックスパッケージがなければ、合理的な生産能力で混合することができません。フィラーマスタバッチにおける典型的なワックス添加量は、総マスタバッチ重量の1～3％であり、特異表面積が高い非常に細かいグレードでは、より高い添加量となることがあります。
脂肪酸アミド: エルカミド、オレアミド、ステアラミド、およびEBS
脂肪酸アミドは、フィルム用途における主な滑剤です。融点が約78～82℃のC22単結合アミドであるエルカミドは、長い鎖のため、ゆっくりと制御された移動と持続的な低摩擦係数をもたらすため、ポリエチレンフィルムの主要な成分です。C18のアナログであるオレアミドは、より速く移動し、より速く摩擦係数が低下しますが、より揮発性であり、過剰な発色を起こしやすくなります。ステアラミドは飽和であり、より耐熱性ですが、滑剤としては効果が低いです。
エチレンビスステアアミド（EBS）は、化学的に異なるものであり、家族の中で最も多用途のアミドです。融点が140～145℃であり、熱安定性が300℃を上回るため、EBSはポリアミド、ポリカーボネート、およびPBTの加工に十分な安定性を備えています。重要なことに、EBSは常温ではほとんど移動しませんので、膨張せず、コロナ処理を損なわず、熱シール強度を損なわないのです。EBSは、金属離着性、顔料分散の支援、およびわずかな内部潤滑効果を提供します。エンジニアリング樹脂の混合工場では、0.2～0.8 phrのEBSが通常の選択肢となります。
ステアレート（金属）: カルシウム、亜鉛、マグネシウム、バリウム
金属系石鹸は、潤滑と二次的な機能を兼ね備え、特定のシステムにおいて欠かせないものとなっています。ステア酸カルシウムは最も一般的で、内部潤滑剤として、ポリオレフィン中の触媒残留物を中和する酸消去剤として、およびPVCの共安定剤として機能します。ステア酸亜鉛はより強い外部性を持ち、金型離型剤やブロック防止剤として広く使用されていますが、PVCでは、分解時に生成する亜鉛塩が亜鉛燃焼という強力な触媒を引き起こすため、慎重に使用する必要があります。ステア酸マグネシウムは、よりよい色安定性を備え、同様の潤滑効果をもたらします。バリウムと鉛系石鹸は、RoHS、REACH、および地域的な重金属制限に対応して、カルシウム亜鉛およびオルガノチニン系にほとんど置き換えられています。
マスターバッチ形態の金属ステアレートは、通常10～25％の有効負荷で使用されます。 ステアレート粉末のバルク密度は非常に低く、200 kg/m³を下回ることが多いため、標準的な重量式フィーダを使用してツインスクリューのメインポートに確実に供給することはできません。標準的な解決策は、ツインスクリューのクラマーフィーダによるサイド充填ですが、Kerkeのクラマーフィーダとサイドフィーダオプションは、このクラスの低バルク密度粉末向けに設計されています。
シリコーン：液体、ゴム、シリコーンマスターバッチ
超高分子量のポリジメチルシリコネートは、ポリオレフィンまたはエンジニアリングキャリアに40～50％のマスターバッチとして供給され、独自のニッチを占めています。シリコーン液体とは異なり、容易に移動して塗装や印刷作業で汚染の問題を引き起こすのに対して、高分子量のシリコングムは、マトリクスにほとんど留まりながら、表面摩擦係数を劇的に低減させることができます。通常、0.50から0.15以下までとなり、優れた耐摩耗性、傷つきに対する耐性、および傷に対する耐性を発揮します。
シリコーンマスターバッチは、自動車内装部品、配線を通す際に簡単に引き抜くことが必要なケーブルジャケット、摩耗に敏感なPOMおよびPA歯車とブッシュ、低い挿入力が必要な医療用チューブに最適な潤滑剤です。また、高い充填率とガラス繊維を使用した合成物の流動性を向上させ、2～4％のマスターバッチレットダウンで注入圧力を10～20％低減することができます。相対的なコストは高から高級品まで幅広く、一般的な用途としてではなく、その性能がそれを正当化する場合に採用されます。
フッ素ポリマー処理補助剤（PPA）
PPAは、従来の意味では潤滑剤ではないため、別の取り扱いが必要な特殊なケースです。フッ素高分子の処理助剤、例えばポリオレフィンベアラーに2～5％配合されたビニリデンフッ化物-ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素エラストマーは、ダイの溝面に動的なフッ素高分子層を形成することで働きます。ポリエチレンはフッ素高分子との接着性が極めて低いため、ダイの壁面で溶融が滑り、シャークスキン溶融破裂を生じさせるスティックスリップ振動を起こしません。
PPA は、バルク溶融の粘度を測定可能に変化させず、モータトルクを低下させず、ねじを潤滑しません。その効果は、線形低密度ポリエチレンフィルムラインを、溶融破裂が発生する前に 2 ～ 3 倍の高いせん断速度で走行させること、金型内の蓄積をなくすこと、金型ラインの欠陥を減少させること、および色変化時間を短縮することです。有効濃度は非常に低く、最終樹脂中の有効フローパラフィンの濃度は 300 ～ 800 ppm で、これは 4% のマスターバッチの 1 ～ 2% のレートダウンに相当します。調整時間（フローパラフィンが金型をコーティングする期間）は、起動時には通常 30 ～ 90 分かかります。注意しておくべき点は、特定のフローパラフィン化学物質は、REACH およびさまざまな国家のパーフルオロアルキル物質イニシアチブの下で規制の厳しい目にさらされており、いくつかのサプライヤーは、ポリエチレンジオール化学物質またはアクリレートブロック共重合体に基づく非フッ素化ポリマー処理補助剤を代替として提供していることです。
| 潤滑剤の種類 | 融点/安定性 | 内部/外部バランス | 典型的な用量（phr） | 最も適しています | 相対コスト |
|---|---|---|---|---|---|
| パラフィンワックス | 50–70 °C; ~230 °C まで安定 | 強く外部化 | 0.2–1.0 | 硬質PVCパイプとプロファイル、融着遅延 | 低 |
| PEワックス（非極性） | 100–130 °C; ~280 °C まで安定 | 外部はPVC、内部はポリオレフィン | 0.3–2.0 | フィラーマスターバッチ、カラーマスターバッチ、PVC | 低 |
| 酸化PEワックス | 105〜125 °C、酸価 15〜30 | バランスが良く、PVC内側に傾いています | 0.2–1.5 | 顔料の湿潤、PVC、高充填系 | 低～中 |
| エルカミド (C22) | 78–82 °C; 250 °C 以上では揮発性 | 外部、強い移動性 | 0.05–0.30 | PEおよびPPフィルムのスリップ、バッグの開閉 | メディア |
| オレアミド（C18） | 68–75 °C; 230 °C 以上で揮発 | 外部での高速移行 | 0.05–0.25 | 高速COF開発、薄膜 | メディア |
| EBS（ビスステアアミド） | 140–145 °C; 300 °C 以上で安定 | バランスが良く、移行しません | 0.2–0.8 | PA、PC、PBT、ABS、印刷可能フィルム | メディア |
| ステアリン酸カルシウム | 145–155 °C; ~300 °Cまで安定 | 内部、加えて酸除去 | 0.1–1.0 | PVC、ポリオレフィン触媒の中和 | 低 |
| ステアリン酸亜鉛 | 120〜130 °C | 外部、型抜け | 0.1–0.6 | ポリオレフィン、ABS; PVC には注意が必要 | 低 |
| シリコーンゴムマスターバッチ | 300℃以上で安定 | 外部、低移行 | 1.0–4.0 (マスターバッチとして) | 摩耗部品、ケーブルジャケット、自動車内装 | 高い |
| フッ素ポリマー PPA | 300℃以上で安定 | Die インターフェイスのみ | 0.03–0.08 アクティブ | LLDPEおよびmLLDPEフィルム、溶融破断 | プレミアム |
| グリセリンモノステアレート | 58–65 °C | 内部、静電気防止対応 | 0.3–1.5 | PVC、PS、静電気防止の二重機能 | 低～中 |
キャリア樹脂の選択と濃度設計
そのキャリア樹脂は、不活性包装ではありません。 これは、マスターバッチが顧客の工程で分散するかどうか、有効成分が混合工程で生き残るかどうか、そしてマスターバッチが最終部品に不適合性の欠陥をもたらすかどうかを判断するものです。 基準は、エンド化合物のベースポリマーと同一であるか、完全に混ざせるものであること、およびその溶融流動度指数が、それを下流に流すプロセスに適合していることです。
溶融流動指数の一致
一般的なフィールドの故障は、非常に高い溶融流動性を持つベアラー（例えば40 g/10 minのポリプロピレン）で作られた潤滑剤マスターバッチが、2 g/10 minのパイプグレードのポリプロピレンに流し込まれる場合です。粘度の不一致が非常に大きいため、マスターバッチの相は優先的にせん断され、均一に分散しません。経験則として、基材樹脂のMFIと同じISO 1133条件で試験した場合、ベアラーのMFIは大体3～5倍以内に保つことが重要です。射出成形の場合、わずかに高いベアラーMFIも許容でき、むしろ有益です。フィルムおよびパイプ押出の場合は、より近いマッチングが必要です。
ユニバーサルと専用キャリア
低密度ポリエチレンとエチレンビニルアセテート共重合体は、低融点のため添加物を添加する際に温度を低く抑えることができ、また幅広い相溶性のためPE、PP、および一部のスチレン系樹脂での使用が可能であるため、半万能キャリアとして広く使用されています。しかし、ポリプロピレン部品にPEキャリアを使用すると、透明度が低下し、薄膜中にゲル状の不純物が生じる可能性があり、剛性もわずかに低下します。厳しい用途では、専用キャリアを使用することで在庫管理の複雑さを補うことができます。PP化合物用のPPホモポリマーキャリア、ポリアミド用のPA6キャリア、PBT用のPBTキャリア、および硬質PVC用のPVCと相溶性のアクリルまたは塩化エチレンキャリアなどです。
エンジニアリングプラスチックの場合、キャリアの選択は加工温度によって制限されます。260～280℃で加工されるポリアミド合成物は、PEをキャリアとしたマスターバッチを使用しても、目立つ含有物が生じたり、溶接ラインの強度が低下するため使用できません。PA6キャリア上のEBS、または低融点のコポリアミドキャリア上のEBSは適切な構造です。
ワックス結合とキャリアフリー構造
第三のアプローチでは、潤滑剤自体を結合剤として使用します。60～90％の有効成分を含む高濃度の潤滑剤を、少量のPEワックスで結合し、水中または空冷のダイ面システムでペレット化することで、キャリア汚染を最小限に抑えます。これらの製品は、外来ポリマーが許容できない場合に使用されます。たとえば、光学グレードのポリカーボネートや単一ポリマーのリサイクル可能な包装構造などです。これらの製品を生産するには、混合ラインでの非常に注意深い熱管理が必要です。なぜなら、この材料はほとんど溶融強度を持たないからです。
| ターゲットベースポリマー | 推奨キャリア | Carrier MFI ガイド | 優先アクティブ | 混合溶融温度 |
|---|---|---|---|---|
| LDPE / LLDPEフィルム | LDPE または LLDPE | 2–8 g/10 分 | エルカミド、PPA、PEワックス | 150–185 °C |
| PP ホモポリマー/コポリマー | PP ホモポリマー | 8–35 g/10 分 | エルカミド、EBS、ステアリン酸Ca | 180～215 °C |
| 硬質PVC | アクリル加工助剤またはCPE | MFI レート未定 | パラフィン、酸化PEワックス、ステアリン酸Ca | 165–185 °C |
| PA6 / PA66 | PA6またはコポリアミド | 粘度数が一致 | EBS、モンタンエステル、シリコーンゴム | 240–270 °C |
| PC/PC-ABS | PC または SAN | ベースにマッチ | ペンタエリトリトールテトラステアレート、EBS | 250–275 °C |
| POM | POMコポリマー | ベースにマッチ | シリコーンゴム、PTFE微粉末 | 185〜200 °C |
| TPU / TPEケーブルジャケット | TPU または EVA | 岸に合わせた | シリコーンゴム、EBS、モンタンワックス | 175–200 °C |
| 木塑複合材 | HDPEまたはPP | 0.5–4 g/10 分 | ステアリン酸亜鉛と酸化PEワックスのブレンド | 160–185 °C |
phrでの投与窓と摩擦係数目標
配合量は、ほとんどの潤滑剤マスターバッチプログラムの成功または失敗を決める要素であり、正しい答えは常に活性潤滑剤の重量％で表されます。phr単位で計算すると、製造者はマスターバッチの濃度を考慮しなければなりません。また、10％から20％の濃縮物に切り替えながら同じ放出比を維持し、その結果、投与量を倍にするという古典的な誤りを防ぐことができます。
摩擦係数曲線の読み取り
摩擦係数は、ASTM D1894およびそのISO相当規格で説明されているスLED法により測定され、静的COF（動きを開始するために必要な力）と動的COF（それを維持するために必要な力）の両方が報告されます。未処理のポリエチレンフィルムでは、通常、静的COFは0.45から0.80の間です。これは、自動バッグングマシンで袋が開かないほど高い値です。エルカミドを添加すると、特有の用量反応曲線が得られます。COFは0.05から0.12phrの間で急激に低下し、その後、0.15から0.20phrの平坦な台地に落ち着きます。この値以下の添加ではほとんど利益が得られませんが、さらに添加することで、ブルーミング、ヘイズ、およびシールの劣化がさらに進みます。
この台地を理解することは商業的に重要です。多くのコンバーターは、カーブを決してマッピングしないために、2倍の過剰投与を行います。0.04、0.08、0.12、0.16、0.20 phrで簡単なラダートライアルを実施し、制御された温度で24時間、72時間、7日間の老化を経た後にCOFを測定すると、カーブの膝が特定され、通常、機能の損失なくスリップエージェントの消費量を30～50％削減することができます。
時間依存性と老化効果
移動性滑剤はすぐに作用しません。アミドはバルクから表面へ拡散する必要があり、その速度は温度、ポリマーの結晶性、膜の厚さ、および競合する添加剤の存在に依存します。LLDPE膜中のエルカミドは、23℃で24時間以内に最終COF低減の約60％に達し、72時間以内に85％に達し、5～10日で完全な均衡をとることが一般的です。高い保管温度はこれを促進します。暖かい状態で保管されたロールコアは、過剰な滑りを生じてテレスコピングを引き起こす可能性があります。逆に、締め付けが緩い状態で冷蔵庫に保管された膜は、1週間後に合格するはずの入庫COFテストに失敗することがあります。これは、回避可能なサプライヤー間の紛争の頻繁な原因となります。
競争力も重要です。ダイアトーム地、合成シリカ、タルクなどの抗結塊剤は、その高い表面積にアミドスリップ剤を吸着します。天然シリカ抗結塊剤を2,000～5,000 ppm含有するフィルム処方では、同じCOFに達するには、未充填の対照よりもかなり多くのエルキュアミドが必要となり、高気孔率のダイアトーム地の吸着量は、処理された表面を持つ沈殿シリカよりも大きくなります。
| アプリケーション | アクティブ潤滑剤 | 有効量（phr） | マスターバッチの流下 | Target Kinetic COF | 主なメリット |
|---|---|---|---|---|---|
| LLDPE吹き付けフィルム、袋詰め | エルカミド | 0.08–0.15 | 5％のMBの1.5〜3.0％ | 0.15–0.25 | バッグの開閉、巻き取り制御 |
| BOPP 印刷可能フィルム | EBS plus 低エルサミド | 0.10–0.25 | 1.0–2.5% of 10% MB | 0.25–0.35 | インク付着の損失なしのスリップ |
| 80% CaCO3フィラーマスターバッチ | PEワックスとステアリック酸 | 1.0–3.0（フィラー時） | 内蔵されており、失望させません | 該当なし | スループット、フィラーの浸透 |
| 硬質PVCパイプ | パラフィン + 酸化PEワックス + カルシウムステアレート | 0.8–1.6 合計 | ドライブレンド投与 | 該当なし | 融合制御、プレートアウトなし |
| 30％ガラス製 PA66 | EBSまたはモンタンエステル | 0.3–0.7 | 1.5–3.5% of 20% MB | 該当なし | 金型の剥離、ネジの摩耗 |
| POMギヤおよびベアリング | シリコーンゴム | 0.8–2.0 アクティブ | 2.0–4.0% of 50% MB | 0.08–0.18 | 摩耗率、騒音、トルク |
| mLLDPEストレッチフィルム | フッ素ポリマー PPA | 0.03–0.08 | 1.0–2.0% of 4% MB | 変更なし | 溶融破裂の除去 |
| WPCデッキ | ステアリン酸亜鉛 + 酸化ワックス | 3.0–6.0 | 4.0–8.0% of 60% MB | 該当なし | Pressure, surface finish |
摩耗減少：トルク、特定エネルギー、ネジとバレルの寿命
摩耗の軽減は、正しく調合された潤滑剤マスターバッチの最も目に見えないが、最も経済的に重要な利点です。スクリューやバレルの交換は、生産が数日間停止する大規模なイベントであり、費用もかかります。そのメカニズムは単純です。プラスチック押出機における摩耗速度は、接触圧力、スライディング速度、温度、および合成物の研磨性の関数であり、潤滑剤はこれらの四つの変数のうち三つに同時に影響を与えます。
複合型エクストラーダの3つの摩耗機構
充填および強化された化合物では、研磨摩耗が主役を演じます。 硬い粒子（モース硬度6程度のガラス繊維末、焼成カオリン、タルク中の石英不純物、酸化チタン、アルミニウムトリヒドロキシド）が、高圧下でフライト面とバルブライナーを引っ掻き回されます。 各パスでは、微小な金属量が削り取られます。 濾材が多く含まれた潤滑なしのポリアミドでは、3,000回の運転時間ごとに0.1～0.2mmの飛行面摩耗は珍しいことではありません。適切に設計された潤滑剤膜を使用すると、同じ材料でも、放出量の低下や溶融品質に問題が生じる許容範囲を超えるラジアルクリアランスが生じるまで、2～3倍長く運転できます。
粘着摩耗は、ポリマーが金属に付着し、硬化または変質し、その後、金属を引きずって剥がれることで発生します。 これは、PVCネジに時々見られるピッティングの原因です。 外部潤滑剤は初期接着を防ぐため、何十年にもわたって代替品が存在したにもかかわらず、パラフィンワックスは硬質PVCにおいて代替され得ないものとなっています。
耐食性摩耗は、酸性の分解生成物から生じます。PVCからは塩化水素、EVAからは酢酸、ポリオレフィンからは残留した触媒酸です。 酸剤として働く金属ステアレート、特にカルシウムステアレートは、酸が鋼材に到達する前に中和することで、腐食を直接抑制します。 ニトリ化されたバレルはこれに対応しにくく、ニッケル・クロム・ボロンの被覆を備えたバイメタルライナーはこれに対応しやすく、KerkeはKTEシリーズの機械でハロゲン化されたまたは腐食性の充填剤を使用する場合に標準でバイメタルバレルライナーを採用しています。
トルクとエネルギーのメリットを数値化する
特定エネルギー消費量は、混合ラインにおける潤滑剤の効果を測定する最もシンプルでクリーンな指標です。これは、キロワットで計測されたモータ出力から、ノーロード損失を引き、キログラム/時間の出力で割って算出されます。KTEシリーズの共同回転式ツインスクリュー押出機で、最適化されたワックスパッケージを使用せずに、典型的な70％のカルシウムカーボネートフィラーマスターバッチは、0.24から0.30 kWh/kgで稼働します。最適化されたパッケージを使用すると、同じ製剤は通常0.17から0.21 kWh/kgで稼働し、機械が熱制限ではなくトルク制限にあったため、解放されたトルクは同じスクリュー速度で12から20％の高い出力に直接変換されます。
熱による利点はさらに大きくなる。金型での溶融温度が下がることにより、添加物の揮発が減少し、ポリマーの劣化と黄変が抑えられ、ストランド浴槽または水中のペレタイザーへの冷却負荷が軽減され、ストランドの破損のリスクが低下します。熱に敏感な化合物をペレタイズするラインでは、溶融温度が15℃低下すると、安定した8時間の運転と絶え間なくストランドが破損するという差が生じます。
| コンパウンドタイプ | 研磨性クラス | 潤滑剤なしのSEC (kWh/kg) | 最適化されたパッケージを備えた SEC | 推奨されるバレル/ねじ金属学 |
|---|---|---|---|---|
| 未充填 LDPE カラーマスターバッチ | 低 | 0.13–0.18 | 0.11–0.15 | ニトリド化 38CrMoAlA |
| 70～80％のCaCO3フィラーマスターバッチ | 中高 | 0.24–0.30 | 0.17–0.21 | 二金属ライナー、粉末金属製ねじ部品 |
| 30% ガラス繊維 PA66 | 非常に高い | 0.28–0.36 | 0.22–0.28 | 二金属ライナー、タングステンカーバイド面装備の要素 |
| 65% ATHケーブルコンパウンド | 高い | 0.26–0.33 | 0.19–0.24 | 二金属ライナー、耐食性素材 |
| 硬質PVC乾燥混合物 | 中性、腐食性 | 0.16–0.22 | 0.12–0.17 | クロムメッキまたはニッケル・クロム・炭素合金のオーバーレイ、反方向回転を推奨 |
| WPC 55% 木粉 | 中程度、高摩擦 | 0.22–0.29 | 0.16–0.21 | 二金属ライナー、深層運搬部品 |
機械側からの耐久性設計
潤滑は摩耗を軽減しますが、正しい機械仕様の必要性を排除することはありません。KTEシリーズのツインスクリュー押出機では、Kerkeは研磨作業に対処するため、次の手段を組み合わせています。交換可能な二金属ライナーを備えたセグメント化されたバレル。摩耗したゾーンのみを交換することができるため、全スクリューの廃棄ではなく、個々の要素の交換が可能です。摩耗が集中する高剪切力の混練ブロックでは、粉末金属学または工具鋼の要素を使用します。さらに、コンピュータ支援によるスクリュー設計により、剪切力を一箇所に集中させるのではなく、より長い軸方向に分散させます。適切な潤滑剤パッケージと組み合わせると、これらの手段により、一般目的のニトリ化構造で同じ研磨剤配合を使用する場合と比較して、主要なスクリューの改修間隔を大幅に延長することができます。
溶融破裂、ドロール制御、プレートアウト制御
三つの表面および工具の欠陥（溶融破裂、金型の滴下、プレート形成）が押出加工における予定外のライン停止の大部分を占めており、これらのすべてはポリマーと金属の界面における潤滑剤の挙動によって直接制御されています。それぞれの物理的特性を理解することで、同じ添加剤を使用するという一般的な誤りを回避できます。
溶融破裂：スティックスリップ不安定性
熔融破裂は、最初にシャークスキンとして、押出物表面に細かいマットな粗さとして現れ、その後、高いせん断速度で大きな歪みとして現れます。 それは、溶融物が金型内のノースリップ状態から金型外の自由表面状態への激しい再配置を経て、金型出口で起こります。 表面の引張応力が溶融体の緩和能力を超える場合、表面が定期的に裂ける。 発生する臨界壁せん断応力は、ほとんどのポリエチレンでは約0.10～0.20MPaであり、分子量分布が狭いメタロセン製品は特に影響を受けやすく、これは長鎖の枝分かれが少ないためです。
実用的な対策は、溶融温度を上げる、出力を下げる、および処理補助剤を追加することです。前者の二つの方法は、スループットまたは品質を犠牲にします。フッ素ポリマーのPPAは、金型の表面を低表面エネルギー層でコーティングすることで、溶融物が滑らかに流れ出るようにし、付着や破損を防ぎます。調整の挙動は重要です。新しい、完全に清掃された工具を使用して起動後、フッ素ポリマー層が確立され、シャークスキンが消えるまで30～90分かかります。表面積が大きい顔料、特に酸化チタンとカーボンブラックは、フッ素ポリマーと競合し、通常のPPA用量の1.5～2倍が必要になることがあります。
ドロール:蓄積問題
ダイの周りに蓄積されるもの、ダイの構造形成、ダイの唇の形成、またはダイの出口付近に形成されるものを「ダイの汚れ」または「ダイの付着」と呼ぶ。これは、ダイの出口付近に膜状の付着物が定期的に剥がれて製品を汚染する現象である。これは、いくつかの要因が重なり合って発生する。それは、溶融物が自由表面から発散する低分子量成分、不適合添加剤が相分離して付着すること、揮発物が凝結すること、および低粘度成分の摩擦により壁に向かって移動することである。
潤滑剤の選択は両方の面で問題を引き起こします。過剰に使用された移動型外部潤滑剤は、唾液の最も一般的な原因の一つです。フィルム中のエルキュアミド過剰またはPVC中のパラフィン過剰は、1時間以内に目に見える丸いものを作り出します。逆に、適切な潤滑剤、特にフッ素ポリマーPPAまたはよくマッチした酸化ワックスは、停滞領域が最初から形成されるのを防ぎ、唾液を排除します。どのような状況が適用されるかを診断するには、堆積物を分析する必要があります。アミドが豊富で柔らかく、白い堆積物は、スリップエージェントの過剰使用を示します。硬く、暗い、酸化された堆積物は、停滞および劣化の問題を示し、リリース指向の潤滑剤で解決できます。
ロール、カレンダー、および金型へのプレートアウト
Plate-outとは、添加残留物の薄い膜がカレンダーロール、エンボスロール、冷却ロール、および射出成形金型の表面に沈着する現象です。PVCのカレンダリングでは、これは慢性的な問題であり、通常は潤滑剤、安定剤、およびあらゆる充填剤の表面処理の相性不適合によって引き起こされます。ステアリン酸亜鉛とステアリン酸カルシウムは、残留酸性または互いに反応して不溶性の物質を形成し、沈着します。典型的な診断法は、一つずつの成分を変更することです。典型的な予防策は、潤滑剤の総量を溶解限界以下に維持し、強く相性の悪い外部潤滑剤を高用量で組み合わせないことです。
注射成形では、プラットアウトは空洞内に曇った膜として現れ、部品表面に移行し、最終的に換気口を塞ぐ。移動性のある潤滑剤を減らす、移動しないEBSや高分子量のシリコーンに切り替える、換気を改善する、そして金型温度を下げるなどの対策が効果的です。
実用的なルール：起動時に不具合がすぐに現れ、稼働時間が経つにつれて悪化する場合は、潤滑剤の過剰投入や相性の問題を疑います。高出力時または切断速度が上昇した後に不具合が現れる場合は、界面潤滑不足や処理補助剤の欠如を疑います。
潤滑剤マスターバッチ生産のためのツインスクリュー混合パラメータ
潤滑剤マスターバッチの製造は、色や充填剤のマスターバッチの製造とは根本的に異なります。この違いは、色素分散に関するロジックをワックスシステムに適用する多くの合成業者を混乱させます。色素分散には、凝集体を分解するための激しいせん断が必要ですが、潤滑剤の組み込みではその逆が求められます。なぜなら、有効成分は低融点で、熱的に脆弱で揮発性であり、過剰なせん断はそれらを溶融体からバレル壁に押し出し、摩擦を生じさせるだけだからです。
基本原則：低固有エネルギーでの分散混合
ワックスとアミドは70〜145℃で溶融し、どのようなキャリアの処理温度よりもはるかに低い温度です。これらを分散させる必要はありません。均一に分散させ、その後、ペレットに固定する必要があります。したがって、スクリュー設計の目標は、最小の分散力をもつ最大の分散混合であり、目標の比熱量入力は非常に低く、通常はワックスまたはアミドマスターバッチの場合は0.10〜0.16 kWh/kg、カーボンブラック濃縮物の場合は0.22〜0.30 kWh/kgです。
これは、Kerke KTEシリーズの共同回転ツインスクリューラインにおけるいくつかの具体的な設計決定を促進します。
- アミドおよびワックス系では、長さ対直径比が36～44 L/Dです。 32 L/Dより短い場合は、優しい溶融、下流への添加、および脱揮発化に十分な長さがなくなります。48 L/Dより長い場合は、滞留時間が不必要に長くなり、揮発性アミドの熱損失のリスクが高くなります。
- 長いゾーンではなく、二つの短いこねるゾーン。 最初の段階は、8～12 L/D付近に位置し、45度の前方の練りブロックを使用してキャリアを溶かします。 第二段階では、20～24 L/D程度で、狭いディスク状の練りブロックまたは歯状の混合素子を使用して添加物を配分します。 90度の中立ブロックまたは逆方向のブロックは、溶融シールが真空ベントの前で必要な場合を除き、避けること。
- 潤滑油の下流側供給。 主ホッパーにワックスとアミドを供給すると、固体輸送ゾーンで溶け、ペレットをコーティングし、給与器のブリッジングとスクリューのスリップを引き起こします。 キャリアが完全に溶融した後、14〜18 L/Dのツインスクリューフィーダーを通して投入することは正しい方法であり、通常、20％以上の安定した生産量を上げることができます。
- 26～32 L/Dで0.06～0.09 MPaの絶対圧で真空脱溶性処理を行い、湿気、残存の遊離脂肪酸、低沸点分を除去します。これらを除去しなければ、ペレットの気孔性や下流のスクリューの滑りを引き起こす可能性があります。
- 200～400 rpmのねじ回転速度 通常のマスターバッチの実験よりも低い値である。これは、先端の速度がせん断熱を制御するためであり、分散させるものがないからである。 多くのワックスマスターバッチプログラムは、52～65 mmのマシンで250～300 rpmで最も効果的に実行できます。
バレル温度プロファイルの設計
潤滑剤マスターバッチの温度プロファイルは特徴的に平坦で冷たいものであり、しばしば意図的に冷却された供給部とダイに向かってわずかに傾斜している。冷却供給ゾーンの目的は、ホッパーの口部分で添加剤の早期溶融を防ぐことです。これは、これらの製品で最も一般的な供給不安定性の原因です。
| バレルゾーン | 関数 | PE-Wax MB on LDPE | エルカミド Slip MB on LLDPE | EBS MB on PA6 |
|---|---|---|---|---|
| フィード口 | 固体物の輸送、ブリッジの発生を防止 | 水冷式、25～40℃ | 水冷式、20～35℃ | 水冷式、30～45°C |
| ゾーン 1–2 (4–8 L/D) | 予熱、軟化 | 130〜150 °C | 140〜160 °C | 200–230 °C |
| ゾーン 3–4 (8–14 L/D) | 溶融、最初の練りブロック | 160〜175 °C | 170～185 °C | 240–255 °C |
| ゾーン 5 (サイドフィード、14～18 L/D) | 添加物の導入 | 160〜170 °C | 165–178 °C | 235–250 °C |
| ゾーン 6–7 (18–26 L/D) | 分散混合 | 155–168 °C | 160〜175 °C | 235–248 °C |
| ゾーン 8 (真空バルブ、26～32 L/D) | 脱離化 | 150–165 °C | 158–170 °C | 230–245 °C |
| ゾーン9：死ぬ (32–40 L/D) | 圧力の蓄積、ストランドの形成 | 150–162 °C | 155–168 °C | 235–250 °C |
| 溶融温度 | ダイアダプタで測定 | 165–180 °C | 172〜190 °C | 245–262 °C |
| ねじ速度 | 共回転、52〜75 mmクラス | 250〜350 rpm | 220〜320 rpm | 300–450 rpm |
| 特定のエネルギー目標 | kWh/kgの出力 | 0.10–0.15 | 0.10–0.14 | 0.18–0.24 |
ペレティングの選択
潤滑剤マスターバッチをペレット化することは、見た目以上に困難です。製品の溶融強度が低く、滑らかな表面を持っているためです。 水冷式ストランドペレタイジングは、溶融強度が十分なエンジニアリングキャリア上のEBSやステアレート濃縮物に適しています。 ワックスが豊富で粘度が低い処方の場合、糸は水浴中に生き残れず、ダイフェイスカットが必要となります。 Kerkeの切断システムポートフォリオには、水冷式ストランド、空冷式ストランド、空冷式ダイフェイスホットカット、水リングダイフェイスカット、偏心式水ミストカット、完全水中グラナレーションなどがあり、製剤に合わせたペレタイジング方法を実現でき、固定されたペレタイザーに合わせるのではなく、製剤に合わせたペレタイジング方法を選択できるようになっています。
非常に高いワックス含有量の場合、ウォーターリングまたは偏心式ウォーターミスト型のカットにより最良の結果が得られます。ペレットはまだ柔らかい状態でカットされ、制御された水フィルムによって冷却されるため、ストランドの破断やペレットの凝集の両方を回避できます。下流では、振動式脱水装置、遠心乾燥機、および短い流動層冷却装置を使用することで、大きなバッグ内で暖かいワックス入りペレットがブロックに凝結するという典型的な問題を回避できます。
マシンのサイジングに関するガイダンス
| KTE モデルクラス | ねじ径 | 典型的なL/D | 推奨油剤 MB 出力 | 典型的な役割 |
|---|---|---|---|---|
| KTE-16 / KTE-20 ラボクラス | 16–20 mm | 40–48 | 1–10 kg/h | 製剤試験、phrラダー研究 |
| KTE-36 クラス | 36 mm | 36–44 | 80–180 kg/h | パイロットスケール、小規模生産の特殊グレード |
| KTE-52 クラス | 52 mm | 36–44 | 250–500 kg/h | 中量の添加マスターバッチ |
| KTE-65 クラス | 65 mm | 36–44 | 450–900 kg/h | 標準的な商用スリップおよびワックス MB |
| KTE-75 / KTE-95 クラス | 75–95 mm | 36–48 | 900–2,500 kg/h | 大量の商品用潤滑剤濃縮物 |
| KTE-135D クラス | 135 mm | 40–52 | 3,000 kg/h 以上 | 大規模な混合ラインと充填ライン |
出力数値は目安であり、製剤、添加剤濃度、キャリア溶融流動性、およびペレット化方法によって大きく左右されます。 Kerkeの慣例は、生産スクリュ構成に移行する前に、実験用ツインスクリュエキストラクターで製剤試験を行うことです。そのため、KTEの製品ラインと並んで、実験用機器が重要な位置を占めています。 一度の処理で対応できない製剤の場合—例えば、非常に高いワックス含有量のために、ペレタイザーでの溶融温度を極めて低くする必要がある場合—KTE-SEの二段階のマザー・ベイビーシステムでは、混合を圧力生成から分離し、第一段階のツインスクリューで低圧で混合し、第二段階のシングルスクリューで低い溶融温度でダイ圧を生成します。
下流プロセスによるアプリケーションガイド
正しい潤滑剤マスターバッチは、ポリマーだけでなく、お客様の加工プロセスによっても定義されます。それぞれのプロセスでは、摩擦速度、滞留時間、工具の形状、表面要件の異なる組み合わせが求められます。 以下の内訳は、主要な変換ルートを網羅しています。
吹き付けおよび鋳造フィルム
フィルムは最も潤滑剤に敏感な用途であり、製品は薄く、表面と体積の比率は極めて高く、下流の操作（印刷、ラミネート、シール、袋詰め）はすべて表面化学と相互作用します。 要件は通常、スリップ、アンチブロック、および溶融破断制御に分けられ、それぞれを単一の組み合わせ製品ではなく、個別に調整できるように、別々のマスターバッチとして供給することが一般的です。 エルカミドは滑りを防ぎ、合成シリカまたはタルクはブロックを防ぎ、PPAは溶融破裂を防ぎます。 どれか一つを過剰に投与すると、他の二つは劣化し、三つを固定比で混合した単一の濃縮物では、フォーミュレーターは最適化することができなくなります。
印刷またはラミネートされる部分では、移動性アミドを封じる必要があります。多くのコンバーターは、印刷された構造物中のエルウカミドの最大量を0.06から0.10 phrに設定し、スリップを補正するためにEBSまたは共挿層構造の非印刷側に小さなシリコーンを添加します。実際のところ、共挿層は優れたソリューションです。スリップ剤を必要な部分だけの外部シーラント層に入れ、印刷層を清潔に保ちます。
パイプとプロファイル押出
硬質PVCパイプと窓プロファイルの生産は、古典的な潤滑剤バランス調整アプリケーションであり、乾燥混合レシピには通常、3～5種類の異なる潤滑剤が含まれます。主要なプロセス指標は融合レベルであり、通常、圧力パイプでは60～75％のゲラ化を目標としており、PVCパイプの場合はメチレンクロライド浸漬試験、または差分走査量熱計で検証されます。外部潤滑剤が多すぎると融合が遅れ、未融合粒子が残って硬くなったパイプが生成されます。少なすぎると、早期の融解、高い摩擦、HClの発生、黄変を引き起こします。PVCパイプ用に使用されるツインスクリュー押出機は、通常、共同回転ではなく、円錐形または並列対向回転であるため、潤滑剤パッケージの熱安定性は重要です。
ポリオレフィンパイプの場合、潤滑剤の必要量はかなり少なくなりますが、PE-RTおよびPE-100パイプコンパウンドの場合でも、ダイ圧を低減しダイラインを排除するために少量のワックスを添加することで利益が得られます。Wanplasグループ内では、Faygoがこれらのコンパウンドを変換するパイプおよびプロファイル押出ラインを供給し、Kerkeがそれらを生成するツインスクリュー混合ラインを供給しています。両段階で同じ潤滑剤の原則が適用されます。
射出成形
注射成形では、潤滑剤は三つの役割を果たします。注入圧力と充填時間を低減し、金型からの取り出しを改善し、摩耗用途では、使用中の摩擦係数を低下させます。流れ長さが壁厚の200倍を超える薄壁パッケージでは、高摩擦ゲート領域の表面粘度を低下させる内部潤滑剤が大きな利点となります。ガラス入りエンジニアリング部品では、取り出しにはEBSまたはモタン酸エステルを、摩耗にはシリコーンを使用します。
射出成形における主な注意事項は、溶接ラインの強度です。過剰な潤滑剤は、流動面の前部に集中し、その結果、溶接ラインに集中します。溶融面の両方の間で放出剤として働き、溶接ラインの引張強度を15～30％低下させる可能性があります。編組ラインを持つ構造部品では、総潤滑剤を最小有効量に保ち、移動しない化学物質を選択することをお勧めします。
繊維および不織布
4:1以上の引き比率と3,000m/min以上の取り込み速度でポリプロピレン繊維を紡ぐ場合、優れた溶融清浄性と安定した流動性が求められます。 ここで使用される潤滑剤マスターバッチは少量で使用され、通常は高度に精製されたEBSまたはメタロセンワックスを低用量で使用します。粒子状の汚染や未溶解の添加物が含まれていると、スピンパックでフィラメントが破損します。 Kerkeのテキスタイルマスターバッチの適用分野は、細かいろ過、高いL/Dスクリュー構成、および慎重な真空脱溶剤化によって、フィラメント内に空洞を生じさせる可能性のある揮発性物質を除去し、溶融物をクリーンに保つことを目指しています。
ケーブルとワイヤ
ケーブルジャケット用合成樹脂、特にハロゲンフリーの難燃性グレードは、60％以上のアルミニウムトリヒドロキシドまたはマグネシウムジヒドロキシドで充填されており、加工性を高めるために、大量の潤滑剤に依存しています。 フィラーの充填により粘度が非常に高くなり、ワックスとステアレートのパッケージがなければ、商用ライン速度で成分を押し出すことはできません。 シリコーンゴムマスターバッチを使用することで、ジャケットの外部摩擦係数を低下させ、インストーラが長いケーブルを配管内に引き込む際に緊張を少なく抑えることができます。 これらの化合物は引火性試験にも合格する必要があるため、潤滑剤は限界酸素指数を低下させたり、過剰な煙を生じさせたりしないように選定する必要があります。
品質管理、試験、および規制への準拠
潤滑剤マスターバッチは、その一貫性次第でしか良いものとは言えません。なぜなら、下流のコンバータでは、アクティブ成分のバッチ間の変動を補う実用的な方法がありません。堅牢な品質システムは、入荷原料の管理、製造中のモニタリング、完成品の試験、および規制文書の作成という四つの柱に支えられています。
入力および処理中の制御
ワックスは、溶融点、浸透硬度、酸価（酸化した場合）、および色を確認する必要があります。アミドは、溶融点、遊離アミン含有量、不飽和品種の場合のヨウ素価、および水分を確認する必要があります。金属ステアレートは、金属含有量、遊離脂肪酸、水分、乾燥時の減少量を確認する必要があります。ステアレートは、水を容易に吸収するため、その後に粒子の気孔性やねじの滑りを引き起こすことがあります。
KTE シリーズのライン上で最も有用な二つの連続信号は、定格トルクの％としてのモータトルクとスクリーンチェンジャーでの溶融圧力です。定常の供給速度で変動するトルク信号は、ほとんど常に添加物供給の問題や水分量の変化を示します。浸入式プローブで測定された溶融温度は、フラッシュマウントセンサーよりも正確な値を示します。また、温度がゆっくりと上昇している場合は、スクリュの摩耗や真空システムの汚れが考えられます。
完成品のテスト
| テスト | メソッドの基盤 | 検出対象 | 典型的な受け入れアプローチ |
|---|---|---|---|
| 溶融流動速度 | ISO 1133 / ASTM D1238 | アクティブコンテンツの漂流、キャリアの劣化 | 参照バッチ周辺の狭い帯域内 |
| アクティブコンテンツの測定 | 重量測定またはFTIRによる溶媒抽出 | 投与精度、給料装置の校正誤差 | 定義された許容範囲の内の名目値 |
| 灰分含量 | ISO 3451 | 金属ステアレートおよび無機フィラーのレベル | 製剤から算出 |
| 水分 | カール・フィッシャー法または乾燥による減量 | ペレットの気孔率のリスク、下流の空洞 | エンジニアリングキャリアの低 ppm 目標 |
| 摩擦係数 | ASTM D1894 | 老化後の機能的な滑り性能 | 固定老化後、標準のレタードフィルムで測定 |
| 熱重分析 | ISO 11358 | 混合中の添加損失、劣化の開始 | 参照曲線との比較 |
| 差分走査熱量計 | ISO 11357 | 添加物溶融熱吸収量により、同一性と濃度を確認 | 範囲内のピーク位置とエンタルピー |
| フィルター圧力値 | 単位質量あたりのスクリーンパック圧力上昇 | 未溶解の添加剤、ゲル、汚染 | 固定メッシュ上の定義された閾値以下 |
| ペレットのバルク密度とサイズ | ISO 60およびふるい分析 | 顧客への供給行動 | 参照ロットと一致 |
規制枠組み
潤滑剤添加物は複数の重複する規制体制の下にあり、コンパティビリティの宣言は通常マスターバッチ製造者が行います。RoHSでは鉛、カドミウム、水銀、六価クロムが制限されており、これらはかつてはPVCの潤滑剤安定剤として使用される鉛およびカドミウム石鹸に含まれていました。REACHではトン数の上限を超える物質の登録が義務付けられており、非常に重大な懸念を抱く物質に関する義務が課されています。いくつかのフッ素化された処理補助剤と特定のフッ素界面活性剤残留物は現在積極的な検討対象となっており、非フッ素化された代替品への関心が高まっています。
食品接触用途では、さらに別の要件が課されます。食品接触用材料で使用できる潤滑剤とその最大許容レベルは肯定リストで定められており、最終製品ではなくマスターバッチで全体的および特定の移行限度を確認する必要があります。エルカミド、oleamide、EBS、ステアリン酸カルシウム、およびほとんどのPEワックスは、主要な管轄地域で食品接触用としての地位を確立していますが、証明の責任は製品全体の配合を文書化することです。中国のGB 4806シリーズの国家規格は国内市場向けに該当する要件を定めており、GB/T法は一般的に試験のために指定されています。
最後に、一部のアプリケーションには追加の制限があります。医療機器では生体適合性の評価が必要であり、おもちゃでは特定の物質に関する制限が適用されます。また、自動車のインテリアでは霧化と揮発性有機化合物の排出量に関する制限が適用され、これらの制限により、揮発性の低分子量アミドやパラフィンワックスの使用が制限されます。霧化試験は、自動車用化合物でオレアミドからEBSや高分子量のモンタンエステルへと切り替えることの一般的な理由です。
潤滑剤マスターバッチユーザー向けトラブルシューティングガイド
ほとんどの潤滑剤関連の現場問題は、いくつかの特定のパターンに分類でき、正しい診断は、症状が投与量、出力、または温度の変化に伴っていつ現れるかに注目することによって行われます。以下の表は、一般的な症状とその考えられる原因、および経験上最も効果的であると判明した改善策を示しています。
| 症状 | 最も可能性の高い原因 | 診断チェック | 是正措置 |
|---|---|---|---|
| 出力が急激に増加し、安定しないアンペア | 外部潤滑剤の過剰投与によりネジがスリップする | 放出を半減し、1回の滞留時間内に観察します | 外部潤滑剤を削減し、内部化学物質へのバランスをシフトし、供給口を冷却する |
| White waxy bead at the die lips | 溶解限界を超えるアミドまたはパラフィン | 手数料を徴収し、溶融エンドターム用のDSCを実行します | 減らす移動式潤滑剤、用量の一部をEBS、研磨用金型面に切り替える |
| 金型に硬い黒い沈殿物、黒い点 | 停滞と熱的劣化、放出不足 | 型に傷や死区がないか確認し、溶融温度をチェックします | PPAまたは酸化ワックスを追加または増加させ、工具を再研磨し、溶融温度を下げてください |
| 高速ライン速度でのシャークスキン | 臨界値を超える壁せん断応力 | 出力を20％減らす。不良が解消された場合は、溶融破裂である。 | フッ化ポリマー PPA を 300–800 ppm の活性量で投入し、調整時間を与える |
| PPA が動作していません | アンチブロック剤や色素剤による拮抗、または不十分な調整 | シリカのブロック防止とTiO2のレベルを確認し、クリーンなスタートからの稼働時間を確認します | PPA を 1.5–2 倍に増やし、高表面積のアンチブロックを削減し、コンディショニングを延長する |
| 24 時間後に COF が高すぎる | 移行時間が不十分またはアンチブロックにアミドが吸着している | 72時間と7日後に、制御された温度で再テストする | エルカミドをわずかに増やし、より速く移行するオレアミドブレンドに切り替えたり、シリカを減らす |
| COF が低すぎて望遠鏡が転倒する | スリップ過剰量と温度管理 | コア、中部、および外部ロールの位置でCOFを測定します | 曲線の膝の線量を減らし、倉庫の温度を制御する |
| 印刷後にインクの付着不良 | コロナ処理後の移動性アミドの低減した表面エネルギー | 治療後すぐに、そして7日後に再度Dyneテストを実施します | 0.10 phr以下のカプルアミドは、共押出しでシーラント層に移動し、EBSを使用します |
| 弱いヒートシール | シールインターフェースでリリース層として機能する潤滂剤 | 溶剤でシール領域を拭き、シール強度を再テストします | シーラント層の移動スリップを減らすため、移動しない化学物質を使用する |
| カレンダーまたはエンボスロールでのプレートアウト | 不適合な潤滑剤・安定化剤・充填剤の組み合わせ | 単変数除外試験 | 内部と外部の比率を再調整し、互換性のない金属ソープを高用量で混合しないようにします |
| 脆弱なPVCパイプ、衝撃に弱い | 過剰な外部潤滑剤による不完全溶融 | メチレンクロライド浸漬試験またはDSCゲラティングレベル | パラフィンを減らし、内部潤滑剤を増やし、溶接ゾーンの温度を上げる |
| 袋内のペレットの詰まり | 暖かい状態で梱包された、高いワックス含有量、粘着性のある表面 | バギング時のペレット温度を測定 | 流動層冷却を追加し、乾燥器の滞在時間を延長し、軽量の防結塵処理を検討する |
| ペレットの空隙と気孔 | 除去されていない水分または揮発性脂肪酸 | 真空レベルとベントポートの詰まりを確認します | 真空を0.06〜0.09MPaの絶対値に戻し、添加剤を事前に乾燥させ、ベントインサートを清掃します |
よくある質問
潤滑剤マスターバッチと加工補助剤マスターバッチの違いは何ですか？
これらの用語は重複しているが、完全に同義ではありません。潤滑剤マスターバッチは、バルク溶融粘度、金属離脱、および表面摩擦を変化させるワックス、アミド、ステアート、またはシリコーン化学物質を提供します。加工補助剤マスターバッチは通常、溶融破裂と金型内の付着を抑制するために金型との界面でのみ働くフッ素ポリマーまたはアクリル製品を指します。実際には、コンバーターには両方が必要になることがあり、それらの投与量は大きく異なります。潤滑剤は活性成分で0.1～1.0 phr、フッ素ポリマーの加工補助剤は300～800 ppmです。
サプライヤーの推奨パーセンテージをphrに変換するにはどうすればよいですか。
マスタバッチのレットダウン率をマスタバッチの有効成分濃度で掛けると、10％濃縮物の3％レットダウンでは0.30％の有効成分が得られます。実用上は、未充填化合物では0.30 phrに相当します。充填化合物では、phrは通常100部の樹脂に対してのみ参照されるため、100部の樹脂に対して60部の充填剤を含む化合物では、有効成分と化合物全体の比率が異なります。不明確さを避けるために、仕様書には常に基準を明確に記載してください。
潤滑剤マスターバッチは、部品の機械的特性を低下させますか？
適切な用量では、効果は小さく、一般的に引張強度と弾性率の数％以内です。過剰投与では、効果は大きくなります。内部潤滑剤は可塑剤として機能し、弾性率と熱拡張温度を低下させます。移動性の外部潤滑剤は溶接ラインに集中し、溶接ラインの強度を15～30％低下させることがあります。編組ラインが存在する構造部品では、EBSや高分子量シリコーンなどの移動しない化学物質の最小有効用量を使用する必要があります。
ポリエチレンとポリプロピレンに同じ潤滑剤マスターバッチを使用できますか？
時には、しかしそれは理想的ではありません。ポリエチレンをベースとしたマスターバッチは、両方ともポリオレフィンであるためポリプロピレンに分散しますが、PE相は透明度を低下させ、わずかに剛性を低下させ、薄いPPフィルム内にゲルを生成する可能性があります。透明または薄い壁のPPの場合は、PPをベースとした製品を使用してください。不透明で厚い壁の、または重要でないPP部品の場合は、通常PEをベースとしたユニバーサル製品が許容されます。また、エルカミドは、より結晶性の高いPPよりもPE内でより速く移動するため、同じphrでは異なるCOF発展挙動が得られます。
なぜ私のスリップマスターバッチは夏には機能するが、冬には機能しませんか？
なぜなら、移行は熱によって活性化されるからです。アミドの拡散は、大まかに言えばアレンニウス関係に従って進行するため、30℃の倉庫では、目標摩擦係数が1日または2日で達成されますが、同じフィルムを10℃の環境で保管すると、1週間以上かかることがあります。したがって、コイフを一定の24時間間隔でテストするコンバーターは、マスターバッチとは関係がない季節的変動を観測します。解決策は、老化条件を標準化することです。たとえば、24時間間隔で40℃で保管することです。そのため、年に2回、配合物を変更する必要はありません。
潤滑剤は、難燃剤、静電気防止剤、または紫外線安定剤に干渉しますか？
彼らはそうすることができます。移動性潤滑剤は、グリセロールモノステアレートなどの移動性抗静電剤と競合して、表面の場所を奪うため、両方を含む製剤では、いずれも完全な効果を発揮しない場合があります。難燃性化合物では、炭化水素ワックスは燃料を増やし、豊富に使用すると制限酸素指数を1ポイント以上低下させることができるため、投与量は、単に処理性に対してではなく、燃焼性評価に対して最適化する必要があります。遅延アミン系光安定剤は、酸化されたワックスや特定の金属石鹸からの酸性物質と相互作用することがあります。常に、単独で添加物を試験するのではなく、全製剤を検証する必要があります。
どのようなネジ構成の変更で、潤滑剤マスターバッチの品質が最も向上しますか?
潤滑剤を主ホッパーから溶融ゾーンの後ろに配置された下流側フィーダーに移動する。この単一の変更により、フィーダーのブリッジングやスクリューのスリップを引き起こす固体ペレットの被覆がなくなり、キャリアが通常の状態で溶融できるようになり、通常は安定した生産量を20％以上増加させ、分布の均一性を向上させます。第二に価値の高い変更は、攻撃的な90度のこねるブロックを狭い円盤の分散要素または歯付きの混合要素に交換することです。
シリコーンマスターバッチは、アミドスリップと比較して高いコストを伴うものでしょうか。
これは要件によって異なります。一般的なフィルムでの簡単なバッグ開閉の場合、相対的なコストのわずかの割合でエルキュアミドを使用することで必要な摩擦係数が得られます。摩耗に関する要件が高い部品、ケーブルジャケット（配線管を通して引き抜く必要がある）、傷がつきにくい自動車内装、または移行や表面汚染が許容できないアプリケーションでは、シリコーンゴムマスターバッチは、アミドには匹敵しない耐久性と非移行性の高い性能を提供します。コストの上乗せは、防止すべき故障モードが高価である場合に正当化されます。
潤滑剤マスターバッチはどのように保管すればよいですか？
密封された湿気防止包装内で、30℃以下の環境下、直射日光や熱源から遮断し、製造者の記載した保存期間内に使用すること。 アミドを含む製品は最も敏感であり、40℃以上の温度で保管すると、袋内の表面に花びらが現れ、粒に白い粉状の被覆が発生し、ブロックの原因となることがあります。 ステアレートを含む製品は、大気中の水分を容易に吸収するため、袋が開いている場合は、再び乾燥する必要があります。 冷たいパレットに結露が生じないように、開封する前に常に作業場の温度に調整してください。
潤滑剤マスターバッチはリサイクル素材の加工に役立つでしょうか?
はい、これは最も急速に成長しているアプリケーションの一つです。消費者後のリサイクル材は、通常、広範な分子量分布、以前の熱処理による鎖切断、ラベルや接着剤による汚染、およびポリマータイプ間のクロスカントリミネーションを有します。その結果、一貫性のない溶融粘度、不良な表面仕上げ、および高いダイの堆積が発生します。Wanplasグループでは、Polyretecが洗浄とリサイクルのフロントエンドを、Kerkeがこれらの潤滑剤パッケージを導入するツインスクリューペレタイジングラインを提供しています。
結論
潤滑剤マスターバッチは精度を高めます。 添加物の種類はよく理解されており、その作用機序もよく特定されています。また、投与量の範囲は狭く、二倍の誤差で利益が欠点に変わるほどです。 規律あるアプローチとは、製品名ではなく、必要な機能（粘度低減、金属の除去、使用中の滑り）から出発し、内外のバランスと熱安定性を考慮して化学物質を選択し、ベアラポリマーとその溶融流動指数を対応させ、投与量を活性成分のphrで表し、サプライヤーのデフォルト値を受け入れるのではなく、投与量と効果の関係曲線を作成すること、そして、スケールアップ前に、全製剤の印刷性、シーリング性、溶接ライン強度、および規制への適合性を検証することです。
生産側では、メッセージは同様に明確です。潤滑剤マスターバッチは色の濃縮物ではありません、そして、ワックスシステムに色素分散のスクロールロジックを適用すると、滑り、揮発化、そして不均一な分散が生じます。低い比特エネルギー投入、平坦で冷たいバレルプロファイル、添加剤の下流側への供給、穏やかな分散混合要素、効果的な真空揮発化、そして製剤の溶融強度に合わせたペレタイジング方法。これらの六つの決定が、安定した高収率ラインとトラブルの多いラインを分けるものです。
Kerkeは、12年以上にわたりパラレル共転回式ツインスクリュー複合機の専門性を持つWanplasの工場で、70カ国以上で稼働中の2,000台以上の機械を製造しています。このような作業に最適なKTEシリーズのラインを製造しており、製造業者はこれらのラインを使用して、phr階段試験を行うためのKTE-16ラボラトリ機から、KTE-52およびKTE-65の生産ライン、KTE-135Dの大規模複合機、そして熱に敏感な製品の場合に使用されるKTE-SEの二段階マザー・ベイビー構成を製造しています。 Wanplasブランドの共通エンジニアリング基準、オープンファクトリー方針、年間無料スペアパーツ供給、グローバルサービスネットワークを背景に、Kerkeは製品開発の試験から稼働開始、さらには長期的な生産最適化まで、お客様をサポートします。 2026年に潤滑剤マスターバッチプログラムを開発する場合は、まず実験室規模の用量反応研究を行い、スケールアップする前に受け入れテストを定義し、実際に必要な添加剤を供給するための配合ラインを指定してください。
