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~第三回コラム~ 材料に添加される各種添加剤について・・・

2016.03.17(木)

今回は前回に引き続き、材料に添加される各種添加剤についてお話しします。

①造核剤 これをPP、PET、PA、POMなどの結晶性材料に添加すると、それが結晶核となって金型内での結晶化の促進、成形サイクルの短縮、微結晶化による透明性やトライボロジー特性の改善に寄与する。無機系造核剤としてはタルク、シリカ、グラファイト、酸化マグネシウムなど、有機系造核剤としては安息香酸カルシウムそのほかのカルボン酸金属塩、ベンジソデンソルビトールやその誘導体、そのほかポリマー系のものもある。

②帯電防止剤 帯電防磁剤はプラスチック製品の表面の電気抵抗を低下させ、静電気の発生を防止するために成形材料に添加したり、あるいは製品表面に塗付する薬剤である。各種界面活性剤、水溶性ポリマー、無機塩、多価アルコール、金属化合物、カーボンなどがあるが、このうちガチオン活性剤がもっとも多く使用される。

③架橋剤(硬化剤) 製品を三次元網目分子構造につくる場合は、反応性の成形材料である熱硬化性樹脂材料を用い、架橋剤ないし硬化剤を添加する。個々の樹脂により架橋機構は異なり、フェノール、ユリア、メラミンの各樹脂ではヘキサメチレンテトラミンが硬化剤として使われ、エポキシ樹脂では有機酸無水物やポリアミン、また不飽和ポリエステルでは共存スチレンが架橋剤となり、そのラジカル共重合反応を開始する有機化酸化物が硬化剤ともいえる。

④発泡剤 発砲プラスチックをつくるには無機または有機系の発泡剤を成形材料に混合しておくか、または加工工程内に成形材料に添加する必要がある。分解性発泡剤と揮発性発泡剤に分けられ、分解性発泡剤のうち無機計では分解により炭酸ガスとアンモニアを発生する炭酸アンモニウム、分解により炭酸ガスを発生する重炭酸ソーダがその代表例である。有機系ではアゾ化合物、スルホヒドラジド化合物、ニトロソ化合物、アジド化合物があり、分解により主に窒素を発生する。このほか、炭酸ガス、一酸化炭素、アンモニアを副生するものもある。通常樹脂原料と混合し、成形温度において樹脂内で分解させる方式により発泡プラスチックが造られ、この種の発泡剤は広く用いられている。揮発性発泡剤は物理的発泡剤とも呼ばれ製品を汚染(着色)せず、かつ価格も安いなど、分解性発泡剤より優れた特徴があり、ポリウレタン、ポリスチレンの発泡に用いられる。近年オゾン層破壊の進行を止める環境保全の観点からフッ素含有発泡剤の使用は厳しく制約を受けて代替品が開発されている。超臨界炭酸ガスを用いる手法も開発された。超臨界状態で炭酸ガスを溶融成形材料に圧入すると溶融粘度が下がり成形機内での流動性が改善され、その後除圧によって数μmオーダーの微細な無数の発泡を起こすのでマイクロ発泡技術あるいはマイクセルラープラスチックとして普及されはじめた。

⑤抗菌・防塵剤 細菌(バクテリア)の発生発育を防止し、それに起因する害を未然に防止あるいは回避する抗菌剤のうちプラスチックに使用されるのは、ゼオライト、ヒドロキシアパタイト、シリカ、リン酸ジルコニウムなどに銀を担持させたものとか、酸化チタン光触媒などが無機系として知られる。有機系としてはニトリル誘導体、イミダゾール誘導体、トリアジン誘導体、スルホン誘導体、ピロール誘導体、フェノール誘導体などがある。ほかに天然系の抗菌剤にはヒノキチオール、キチン、キトサン、孟宗竹抽出物、茶カテキンなどがある。抗菌剤は成形材料に練り込むほか、後加工としてコーティングする場合がある。

⑥相溶化剤 互いに混じり合わない2種以上の成形材料からポリマーブレンドないしアロイをつくる場合、両成分と親和性のある成分を有する非反応型相溶化剤(たとえば両成分から成るブロック・グラフト・コポリマー)か、あるいは両成分のいずれかまたは両方と反応性をもつ反応型相溶化剤を添加する必要がある。反応基としてはカルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、オキサゾリン基、カルボジイミド基、イソシアネート基などが用いられる。

⑦充てん材(フィラー)プラスチックに添加して、強度、耐久性などの改善・高性能化、特殊機能の付与、あるいは増量(コスト引き下げ)の目的を果たす広範囲の物質で、添加割合が多い場合は「添加剤」の域を越えて「基材」(熱硬化性樹脂材料の場合)とも呼ばれ、得られたものは「複合材料」(コンポジット)となる。

充てん剤となる物質には①シリカ、ケイ藻土、アルミナ、酸化チタンなどの酸化物、②水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどの水酸化物、③炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの炭酸塩、④ケイ酸カルシウム、タルク、クレイ

マイカ、モンモリロナイトなどのケイ酸塩、⑤窒化アルミニウム、窒化ホウ素などの窒化物⑥カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブなどの炭素類、⑦そのほか各種金属粉や木粉、パルプ、アラミド繊維、など種々の無機物、有機物などがある。近年急速に注目を浴びているのは⑤のクレイ仲間で、ナノコンポジットとして少ない添加割合でバリア性付与など顕著な効果をあげることが知られている。

前述の複合体領域で用いられる充てん材はガラス繊維、炭素繊維などの強化材であり、それぞれガラス繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチックとして一群の複合材料分野をつくっている。

まとめ 以上の添加剤ないし配合剤はプラスチックの副資材として成形材料の組織の一部となってきわめて重要な役割を果たします。これらを上手く組み合わせ、まだまだ様々な用途開発が出来るのではないでしょうか。

蛇足となりますが先日、東京ビッグサイトにて行われました〈第8回 カーエレクトロニクス技術展〉に行ってきました。今回は自動車の電装部品に特化した技術展でしたが、プラスチックへの代替というテーマで、今後のビジネス展開に大いに期待を持てる非常に良い技術展でした。日々高度化していく技術を弊社でも吸収していきながら、お客様のお役に立てるご提案を目指してまいります。

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