セルロース系樹脂の混錬ポイント完全ガイド！分散・劣化防止・物性向上のコツ
- n6nomura
- 5月11日
- 読了時間: 3分
近年、環境配慮の観点からセルロース系材料
(セルロースファイバー、セルロースナノファイバー、酢酸セスロース 等)
の活用が急速に広がっています。
しかし、一方で、
・分散が難しい
・熱劣化しやすい
・水分の影響が大きい
といった課題も多く【うまく混ざらない】【物性が出ない】
といった声も少なくありません。
本記事では、セルロース系材料を二軸押出機で安定して混錬する為の
ポイントを、現場目線で分かりやすく解説します。
①水分管理が重要(ここで8割決まる)
●セルロース系材料は非常に吸湿性が高く、水分が残っていると
以下の問題が発生します。
・発泡 (ボイド発生)
・分子量低下 (加水分解)
・分散不良
●対策ポイント
・乾燥温度： 80～120℃ (材料により調整)
・真空乾燥 or 除湿乾燥機の使用
・ホッパー内も含めた湿度管理
※【乾燥が甘い＝すべて台無し】になるので最優先です。
②分散と繊維破断のバランス
●セルロースファイバーは分散が重要ですが、強いせん断を
かけすぎると繊維が短くなり、補強効果が落ちます。
・ニーディングディスクは【弱～中せん断】で構成
・フィード位置は早すぎない (溶融後投入が理想)
・回転数は中速域 (例：200～400rpm)
※【分散したけど物性が出ない】は、繊維破断の原因の事が多いです。
③フィード設定(サイドフィードが鍵)
●セルロース系材料はかさが低く、ブリッジしやすい為
供給設計が重要です。
・サイドフィーダーでの投入
・スターベーションフィード (飢餓投入)
・強制供給装置の検討
※メインホッパー投入はトラブルの元になりがち
④温度設定(低め、滞留短く)
●セルロースは熱に弱く、過加熱で変色、劣化します。
・樹脂の融点＋α(必要最低限)
・180～220℃目安(樹脂に依存)
・後半ゾーンはやや低め
※【溶かしすぎない】が基本です。
⑤滞留時間の最適化
●長すぎる滞留は劣化、短すぎると分散不足になります。
・スクリュー回転数×フィード量で調整
・デッドスペースを作らない設計
・脱揮ゾーンの活用 (揮発分除去)
※【短時間で均一に】が理想です。
⑥相溶化、表面改質の活用
●セルロースと樹脂は相性が悪いケースが多い為
界面制御が重要です。
・相溶化剤 (MAH変性樹脂 等)
・表面処理済みセルロースの使用
・カップリング剤の添加
※ここで物性が【別物レベル】に変わる事もあります。
■まとめ
●セルロース系混錬の成功ポイントは以下の5つです。
・水分管理が最優先
・分散と繊維長のバランス
・サイドフィード設計
・定温、短時間処理
・界面制御 (相溶化)
この5つを押さえる事で、安定した品質と高い物性が実現できます。
セルロース系材料の混錬は、条件出しが非常にシビアでもあり
・分散しない
・焼ける
・物性が安定しない
といった課題に直面するケースも多くあります。
当社では、二軸押出機によるセルロース系材料の
混錬試作、条件最適化を多数実施しており
・少量試作 (スクリーニング)
・最適スクリュー構成の提案
・量産を見据えた条件設計
まで一貫して対応可能です。
【今の条件でうまくいかない】【まずはテストしたい】
といった段階でも問題ありませんので、お気軽にご相談ください！
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