生分解性樹脂の混錬で重要な【せん断】とは？品質を左右するポイントをわかりやすく解説

生分解性樹脂のコンパウンドや押出加工を行う際

【せん断】という、言葉を耳にする機会が多いのではないでしょうか？

せん断は樹脂の分散性や混練品質を向上させる為に

欠かせない要素ですが、生分解性樹脂の場合は与えすぎても

問題が発生します。

特にPLA（ポリ乳酸）やPBS、PBAT等の生分解性樹脂は

熱やせん断による劣化を受けやすい為、適切なせん断管理

が品質安定の重要なポイントとなります。

今回は、生分解性樹脂の混練における【せん断】の考え方

についてわかりやすく解説します。

■生分解性樹脂の混練における【せん断】とは？

●せん断とは、樹脂内部で発生する【ズレる力】の事です。

　押出機や混練機のスクリューが回転すると、樹脂は流動しながら

　互いに引っ張られたり押されたりします。

　この時に発生する力がせん断です。

　イメージとしては、トランプの束を横方向にずらす動きに近く

　樹脂の層同士が滑る事でせん断が発生します。

　混練工程では、このせん断を利用して材料を均一に

　分散させています。

■なぜ混練にはせん断が必要なのか？

●混練の目的は、樹脂と添加剤を均一に分散させる事です。

　例えば

・無機フィラー

・木粉

・炭酸カルシウム

・着色剤

・相溶化材

・CO₂吸収剤

　等を配合する場合、十分なせん断が無ければダマや凝集

　が残ってしまいます。

　適度なせん断を与える事で、

・フィラー分散性向上

・着色ムラの改善

・特性の均一化

・外観品質の向上

　といった効果が得られます。

■生分解性樹脂はせん断に弱い

●ここが一般的なポリオレフィンとの大きな違いです。

　生分解性樹脂は分子構造上、せん断による分子鎖切断が

　発生しやすい特徴があります。

　特にPLAでは、

・高温

・長時間滞留

・過度なせん断

　が重なると分子量低下が進行します。

　その結果、

・強度低下

・脆化

・黄変

・発泡不良

・フィルム破れ

・成形不安定

　等の問題が発生します。

※つまり、

　【混ざるからと言って、せん断を強くすればいいわけではない】

　ということです。

■せん断が高すぎる場合のトラブル

①樹脂温度が上昇する

●せん断エネルギーは熱に変換されます。

　設定温度180℃でも、実際には樹脂温度190℃～200℃

　以上になるケースもあります。

　生分解性樹脂では、この実温度上昇が劣化の原因となります。

②分子量が低下する

●過度なせん断により分子鎖が切断されると、樹脂の分子量が低下します。

　その結果、

・MFR上昇

・粘度低下

・強度低下

　等が発生します。

※加工中は問題なく見えても、製品化後に物性不足が

　発覚する事もあります。

③黄変や焦げが発生する

●せん断発熱による局所的な温度上昇は、樹脂の熱分解を

　促進します。

　特にPLAでは、

・黄変

・黒点

・焦げ

　等の外観不良として現れる事があります。

■せん断不足のトラブル

●一方でせん断が不足すると十分な混錬が出来ません。

　例えば、

・フィラー凝集

・色ムラ

・異物感

・物性バラつき

　等が発生します。

※特に高充填コンパウンドでは適切なせん断エネルギーが

　不可欠です。

■生分解性樹脂で重要なのは【適切なせん断】

●生分解性樹脂の混練では、

　【必要最小限のせん断で最大限の分散を得る】

　という考え方が重要です。

　具体的には、

・スクリュー回転数を上げすぎない

・混練ブロックを過剰に配置しない

・滞留時間を短くする

・樹脂温度を常に確認する

・十分な乾燥を行う

　等の、工夫が有効です。

※単純に【混ざらないから回転数を上げる】という対応は

　かえって品質悪化に繋がる場合があります。

■まとめ

●生分解性樹脂の混練における【せん断】は、フィラーや

　添加剤を均一に分散させる為に欠かせない要素です。

　しかし、PLAをはじめとする生分解性樹脂はせん断による

　劣化を受けやすく、過度なせん断は分子量低下や黄変

　物性低下の原因となります。

　重要なのは、【強いせん断】ではなく【適切なせん断】です。

　混練品質と樹脂劣化のバランスを見極めながら条件設定を

　行う事で、高品質な生分解性樹脂コンパウンドの製造が

　可能になります。

　生分解性樹脂の加工では、常に【混ぜる】と【劣化させない】

　の両立を意識する事が成功のポイントです。

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