インジェクションホワイトマスターバッチ: 選択と加工ガイド

射出成形に専用のホワイトマスターバッチグレードが必要な理由

すべての白色マスターバッチが射出成形で同じように機能するわけではありません。射出バレル内の高いせん断速度 (通常、スクリュー先端で 1,000 ～ 10,000 s⁻¹) と 180°C ～ 320°C の間の急速な温度サイクル (ベース樹脂による) により、マスターバッチ配合には特定の要求が課せられますが、フィルムやブロー成形グレードでは満たすように設計されていません。

• 粘度マッチング: 射出グレードのマスターバッチのキャリア樹脂は、ベース樹脂よりも 1.5 ～ 3 倍高いメルト フロー インデックス (MFI) を持たなければなりません。これにより、コールド スポットや未溶融の顔料凝集体を生成することなく、高せん断下での迅速な分散が保証されます。
• 熱安定性: TiO2 は、表面処理されていない場合、260°C を超える加工温度でポリマーの劣化を触媒する可能性があります。射出成形グレードには、320°C まで安定したアルミナまたはシリカでコーティングされたルチル TiO2 が使用されています。
• 湿気に敏感ではありません: フィルムグレードには、閉じた射出成形金型内でガスが放出され、表面に膨れが発生するスリップ防止剤やブロック防止剤が含まれていることがよくあります。射出成形グレードは添加剤クリーンであるか、不揮発性加工助剤のみを使用しています。
• 迅速な色の均一化: 射出バレル内の滞留時間が短い (通常 2 ～ 8 分) ということは、マスターバッチがスクリュー 1 ～ 2 回転以内に完全に分散する必要があることを意味します。これには、単にブレンドされた粉末ではなく、サブミクロン レベルで事前に分散された顔料が必要です。

TiO2 含有量とそれが部品にとって何を意味するか

インジェクションホワイトマスターバッチは、幅広い TiO2 添加範囲にわたって市販されています。正しい選択は、最終的なパーツの肉厚、必要な不透明度、およびコスト目標によって異なります。

一般的なルール: 完成部品の重量比 1% の TiO2 は、ISO2814 に従って測定した、1 mm PP 壁の黒色基材上で約 0.85 ～ 0.92 のコントラスト比 (不透明度) を提供します。通常、3 mm より厚い部品は 1.5% TiO2 で完全な不透明度に達するため、その点を超えて増加させると光学的利点がなくコストが増加します。

互換性のあるキャリア樹脂とベースポリマーのマッチング

マスターバッチ内のキャリア樹脂は、成形されるベース樹脂と互換性がなければならず、理想的にはそれと同じポリマーファミリーでなければなりません。不適合なキャリアは、成形部品の白い縞、層間剥離、または衝撃強度の低下の最も一般的な原因です。

ホワイトマスターバッチを使用した射出成形の主要な加工パラメータ

正しい処理設定により、最も一般的なホワイト マスターバッチの欠陥 (縞模様、黄ばみ、不均一な分布、表面光沢の変動) を防止できます。

• 背圧: 5～15MPaの間で設定します。背圧が高くなると顔料の分散は向上しますが、せん断熱が増加します。 280°C を超えるエンジニアリング樹脂の場合は、キャリアの熱劣化を避けるために下限の背圧を維持してください。
• ネジ速度: 60 ～ 120 RPM が通常の動作範囲です。高 TiO2 マスターバッチで 150 RPM を超える速度では、局所的な過熱とネジ先端の黄変が発生する可能性があります。
• バレル温度プロファイル: メインの圧縮および混合ゾーンの前にマスターバッチ ペレットが徐々に溶けるよう、後部ゾーンは前部ゾーンより 10 ～ 20°C 低く設定する必要があります。
• 乾燥: ほとんどの PE および PP キャリアの白色マスターバッチは乾燥を必要としません。ただし、湿気の多い条件 (>70% RH) で保管すると、表面の吸湿によりスプレーマークが発生する可能性があります。これは、除湿乾燥機で 70°C で 2 時間使用すると解決します。
• 色の変更の間にパージを行う: バレル内の白色マスターバッチの残留物は、TiO2 の含有量が高いため、ほとんどの色よりも残留性が高くなります。暗い色に切り替える前に、市販のパージコンパウンドをバレル容量の 110 ～ 120% で使用してください。

白色度、黄色度、およびその測定方法

白色射出成形部品の光学性能を定義する 2 つの機器測定は、マスターバッチの調達文書に指定する必要があります。

ルチル TiO2 (屈折率 2.71) は、白色度と UV 耐久性の両方においてアナターゼ TiO2 (屈折率 2.52) よりも常に優れており、屋外または光にさらされる耐用年数を持つ射出成形部品の標準です。アナターゼ グレードは、UV 要件のないコスト重視の屋内用途にのみ正当化されます。

UV 安定化: いつ追加するか、どのような負荷を指定するか

TiO2 だけではポリマーマトリックスを UV 劣化から保護しません。TiO2 は UV を散乱および反射しますが、吸収しません。屋外または高 UV 環境で使用される部品には、HALS (ヒンダードアミン光安定剤) および/または紫外線吸収剤をマスターバッチまたは別個の添加剤マスターバッチとして追加する必要があります。

• 屋外耐用年数が 12 か月の PP 部品の場合: ISO 4892-2 促進耐候性データによると、完成部品の HALS 負荷 0.15 ～ 0.25% が標準の開始点です。
• 屋外寿命が 24 か月の PE 部品の場合: 0.3 ～ 0.5% の HALS と 0.1 ～ 0.2% の紫外線吸収剤 (ベンゾトリアゾール タイプなど) を組み合わせます。
• 自動車外装 PP 部品の場合 (5 年保証): HALS 0.5 ～ 0.8%、UVA 0.2 ～ 0.3% — 通常、ホワイト マスターバッチと一緒に添加された複合 UV マスターバッチとして供給されます。

一部の注射用白色マスターバッチは、HALS が事前に組み込まれた「UV ホワイト」グレードとして入手可能であり、生産ラインでの投与が簡素化されます。食品と接触する用途または皮膚と接触する用途では、HALS タイプが非抽出可能 (ポリマー HALS) であることを確認してください。

注射用ホワイトマスターバッチの食品接触および規制遵守

射出成形食品包装、キッチン用品、または医療機器のハウジングに使用される白色マスターバッチは、適用される規制に準拠する必要があります。主要なフレームワークには次のものがあります。

• EU 規則 10/2011: 食品と接触するプラスチック材料および製品。 TiO2 は認可された添加剤としてリストされています (FCM 物質番号 744)。担体および加工助剤もポジティブリストに含まれていなければなりません。
• FDA 21 CFR: 米国の食品と接触する用途の場合 - キャリア樹脂とすべての添加剤は、関連するサブパートに準拠する必要があります (例: 着色剤については 21 CFR 178.3297)。
• リーチ (EC 1907/2006): サプライヤーは安全データシートを提供し、マスターバッチ中に 0.1% w/w を超える SVHC (高懸念物質) が含まれていないことを確認する必要があります。
• RoHS / 重金属制限: TiO2 顔料は EN 71-3 および同様の基準を満たさなければなりません。製品に鉛、カドミウム、六価クロムが含まれていないことを確認してください。

準拠したサプライヤーは、特定の規制、テスト移行データ、使用されるすべての物質の識別情報を参照した適合宣言 (DoC) を各バッチに提供します。規制対象アプリケーションでは、分析証明書 (CoA) によるバッチレベルのトレーサビリティが最低限必要です。

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