フィルム加工では6種類の添加剤が使用されるといわれています—すべてご存じですか？

一部の樹脂やフィルム製品には、必要な加工技術の要求に適合しない固有の特性があるため、加工性を変更するには添加剤を加える必要があります。一方、その他の材料は加工性能が比較的良好ですが、製品性能が要件を満たさないため、製品性能を変更するためにも添加剤を加える必要があります。

フィルムに用いる添加剤の要件

親和性が低いと、「マイグレーション」という現象が生じ、液状添加剤では「発汗」、固体添加剤では「ブリーム」として現れます。

フィルムの要求条件が特に厳しくない場合、充填剤と樹脂との適合性が悪いなど、一定程度の適合性の欠如を許容できる。充填剤の粒子径が小さければ、フィルム性能の基本要件を満たすことは可能である。カップリング剤や界面活性剤で処理することで、その機能をより十分に発揮させることができる。

ただし、フィルムの表面特性を改善する一部の添加剤（ブロッキング防止剤や帯電防止剤など）は、フィルム表面で効果を発揮できるよう、わずかな移行が必要とされる。

添加剤は、長期間にわたってフィルム中に保持され、損失がほぼないかごく少ないことが求められる。添加剤の損失は主に、揮散、抽出、移行の3つの経路によって生じる。これは主として、添加剤の分子量、媒体中での溶解度、樹脂中での溶解度に関係している。

一部の樹脂の加工条件は高い加工温度など比較的厳しい条件となるため、選択した添加剤が分解するかどうか、また添加剤が加工設備に腐食性を有するかどうかを考慮する必要がある。

用途が異なるフィルムでは、添加剤の臭い、毒性、耐候性、熱性能などに対する要件も異なる。例えば、食品用プラスチック袋は非毒性でなければならないため、使用する添加剤は一般包装用プラスチック袋に使用するものと異なる。

添加剤の組み合わせにおける相乗効果と拮抗効果

同じ樹脂系でも、2種類の添加剤が「相乗効果」を生じることがあります。誤って組み合わせると、一部の添加剤は「拮抗効果」を生じ、各添加剤の機能を低下させ、無効化することさえあります。例えば、カーボンブラックとフェノール系酸化防止剤を併用すると、拮抗効果が生じます。

包装性能を変更できる添加剤

可塑剤および熱安定剤

可塑剤と熱安定剤は、フィルム材料の適合性を大幅に改善できます。

可塑剤は、その名称が示すように、材料の可塑性を高めます。一方では、成形中の樹脂の流動性を高め、加工性能を改善します。他方では、完成品のフィルムの柔軟性と弾力性を高める物質です。

熱安定剤は、主に樹脂の熱安定性を改善します。

日光、ランプ光、高エネルギー線の照射によって、高分子材料は急速に劣化し、黄変、脆化、亀裂、表面光沢の低下、機械的・電気的特性の大幅な低下、さらに使用価値の喪失までに至る。この複雑で破壊的な過程において、紫外光は高分子材料の劣化の主な原因である。これは主に、日光中の紫外光と大気中の酸素が高分子鎖に複合的に作用した結果である。

光安定剤の機能：

光安定剤は、波長290～410nmの紫外線を有効に吸収し、紫外線を遮断または弱め、高分子材料のフィルムが紫外線や酸素によって損傷を受けるのを防止し、使用寿命を延長し、材料的耐光性を向上させることができます。光安定剤のほとんどは紫外線を吸収できるため、光安定剤は紫外線吸収剤とも呼ばれます。

光安定剤の添加量：

光安定剤は作用機構により、光遮蔽剤（顔料）、紫外線吸収剤、紫外線消光剤、遊離基捕捉剤に分類されます。この4つの作用様式は、段階的に高い4つの光安定化レベルを構成します。

光安定剤添加後は、非常に少量の添加にもかかわらず、老化防止効果が非常に顕著です。一般にポリマー重量の0.1％～0.5％を添加すれば十分です。

大部分のプラスチックは、製造・加工・保管・使用の過程で、酸化分解に対して一定の感受性を持ちます。プラスチックフィルムに侵入した酸素は、ほぼすべてのポリマーと反応し、分解または架橋を生じさせて、材料的特性を変化させます。微量の酸素でも、これらの高分子材料の強度、外観および性能に急激な変化をもたらすことがあります。高温加工や日光照射下では、酸化速度が速くなります。したがって、ポリマー酸化は通常、熱酸化と光酸化に分類されます。

そのような反応の最終的な結果は、性能の劣化である。このような反応が防止されない場合、ポリマーは急速に酸化され、実用价值和失う。

プラスチックの種類によって酸素に対する安定性が異なるため、一部のプラスチックには酸化防止剤は不要である。一方、他のプラスチックには酸化防止剤の添加が必要である。酸化防止剤は、活発な自由基を捕捉して連鎖反応を中断し、プラスチックの酸化過程とその速度を遅延させることを目的とする。

一般に、アミン系酸化防止剤はフェノール系酸化防止剤より保護効果に優れるが、光および酸素の作用により不同程度的変色が生じるため、淡色、鮮色および透明なフィルムには適さず、プラスチックフィルムにはほとんど用いられない。

酸化防止効果に応じて、酸化防止剤は主酸化防止剤と補助酸化防止剤に分類されます。アニリン系酸化防止剤は酸化防止効果が優れる一方で汚染が大きく、主にゴム製品に使用されます。フェノール系酸化防止剤は酸化防止効果がやや劣るものの汚染が小さく、総合的な効果が優れるため、主にプラスチックフィルムに使用されます。メルカプタン類やチオエステル、ホスファイトは通常、補助酸化防止剤に分類され、主酸化防止剤と併用することで相乗効果を生み、酸化防止剤の効力を持続させます。

溶融後、ポリマーは通常比較的高い粘度を持つ。加工中に溶融ポリマーが狭い隙間、ゲート、その他の流路を通過する際、ポリマー溶融物は加工機械の表面と摩擦する。この摩擦によって溶融物の流動性が低下し、強い摩擦によりフィルム表面が粗光泽を失ったり、流線状の跡が生じたりする。そのため、潤滑性を向上させ、摩擦を減らし、界面接着力を低減する添加剤が必要となる。

流動性を高めるだけでなく、潤滑剤は融解促進剤、防止剤、帯電防止剤、滑り剤などとしても作用します。

外部潤滑剤の役割は、主にポリマー溶融体と加工設備の加熱された金属表面との間の摩擦を低減することです。ポリマーとの適合性が低く、溶融体の内部から外側へ移行しやすいため、プラスチック溶融体と金属との界面に潤滑性の薄膜を形成することができます。

内部潤滑剤はポリマーとの適合性が良好です。ポリマー内部でポリマーの分子間凝集力を低下させる役割を果たし、それによってプラスチック溶融物の内部摩擦による発熱を抑え、溶融物の流動性を改善します。

実際には、すべての潤滑剤には一定的需求を満たす役割があります。内部潤滑と外部潤滑は常に一体となって作用しますが、片方がより際立つ場合があります。同じ潤滑剤でも、異なるポリマーや異なる加工条件の下では異なる潤滑効果を発揮します。例えば、高温・高圧の下では、内部潤滑剤が押し出されて外部潤滑剤となります。

プラスチックの製造過程では、ブロッキング現象に遭遇することがあります。例えば、プラスチックの製造では、2層のフィルムが分離しにくく、自動高速包装に支障が生じます。これを克服するには、表面滑潤性を高める添加物を少量樹脂に添加して外部潤滑性を高めます。これは一般に抗ブロッキング剤（滑り剤）と呼ばれています。一般に、潤滑剤の分子構造は2つの部分からなります：長い鎖の非極性基と極性基。

ポリマー種類によって相性が異なり、内部および外部の潤滑効果が異なります。

押出成形では、流動性を高め、ポリマー材料とバレルおよび金型の接着性を高め、滞留の防止と低減を図れます。さらに、フィルムの外観と光沢を改善できます。潤滑剤の使用量は一般に0.5%～1%です。

選択時には、次の点に注意する必要があります：

1. ポリマーの流動特性がすでに成形プロセスの要求を満たしている場合は、主に内部潤滑と外部潤滑のバランスを確保するための外部潤滑の役割を検討する；
2. 外部潤滑が有効かどうかは、成形温度でプラスチック表面に完全な液膜を形成できるかどうかで判断する。したがって、外部潤滑剤の融点は成形温度に近くする必要があるが、完全な膜を形成するためには10℃～30℃の差が必要である；
3. 表面吸引力が低く、粘度が低く、界面での展開性が良好で、界面層を形成しやすい；
4. 優れた耐熱性と化学的安定性を有し、加工中に分解・揮発しない；設備の腐食がなく、フィルムへの汚染がなく、毒性もない。

異なる種類の潤滑剤の使用特性：

天然パラフィンは主に外部潤滑剤として使われ、多くのプラスチック用潤滑剤および離型剤として利用でき、一般的な添加量は0.2～1phrです。ただし、適合性、耐熱性、分散性が良好ではないため、添加量は多めにせず、内部潤滑剤と併用するのが望ましいです。一方、白色油は主にPVCおよびPS用内部潤滑剤として利用され、潤滑性能と耐熱性が良好で、一般的な添加量は0.5phrです。いずれも無毒で、食品包装に利用できます。

また、微結晶パラフィンワックスもあり、プラスチック加工用の潤滑剤として1～2 Phrの添加量で使用され、その耐熱性と潤滑性は通常のパラフィンワックス보다優れています。ポリエチレンワックスや低分子量ポリプロピレンなどの低分子量ポリマーも潤滑剤として広く使用されており、内部潤滑性と外部潤滑性の両方が高く、無毒です。

ポリエチレンワックスは、PVCなどの材料の押出加工やカレンダー加工に適しており、一般的な添加量は0.1～1phrです。加工効率を向上させ、フィルムのブロック現象を防止し、フィラーや顔料の分散性を改善しますが、相容性と透明性はあまり良くありません。

湿気のある環境では、湿度が露点以下に達すると、透明なプラスチックフィルム、シートまたはプレートの表面には微細な水滴の層が結露し、表面がぼやけて曇り、光波の透過を妨げます。例えば、フィルムで製品を包装する場合、曇りによって中身が見えなくなり、生成された水滴は中身が腐敗したり損傷したりの方針_filters

防霧剤の分類：

▷ 内部添加型防曇剤は、混練中に樹脂へ添加される。特点是、失われにくく効果が持続するが、高結晶度のポリマーでは良好な防曇性能が得にくい；

▷ 外部コーティング型防曇剤は、有機溶剤または水に溶解させた後、プラスチックのフィルム表面にコーティングされる。使用しやすくコストも低いが、耐久性が低く、水洗や拭き取りで 쉽게除去される。内部添加型防曇剤が効果を示さない場合や、耐久性が必要ない場合にのみ使用される。

曇り止め剤の効果は4種類に分類できます。初期防曇り性能、耐久防曇り性能、低温防曇り性能、高温防曇り性能です。1種類の曇り止め剤ですべて4つの効果を持たせることは困難であり、通常はフィルムの防曇り効果の要求に応じて数種類を選択し、併用します。

曇り止め剤には次の特性が必要です。

1. 高い防曇り効果、迅速な作用、優れた耐久性；
2. 熱安定性に優れ、熱によって分解しにくく、分解生成物もポリマーの劣化を引き起こさない；
3. 他の添加物との高い相容性を有し、他の添加物の機能を妨げない；
4. フィルムの透明性、電気特性、接着性、耐汚染性およびその他の機能に影響を及ぼさない。

代表的な曇り防止剤：

グリセリルモノオレートは白色のろう状物質で、内部添加型の防霧剤として使用できます。初期防霧性能および低温防霧性能に優れており、食品包装フィルムに適しています。ポリエチレン中の一般添加量は1～1.5部、ポリオレフィン中の一般添加量は0.5～1部です。

ソルビタンモノパルミタートは黄色の顆粒状物質で、内部型防霧剤です。効果は素早く、持続性markdownにも優れています。融点約60℃の黄色顆粒固体であり、効果が長期間持続します。農業用フィルムに広く用いられ、食品包装材としても使用できます。塩化ビニル樹脂における添加量は一般に1.5～1.8部、酢酸ビニル樹脂では0.7～1部です。

ポリオキシエチレン（20）グリセリルモノステアレートは、作用が極めて迅速で、初期および低温時の防曇性能に優れる内添加型防曇剤でもある。淡黄色の液体であり、带電防止効果も有するため、食品包装フィルムに適している。