ポリプロピレンは、その優れた特性の組み合わせにより、様々な用途で広く用いられているポリマーです。物理的、機械的、光学的特性などの特性は、核剤や透明化剤を適切に使用することでさらに向上させることができます。これらの添加剤は、加工中のポリプロピレンの結晶化を促進し、既に得られている特性をさらに強化します。

核剤や透明化剤の使い方を理解し、ポリプロピレン配合物の生産速度を効果的に向上させ、構造や形態を改善し、濁りを低減するための選定のヒントを得ましょう。

I. PPにおける核形成・透明化剤の役割

半結晶性ポリマーの結晶性は、寸法安定性、透明性、靭性など、多くの特性を決定づける要因となっている。

特定の部品やプロセスにおいては、結晶化度はポリマー構造、配合、および熱の蓄積と冷却の特定のバランスをもたらす加工条件によって制御されます。その結果、結晶化度はしばしば不均一になり、部品や製品の表面と内部では熱履歴が異なります。

核形成剤と透明化剤は結晶化を促進し、その性質を調整することで、半結晶性ポリマーの最終的な特性を機能的な要求に合わせて調整することを可能にする。

・ポリプロピレン配合物において、核剤（核形成剤とも呼ばれる）を添加すると、以下のような性能および加工特性が向上します。

・透明度の向上と霞の低減

・強度と剛性の向上

・熱変形温度（HDT）の改善

・サイクルタイムの短縮

・反りが軽減され、収縮がより均一になる

・異なる色による特性変化に対する色素感度の低下

・特定の用途における加工性の向上

このように、核生成はポリプロピレンの物理的、機械的、光学的特性を向上させる強力な手段である。核生成剤や透明化剤を慎重に選択することで、透明度、寸法安定性、反り、収縮率、CLTE、HDT、機械的特性、バリア効果などを向上させることができる。

II．ポリプロピレンとその結晶性

ポリプロピレンは、プロペンモノマーの重合によって作られる、広く用いられている結晶性の汎用ポリマーです。重合後、PPはメチル基の位置に応じて、3つの基本的な鎖構造（アタクチック、アイソタクチック、シンジオタクチック）を形成します。このポリマーの結晶性は、以下の特徴によって表されます。

・結晶子の形状とサイズ

・結晶化度比、そして最終的には

・結晶子の配向

アイソタクチックポリプロピレン（iPP）は半結晶性ポリマーです。優れたコストパフォーマンスを特徴とし、自動車、家電製品、配管、包装など、幅広い用途で非常に魅力的な素材となっています。

iPPのアイソタクティシティ指数は結晶化度と直接的に関連しており、ポリマーの性能に大きな影響を与える。アイソタクティシティは結晶化速度、曲げ弾性率、硬度、透明性を向上させ、耐衝撃性と透過性を低下させる。

下の表は、アイソタクティシティ指数が異なる2種類のポリプロピレンホモポリマーの特性を比較したものである。

III．ポリプロピレンの結晶化
条件によっては、アイソタクチックポリプロピレンはα、β、γ、およびメソモルフィック・スメクチックと呼ばれる4つの異なる相に結晶化する。α相とβ相が最も重要である。

α相

1. この段階はより安定しており、よく知られています。

2. これらの結晶は単斜晶系に属する。

β相

1. この相は準安定であり、その結晶は擬六方晶系に属する。

2. β相は主にブロック共重合ポリプロピレン中に存在し、特定の核剤を添加することによって生成することができる。

3. この結晶形は1953年にパデンとキースによって発見されました。130℃から132℃の温度での結晶化、高せん断配向、または特定の核形成剤の添加によって促進されます。

4. ポリプロピレンホモポリマー中のβ相の存在は、通常、最終製品の延性を向上させ、β相含有量が65%に達したときにその効果が最も顕著になります。

γ相

1. この相も準安定であり、三斜晶系の結晶を持つ。

2. この結晶形態はまれであり、主に低分子量ポリプロピレンに現れ、極めて高い圧力と極めて低い冷却速度での結晶化によって形成される。

Ⅳ．ポリプロピレンにおける核生成過程

ポリマーの結晶化の開始点は、溶融物中に自然に含まれる触媒残渣、不純物、塵埃などの小さな粒子（核生成粒子）であることはよく知られています。ポリマー溶融物に「人工的な」核生成粒子を添加することで、結晶形態を変化させ、制御することが可能です。この操作を核生成と呼びます。

結晶形成の開始点を提供する核形成剤または核生成促進剤が用いられる。

透明化剤は核生成剤の一種であり、より小さな結晶粒を生成することで光の散乱を減らし、結果として部品の肉厚が同じ場合でも透明度を向上させる。

これらの核形成剤の役割は、完成品の物理的および機械的特性を向上させることである。

Ⅴ．核生成剤および清澄剤：豊富な添加剤のラインナップ

微粒子核形成剤

粒子状核剤／核形成剤は、一般的に高融点化合物であり、配合によってポリマー溶融物中に分散される。これらの粒子は、ポリマー結晶の成長が開始される明確な「点核」として機能する。

核の濃度が高いと、結晶化がより速く（サイクル時間が短く）なり、結晶化度が高くなるため、PPの強度、剛性、およびHDTが向上する。

結晶集合体（球晶）のサイズが小さいため、光の散乱が減り、透明度が向上する。

一般的に使用される粒子状核剤には、タルク、安息香酸ナトリウム、リン酸エステル、その他の有機塩などの塩類や鉱物類が含まれる。

タルクと安息香酸ナトリウムは、性能が低く、低コストの核剤と考えられており、強度、剛性、HDT、サイクルタイムをわずかに改善するにとどまる。

リン酸エステルやビシクロヘプタン塩などの高性能で高価な核剤は、より優れた物理的特性と若干の透明度の向上をもたらす。

可溶性核剤

可溶性核剤は「溶融感受性」とも呼ばれ、一般的に融点が低く、溶融したPPに溶解する。

ポリマー溶融物が金型内で冷却されるにつれて、これらの核生成剤が最初に結晶化し、極めて高い表面積を持つ微細なネットワークを形成する。

温度が下がり続けると、このネットワークを構成する繊維が核として機能し、ポリマーの結晶化を開始させる。

極めて高い核濃度により、非常に小さなPP結晶凝集体が形成され、光散乱レベルが最小限に抑えられ、最高の透明度が得られる。

すべての清澄剤は核生成剤であるが、すべての核生成剤が優れた清澄剤であるとは限らない。

安息香酸ナトリウムやタルクなどの一般的な核形成剤の中には、球晶のサイズを十分に縮小できず、低ヘイズで透明度の高い成形品が得られないものがある。一般的に、最も高い透明度は、可溶性核形成剤を使用した場合に得られる。

清澄剤として作用する可溶性有機化合物には、ソルビトール、ノノトール、トリスアミドなどがある。

これらの核生成剤は主に高い透明度と低いヘイズを実現するために使用されるが、物理的特性を改善し、サイクルタイムを短縮する効果もある。

粒子の形状とアスペクト比

針状の形状を持つ核形成粒子（ADK STAB NA-11など）は、機械方向と横方向で収縮率が異なる可能性があります。この収縮異方性により、最終製品に反りが生じることがあります。一方、平面形状の核形成粒子は、両方向でより均一な収縮を実現できるため、反りを軽減できます。

粒子サイズと粒子サイズ分布

粒子サイズが小さいほど核生成は促進されるが、粒子が小さいほど分散が難しくなる場合もある。安息香酸ナトリウムなどの一部の核生成剤粒子は、再凝集しやすい傾向がある。

酸除去剤を使用

脂肪酸塩（例：ステアリン酸カルシウム）などの一部の酸捕捉剤は、リン酸エステルや安息香酸ナトリウムなどの特定の核形成剤に対して拮抗作用を示すことがあります。このような核形成剤を使用する場合は、ジヒドロタルサイトを使用する必要があります。

ステアリン酸カルシウムは安息香酸ナトリウムの核生成を完全に阻害するため、安息香酸ナトリウムとステアリン酸カルシウムを併用してはいけません。

分散度と未分散凝集体の存在

安息香酸ナトリウムは凝集しやすい性質があり、適切に分散させるのが難しい。

融点

ソルビトールは、ポリマー溶融物中に完全に溶解する必要があるため、最高の透明度を得るにはより高い融点が必要となる。

核形成剤とその他の添加剤間の相乗効果と拮抗作用

酸捕捉剤は相乗効果を示す場合もあれば、拮抗効果を示す場合もある。脂肪酸塩はリン酸エステル核剤を用いたPPの弾性率に悪影響を及ぼす。

正しいものを選択してください核剤PP用清澄剤

PP用途に適した核剤または透明化剤を選択する前に、どの特性改善に最も関心があるかを判断してください。

a. 低ヘイズと高透明度が重要な場合は、水溶性清澄剤のいずれかを選択してください。

b. 透明度の要件が低い場合は、リン酸エステル使用できます。

c.高弾性率が最も重要な場合は、リン酸エステルのいずれかを選択してください。

d. コストが最も重要な場合は、安息香酸ナトリウムを選択してください。

e.反りの少なさや顔料への感度の低さが最も重要な場合は、ビシクロヘプタン塩を選択してください。

核剤をPP樹脂にどのように組み込むかを決定することも非常に重要です。常に適切な試験を実施し、良好な分散と核生成が達成されていることを確認してください。

核剤を添加したPP樹脂に対してDSC測定を行う。サイクルタイムの改善は、一般的に結晶化温度（Tc）の上昇と相関する。成形サンプルの特性を試験する。

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