JP2003238753A - ポリスチレン用カーボンマスターバッチおよびその利用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カーボンブラックを含むポリスチレン成形品に
おいて、混合不良に起因するブツ、スジ、色むらが生じ
ない、外観良好なポリスチレン成形品を得ること。 【解決手段】ポリスチレンに黒色顔料としてカーボンブ
ラックを添加することによって低下するマスターバッチ
の流動性を改善するために、重量平均分子量１０００〜
１００００の低分子量ポリスチレンを含有せしめて得ら
れるマスターバッチ、およびそれを用いて得られる成形
品ならびに成形品の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少量のカーボンマ
スターバッチを添加して得られる外観が良好なポリスチ
レン成形品及びその製造方法ならびにポリスチレン成形
品用カーボンマスターバッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂の着色については、一般的
に粉状着色剤であるドライカラー、ビーズカラーによ
る方法、液状着色剤であるペーストカラー、リキッド
カラーによる方法、使用されるポリスチレン全量を押出
着色加工する着色ペレットによる方法、ペレット状着
色剤であるマスターバッチによる方法の４種類に分類
される。

【０００３】これらの着色剤による着色方法にはそれぞ
れ特徴がありのドライカラー、ビーズカラーについて
は、着色コストが低いがカラーの飛散による作業環境の
汚染を引き起こすこと、顔料の分散状態が不安定であ
り、成形品表面に顔料の凝集体に起因するブツ、スジを
発生させること、色相の再現性が低いことがある。

【０００４】のペーストカラー、リキッドカラーにつ
いてはにくらべ着色コストはやや高いものの作業環境
の汚染性、顔料分散性は改善される。しかし、カラー添
加量の増加にしたがい成形機シリンダ、スクリュー内の
スリップを引き起こし、ペレット状のポリスチレンの食
い込みを悪化させる恐れがある。

【０００５】の着色ペレットによる着色は、ハンドリ
ング性に優れ、顔料分散性、色再現性が良好であるもの
の、着色コストのアップは避けられない。

【０００６】のマスターバッチによる着色は、ベース
レジンと高濃度の顔料から成るマスターバッチを、基材
となる樹脂（希釈樹脂）の成形時に規定量添加し、樹脂
成形体を直接着色する方法である。着色コストはと同
等でより低いが、ハンドリング性に優れ顔料分散性も
良好であるため、近年、多方面で使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マスタ
ーバッチ中の顔料濃度を可能な限り高くしポリスチレン
へ少量添加、例えばポリスチレン１００重量部に対する
添加量が２重量部を下回ると、成形品に色むら、筋引き
等の外観不良が発生する場合があり、ドライカラー、ペ
ーストカラーなどのように熱可塑性樹脂１００重量部に
対して０．３〜２重量部程度の高希釈割合での添加は不
可能であった。

【０００８】その理由として、ベースレジンに顔料を高
濃度添加し混練して得られたマスターバッチは、その溶
融粘度が顔料の添加量に比例して高くなる。そのため、
成形時に用いられる希釈樹脂の溶融粘度との差が大きく
なり、成形機で溶融混練時にマスターバッチと希釈樹脂
が均一に混合されないことに起因すると考えられてい
る。

【０００９】マスターバッチと希釈樹脂の溶融粘度差を
解消するためには顔料濃度を低くする方法があるが、顔
料濃度を低くすることは結果的にマスターバッチの添加
量を増大させなければ所望の色相への成形品着色が困難
であることになり、強いては着色コストのアップにつな
がる。

【００１０】また、ベース樹脂がポリオレフィンの場合
は溶融粘度が低く流動性が高いものがあるが、ポリスチ
レンにおいては比較的溶融粘度の低いものがない。よっ
て、低分子量のベースレジンを用いてマスターバッチの
溶融粘度を低下させることも手段として挙げられるが、
顔料、特に吸油量の高いカーボンブラックをフィラーと
して含有した場合、特に溶融粘度が高くなる傾向にあ
り、不十分であった。

【００１１】従って、一般にカーボンブラックを含有す
るポリスチレン成形品は、押出機を用いてマスターバッ
チと希釈樹脂から着色ペレットを作成後、改めてこの着
色ペレットから成形品を製造するという２段階の工程に
より製造されていて効率が悪かった。

【００１２】本発明者は、顔料、特に吸油量の高いカー
ボンブラックを高濃度に含有し且つ溶融粘度を低下させ
たマスターバッチを得るためには、ベースレジンの低分
子量化を行うだけでは不十分であり、更に液状の滑剤の
添加を試みたが、液状のため添加量は制限され十分な効
果が発揮されないばかりか混錬機中で混錬物がスリップ
してしまい、十分な混錬が行えなかった。上記事実に鑑
み、マスターバッチへの添加が容易であり成形品への悪
影響を及ぼさない低分子量物として、重量平均分子量が
１０００〜１００００の低分子量ポリスチレンを用いる
ことが最善であることが分かった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
ポリスチレン３５〜８０重量％、重量平均分子量１００
０〜１００００の低分子量ポリスチレン２〜３０重量
％、カーボンブラック１０〜４５重量％を含むポリスチ
レン用カーボンマスターバッチである。

【００１４】第２の発明は、第１の発明に記載のポリス
チレン用カーボンマスターバッチを用いて得られる成形
品である。

【００１５】第３の発明は、ポリスチレン３５〜８０重
量％、重量平均分子量１０００〜１００００の低分子量
ポリスチレン２〜３０重量％、カーボンブラック１０〜
４５重量％を溶融混錬して得られたポリスチレン用カー
ボンマスターバッチ１〜１０重量部を、希釈樹脂である
ポリスチレン１００重量部に添加し射出成形する成形品
の製造方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明のカーボンマスターバッチに用いられるベー
スレジンは、ポリスチレンであればどの品種であっても
よい。ポリスチレンは一般的にスチレンモノマー単独を
塊状重合、溶液重合、乳化重合等により高分子化し樹脂
としたGeneral Purpose Polystyrene（ＧＰＰＳ）と、
重合時にブタジエン成分であるスチレンブタジエンゴム
（ＳＢＲ）を添加し、耐衝撃性を高めたHigh Impact Po
lystyrene（ＨＩＰＳ）の２種類があるが、カーボンブ
ラックの高濃度化、溶融粘度の低減を図る上ではどちら
であっても高流動品であることが望ましい。また、耐熱
性を向上させたα―メチルスチレンや柔軟性を向上させ
たスチレン・ブタジエングラフトマー等も使用可能であ
る。

【００１７】マスターバッチにおけるポリスチレンの含
有量は３５〜８０重量%の範囲である。更に好ましくは
４０〜８０重量％である。３５重量％未満ではマスター
バッチの製造に支障が生じるおそれがあり、８０重量％
を超えると相対的にカーボンブラックや低分子量ポリス
チレンの添加量が減少するため、成形品へのマスターバ
ッチ添加量を増大させなければ所望の色相が得られない
場合がある。

【００１８】本発明に用いられる低分子量ポリスチレン
とは、ＴＨＦで溶解させてゲルパーミエーションクロマ
トグラフィー（ＧＰＣ）にて測定した重量平均分子量が
１０００〜１００００の範囲のものである。

【００１９】１０００を下回ると液状もしくは軟化点が
常温近傍となるので仕込み時にブロッキングする、べた
つくなどハンドリング性が悪化するばかりか、添加量に
よっては成形品表面へのブリードを引き起こすおそれが
ある。また、１００００を超えると、ハンドリング性は
良くなるもののマスターバッチの溶融粘度低減作用があ
まり有効に働かず、低分子量ポリスチレンの添加効果が
十分に発現されないおそれがある。

【００２０】マスターバッチにおける低分子量ポリスチ
レンの含有量は、所望の溶融粘度、マスターバッチへの
カーボンブラック添加量により見出されるが、２〜３０
重量％の範囲である。

【００２１】なぜなら、添加量が２重量％未満であると
低分子量ポリスチレンの添加効果が期待できず、３０重
量％より多いとマスターバッチ製造時の生産性の悪化、
例えば押出造粒時にダイからストランドを引き出し、水
冷した後ロータリーカッターにてカッティング、ペレッ
ト化する際に、ストランドのメルトテンションの低下に
よりダイからの引き出しが困難であることや、ロータリ
ーカッターでのカッティング時に切り粉が多く発生する
などの問題があるからである。

【００２２】本発明のカーボンマスターバッチに用いら
れるカーボンブラックは、プラスチック着色用に用いら
れる全ての品種が使用可能である。具体的には、製法別
に鉱物油を反応炉で燃焼させた際に生成するオイルファ
ーネスブラックをはじめとして、ランプブラック、チャ
ンネルブラック、アセチレンブラック等すべてのカーボ
ンブラックが挙げられる。

【００２３】マスターバッチにおけるカーボンブラック
の含有量は１０〜４５重量％である。好ましくは２０〜
４０重量％である。なぜなら、１０重量％を下回るとマ
スターバッチの黒色度が低下するので、所望の色相を得
るためには希釈樹脂へのマスターバッチの添加部数を増
やさなければならず、着色コストのアップにつながり、
また４５重量％を超える添加量においては、マスターバ
ッチの溶融粘度が急激に増加するので成形機中でポリス
チレンとの混合が均一に行われず、低分子量ポリスチレ
ンを添加しても成形品におけるブツ、スジ、色むらを解
消することは出来ないからである。

【００２４】本発明のカーボンマスターバッチは、上記
に示したポリスチレンに低分子量ポリスチレンとカーボ
ンブラックとを混練させる溶融混練方法により製造する
ことが可能である。例えば加圧ニーダー、バンバリーミ
キサー等のバッチ式混練機や単軸および２軸押出機、タ
ンデム型混練機、コニーダ−等の連続式混練機を用いる
ことで達成される。

【００２５】本発明のカーボンマスターバッチの溶融粘
度は、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準拠してメルトフローレー
ト測定（２００℃、５ｋｇ荷重）したときに１〜１０ｇ
／ｍｉｎ．の範囲が好ましい。

【００２６】マスターバッチ製造をおこなう際に、樹脂
の酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤を本発明
の効果を損なわない範囲内で、必要に応じて添加しても
良い。酸化防止剤としては、加工時の樹脂の熱劣化防止
のためフェノール系、リン系、硫黄系、ラクトン系の酸
化防止剤を単独または複合化して添加すればよく、屋外
用途で耐候性が必要な場合は紫外線吸収剤や光安定剤と
してベンゾフェノン系、サルシレート系、ベンゾトリア
ゾール系、シアノアクリレート系、ヒンダートアミン系
化合物を用いれば良い。

【００２７】混練時および成形時の滑性付与をおこなう
ために用いられる滑剤としては、高級脂肪酸金属塩もし
くはアミド、エステル化合物を添加すれば良い。これら
の添加剤を添加する際には、カーボンブラック分散の悪
化や成形品表面へのブリードを引き起こさないようなグ
レード、添加量の検討が必要である。

【００２８】本発明の成形品において希釈樹脂として用
いられるポリスチレンはどの品種であっても良く、マス
ターバッチで用いられたポリスチレンと同じものでも良
い。耐衝撃性が要求される用途にはＨＩＰＳが好んで使
用される。

【００２９】成形品製造の際、希釈樹脂であるポリスチ
レン１００重量部に添加するカーボンマスターバッチの
量は１重量部以上が望ましい。また、着色用途としては
１０重量部以下が望ましい（成形品におけるカーボンブ
ラック量は４重量％以下が望ましい。）。特に１〜５重
量部の範囲が好ましい。

【００３０】なぜなら、カーボンマスターバッチの添加
部数が１重量部を下回ると、たとえ溶融粘度が低く、希
釈樹脂のポリスチレンとの均一混合性が優れたマスター
バッチであっても、成形機スクリューの混練能力が低い
場合や、Ｌ／Ｄが短い場合には十分な均一混合性が確実
に保証できない可能性があり、結果として成形品にブ
ツ、スジ、色むらの発生を引き起こしてしまうおそれが
あるからである。

【００３１】本発明の成形品は、公知の成形品製造方法
によって製造される。特に射出成形、押出成形などの成
形方法が好ましい。

【００３２】

【実施例】以下に実施例、比較例を記す。材料は表１に
記載した。 ［実施例１］ポリスチレンＡ４７．８重量％、低分子量
ポリスチレン１０重量％、カーボンブラックＡ４０重量
％、酸化防止剤０．２重量％、滑剤２．０重量％を、Ｂ
Ｒ型バンバリーミキサーを用いて１３０℃にて５分間混
練した。混練物はＬ／Ｄ＝２４の押出機を用いて１７０
℃にて吐出され、得られた直径３mmのストランドを水
冷、ロータリーカッターにてカッティングし、長さ３mm
の円柱状ペレットに造粒しマスターバッチとした。

【００３３】マスターバッチはＪＩＳ Ｋ７２１０に準
拠して、メルトフローレート測定（２００℃、５ｋｇ荷
重）し、溶融粘度の指標として評価した。次に、希釈ポ
リスチレン１００重量部にマスターバッチを１重量部を
添加してブレンド後、型締圧７５tの射出成形機にて２
００mm×４００mmの平板を作製した。この平板の表面状
態を目視観察した。

【００３４】［実施例２］低分子量ポリスチレンを２０
重量％、カーボンブラックＡをカーボンブラックＢに変
更し、添加量を３０重量％に変更した他は実施例１と同
様の所作をおこなった。

【００３５】［実施例３］ポリスチレンＡ５７．８重量
％、カーボンブラックＡ３０重量％に変更した他は実施
例１と同様の所作をおこなった。

【００３６】［実施例４］ポリスチレンＡを５７．８重
量％、カーボンブラックＢを２０重量％に変更した他は
実施例２と同様の所作をおこなった。

【００３７】［比較例１］ポリスチレンＡの添加量を５
７．８重量％に変更し、低分子量ポリスチレンを添加し
ない他は実施例１と同様の所作をおこなった。

【００３８】［比較例２］ポリスチレンＡをポリスチレ
ンＢに変更した。他は比較例１と同様の所作をおこなっ
た。

【００３９】［比較例３］ポリスチレンＡを３７．８重
量％に、低分子量ポリスチレンを１０重量％、カーボン
ブラックＡを５０重量％に変更した他は比較例１と同様
の所作をおこなった。

【００４０】［比較例４］ポリスチレンＡの添加量を６
７．８重量％に変更し、低分子量ポリスチレンを添加し
ない他は実施例２と同様の所作をおこなった。

【００４１】［比較例５］ポリスチレンＡをポリスチレ
ンＢに変更した他は比較例４と同様の所作をおこなっ
た。

【００４２】［比較例６］ポリスチレンＡを２７．８重
量％に、カーボンブラックＢを５０重量％に変更した他
は実施例２と同様の所作をおこなった。以上の実施例、
比較例におけるマスターバッチ配合組成と評価結果は、
表２および表３に記載した。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】［表の説明］上記配合中、実施例はいずれ
も表面外観が良好な成形品が得られた。比較例にて得ら
れた成形品はいずれも外観不良が認められた。特に低分
子量ポリスチレン無添加の場合はマスターバッチの溶融
粘度が高く、成形品にブツ、スジが観察された。また、
ベース樹脂であるポリスチレンの添加量が少ない比較例
３においては、マスターバッチ製造時に切り粉が多く生
じ製造困難であった。更に比較例６においてはマスター
バッチの製造が不可能であった。

【００４７】

【発明の効果】本発明のポリスチレン用カーボンマスタ
ーバッチは、ポリスチレン３５〜８０重量％、重量平均
分子量１０００〜１００００の低分子量ポリスチレン２
〜３０重量％、カーボンブラック１０〜４５重量％を含
んでいるので、流動性が改善されたマスターバッチが得
られる。従って、希釈樹脂への混合が容易になり、均一
に分散可能となる。

【００４８】本発明の成形品は、このポリスチレン用カ
ーボンマスターバッチを用いているので、希釈樹脂であ
るポリスチレンと均一に混合される。よって、従来のよ
うに着色ペレットを製造する工程を経ずに、外観の良好
な成形品を得ることができる。特に、成形品製造におけ
る樹脂の流動性が重大な影響を及ぼす射出成形方法によ
る成形品において顕著な効果が得られ、マスターバッチ
と希釈樹脂との不均一な混合に起因する成形品表面のス
ジ、色むら、ブツの発生がない。

【００４９】また、ポリスチレン３５〜８０重量％、重
量平均分子量１０００〜１００００の低分子量ポリスチ
レン２〜３０重量％、カーボンブラック１０〜４５重量
％を溶融混錬して得られたポリスチレン用カーボンマス
ターバッチ１〜１０重量部を、希釈樹脂であるポリスチ
レン１００重量部に添加混合し射出成形する、本発明の
成形品の製造方法を用いると、マスターバッチと希釈樹
脂であるポリスチレンが均一に混合されるので、カーボ
ンブラックの分散不良に起因するスジ、色むら、ブツが
成形品に生じない。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリスチレン３５〜８０重量％、重量平均
   分子量１０００〜１００００の低分子量ポリスチレン２
   〜３０重量％、カーボンブラック１０〜４５重量％を含
   むポリスチレン用カーボンマスターバッチ。
2. 【請求項２】請求項１に記載のポリスチレン用カーボン
   マスターバッチを用いて得られる成形品。
3. 【請求項３】ポリスチレン３５〜８０重量％、重量平均
   分子量１０００〜１００００の低分子量ポリスチレン２
   〜３０重量％、カーボンブラック１０〜４５重量％を溶
   融混錬して得られたポリスチレン用カーボンマスターバ
   ッチ１〜１０重量部を、希釈樹脂であるポリスチレン１
   ００重量部に添加混合し射出成形する成形品の製造方
   法。