はじめに：高負荷ATH/MDH難燃性ポリオレフィン化合物の加工における課題解決
ケーブル業界では、火災発生時の人員と設備の安全を確保するため、難燃性に関する厳格な要件が不可欠です。ハロゲンフリー難燃剤である水酸化アルミニウム（ATH）と水酸化マグネシウム（MDH）は、環境に優しく、発煙量が少なく、腐食性ガスを発生しないため、ポリオレフィンケーブルコンパウンドに広く使用されています。しかし、必要な難燃性能を達成するには、ポリオレフィンマトリックスにATHとMDHを高濃度（通常50～70重量％以上）で配合する必要がある場合が多くあります。
このような高充填剤含有量は難燃性を大幅に向上させる一方で、溶融粘度の増加、流動性の低下、機械的特性の劣化、表面品質の低下など、加工上の深刻な課題も引き起こします。これらの問題は、生産効率と製品品質を大きく制限する可能性があります。
本稿は、ケーブル用途における高負荷ATH/MDH難燃性ポリオレフィン化合物に関連する加工上の課題を体系的に検討することを目的としている。市場からのフィードバックと実務経験に基づき、識別する 効果的処理添加物のためにこれらの課題に対処するため、本稿で提供する知見は、電線・ケーブルメーカーが高負荷対応のATH/MDH難燃性ポリオレフィン化合物を使用する際に、配合の最適化と生産プロセスの改善に役立つことを目的としています。
ATHおよびMDH難燃剤について理解する
ATHとMDHは、ポリマー材料、特に安全性と環境基準が高いケーブル用途で広く使用されている、主要な無機ハロゲンフリー難燃剤です。これらは吸熱分解と水分放出によって作用し、可燃性ガスを希釈するとともに、材料表面に保護酸化層を形成します。この酸化層は燃焼を抑制し、発煙量を低減します。ATHの分解温度は約200～220℃であるのに対し、MDHの分解温度は330～340℃と高いため、高温で加工されるポリマーにはMDHの方が適しています。
1. ATHおよびMDHの難燃メカニズムは以下のとおりです。
1.1. 吸熱分解：
加熱すると、ATH（Al(OH)₃）とMDH（Mg(OH)₂）は吸熱分解を起こし、大量の熱を吸収してポリマーの温度を下げ、熱分解を遅らせる。
ATH: 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O、ΔH ≈ 1051 J/g
MDH: Mg(OH)₂ → MgO + H₂O、ΔH ≈ 1316 J/g
1.2. 水蒸気の放出：
放出された水蒸気はポリマー周辺の可燃性ガスを希釈し、酸素の供給を制限することで燃焼を抑制する。
1.3. 保護層の形成：
生成された金属酸化物（Al₂O₃とMgO）はポリマー炭化層と結合して緻密な保護層を形成し、熱と酸素の浸透を遮断し、可燃性ガスの放出を阻害する。
1.4. 煙の抑制：
保護層は煙の粒子も吸着し、煙の全体的な濃度を低減する。
優れた難燃性能と環境面での利点があるにもかかわらず、高い難燃性評価を得るには通常、50～70重量％以上のATH/MDHが必要となり、これがその後の加工における課題の主な原因となっている。
2. ケーブル用途における高負荷ATH/MDHポリオレフィンの主要な加工上の課題
2.1. レオロジー特性の劣化：
充填剤の含有量が多いと、溶融粘度が急激に上昇し、流動性が低下します。これにより、押出成形時の可塑化と流動が困難になり、より高い加工温度とせん断力が必要となるため、エネルギー消費量が増加し、装置の摩耗が加速します。溶融流動性の低下は、押出成形速度と生産効率にも影響を与えます。
2.2. 機械的特性の低下：
多量の無機充填剤を添加するとポリマーマトリックスが希釈され、引張強度、破断伸度、衝撃強度が著しく低下します。例えば、ATH/MDHを50%以上添加すると、引張強度が約40%以上低下する可能性があり、柔軟で耐久性のあるケーブル材料にとって大きな課題となります。
2.3. 分散に関する問題：
ATH粒子とMDH粒子はポリマーマトリックス中で凝集することが多く、その結果、応力集中点が生じ、機械的性能が低下し、表面粗さや気泡などの押出成形欠陥が発生する。
2.4. 表面品質の悪さ：
溶融粘度が高い、分散性が悪い、充填剤とポリマーの相溶性が低いといった要因により、押出成形品の表面が粗くなったり不均一になったりして、「シャークスキン」現象やダイへの堆積物が発生することがあります。ダイへの堆積物（ダイドロール）は、外観だけでなく連続生産にも悪影響を及ぼします。
2.5. 電気的特性への影響：
充填材含有量が高く、分散が不均一な場合、体積抵抗率などの誘電特性に影響を与える可能性があります。さらに、ATH/MDHは比較的高い吸湿性を持つため、湿度の高い環境下では電気的性能や長期安定性に影響を与える可能性があります。
2.6. 狭い処理ウィンドウ：
高負荷難燃性ポリオレフィンの加工温度範囲は狭い。ATHは200℃付近から分解を開始し、MDHは330℃付近から分解を開始する。早期分解を防ぎ、難燃性能と材料の完全性を確保するためには、精密な温度制御が必要となる。
これらの課題により、高負荷ATH/MDHポリオレフィンの加工は複雑になり、効果的な加工助剤の必要性が浮き彫りになる。
そこで、これらの課題に対処するため、ケーブル業界では様々な加工助剤が開発され、応用されてきた。これらの助剤は、ポリマーと充填材の界面適合性を向上させ、溶融粘度を低下させ、充填材の分散性を高めることで、加工性能と最終的な機械的特性の両方を最適化する。
ケーブル産業用途における高負荷ATH/MDH難燃性ポリオレフィン化合物の加工性および表面品質の問題を解決するために、最も効果的な加工助剤はどれですか？
SILIKEは多用途ポリシロキサン系加工助剤標準的な熱可塑性樹脂とエンジニアリングプラスチックの両方に対応し、加工の最適化と最終製品の性能向上に貢献します。当社のソリューションは、定評のあるシリコーンマスターバッチLYSI-401から、高負荷、ハロゲンフリーLSZHおよびHFFR LSZHケーブル押出成形において、より高い効率と信頼性を実現するために開発された革新的な添加剤SC920まで多岐にわたります。
具体的には、SILIKE UHMWシリコーン系潤滑油加工添加剤ケーブル中のATH/MDH難燃性ポリオレフィン化合物に有益であることが証明されています。主な効果は以下のとおりです。
1. 溶融粘度の低下：ポリシロキサンは加工中に溶融表面に移動し、潤滑膜を形成することで、装置との摩擦を低減し、流動性を向上させます。
2. 分散性の向上：シリコン系添加剤は、ポリマーマトリックス中のATH/MDHの均一な分散を促進し、粒子凝集を最小限に抑えます。
3. 表面品質の向上：LYSI-401シリコーンマスターバッチ金型への付着物や溶融割れを低減し、欠陥の少ない、より滑らかな押出成形品表面を実現します。
4. 回線速度の向上：シリコーン加工助剤SC920高速ケーブル押出成形に適しています。線径の不安定性やねじの滑りを防ぎ、生産効率を向上させます。同じエネルギー消費量で、押出成形量が10%増加しました。
5. 機械的特性の向上：シリコーンマスターバッチは、フィラーの分散と界面接着性を向上させることにより、複合材料の耐摩耗性や、衝撃特性や破断伸びなどの機械的性能を向上させます。
6. 難燃性相乗効果と発煙抑制：シロキサン添加剤は、難燃性能をわずかに向上させ（例えば、LOIを増加させる）、発煙を低減することができます。
SILIKEは、アジア太平洋地域におけるシリコーン系添加剤、加工助剤、および熱可塑性シリコーンエラストマーの大手メーカーです。
私たちのシリコーン加工助剤これらは熱可塑性樹脂およびケーブル業界で広く応用されており、加工の最適化、充填剤の分散性の向上、溶融粘度の低下、より効率的な滑らかな表面の実現に役立てられています。
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投稿日時：2025年9月25日
