相溶性が悪い樹脂を混ぜると、なぜ製品の品質が
低下するのか？
樹脂コンパウンドでは、複数の樹脂を組み合わせる事で
単一の樹脂では実現できない性能や機能を持つ新しい
材料を開発する事が出来ます。
例えば、耐衝撃性の向上、耐熱性の付与、柔軟性の調整
コスト削減、リサイクル材の有効活用 等
異種樹脂をブレンドする目的は様々です。
しかし、混ぜる樹脂同士の相溶性が悪い場合、期待した性能が
得られないだけでなく、強度低下・界面剥離・外観不良・成形不安定
等のトラブルが発生する事があります。
【二軸混練機でしっかり混ぜたはずなのに、引張強度が出ない】
【フィルムを引っ張ると層間で剥がれてしまう】
このような問題の背景には、樹脂同士の相溶性や界面接着性
分散状態、加工条件 等が関係している可能性があります。
本記事では、相溶性が悪い樹脂を混ぜた場合に発生する代表的な
トラブルを解説し、その原因と改善方法を樹脂コンパウンドの
実務的な視点から紹介します。
樹脂の配合設計や試作条件の検討に役立つ基礎知識として
是非ご活用下さい。
■相溶性が悪い樹脂を混ぜると起こる5つの代表的なトラブル
〇相溶性の低い樹脂をブレンドした場合、配合比・界面接着性・
分散状態・加工条件 等によって様々な品質問題が発生します。
代表的なトラブルを5つに分けて解説します。
トラブル① 強度低下
〇なぜ相溶性が悪いと強度が落ちるのか？
樹脂を混ぜる事で強度が向上する事を期待していても
相溶性が悪い組み合わせでは、逆に引張強度や衝撃特性が
低下する場合があります。
主な理由は、異なる樹脂の界面で十分な応力伝達が出来ていない事です。
樹脂Aと樹脂Bを混ぜた時、それぞれの樹脂自体が高い強度を持っていても
樹脂Aと樹脂Bの接着が弱ければ、外部から力が加わった際に界面で破壊が
進みやすくなります。
強度低下に繋がる主な要因
- 界面接着性の不足：異なる樹脂管の結合や相互作用が弱い
- 分散粒径の増大 ：分散相が大きくなり、応力集中が起こりやすくなる
- ボイドや空隙 ：界面剥離や揮発分などによって欠陥が生じる
- 相構造の不適合 ：目的の強度や人生に適した相構造になっていない
特に、分散性が大きい場合や界面接着が弱い場合は、材料に加わる
力が均一に伝わらず、破壊の起点になる可能性があります。
改善方法
- 相溶化剤の使用を検討する
- 樹脂の配合比を見直す
- 混練条件を調整し、分散状態を改善する
- 引張試験・衝撃試験・破断面観察 等で原因を確認する
ただし、混練を強くすれば必ず強度が向上するわけではありません。
せん断による分散改善と、樹脂の熱劣化や分子量低下のリスクを
併せて評価する必要があります。
トラブル② 剥離・層間剥離が起こる原因
〇界面接着性が弱いと、樹脂同士が剥がれる
相溶性が低い樹脂ブレンドでは、樹脂同士の界面に十分な
接着性が得られず、外力によって剥離が発生する場合があります。
特に、フィルムやシート、積層構造を持つ材料では
界面の接着性が製品性能に大きく影響します。
例えば、樹脂Aと樹脂Bを混ぜて成形したフィルムを引っ張った際
樹脂そのものが破断する前に、樹脂Aと樹脂Bの界面で剥離が進む
事があります。
剥離が起こる主な原因
☑樹脂同士の化学的・物理的な相互作用が弱い
樹脂の極性や化学構造が異なり、界面接着が十分に得られない。
☑分散相の粒径が大きい
界面の面積や応力集中の状態が変わり、破壊しやすい構造に
なる場合がある。
☑加工時の流動・配向による構造の偏り
押出や延伸によって、樹脂相の分布や界面に不均一な
応力が生じる事がある。
☑水分・揮発分・異物の影響
界面に欠陥が生じると、接着性や機械特性が低下する
可能性がある。
改善方法
- 相溶化剤による界面接着性の改善
- グラフト変性樹脂などの利用検討
- 樹脂の乾燥条件や保管状態の確認
- 混練温度・スクリュー構成・吐出量の最適化
- フィルムやシートの剥離試験による評価
重要なのは、剥離が発生したからといって、必ず相溶性だけが
原因とは限らない事です。
積層フィルムの接着不良であれば、表面処理、接着剤、成形温度
界面の汚染 等も確認する必要があります。
原因を切り分ける事が改善への近道です。
トラブル③ 外観不良（白化・筋・公約村）の原因
〇相溶性が悪いと、なぜ外観に影響するのか？
樹脂コンパウンドやTダイフィルム成形では、材料の相構造や
分散状態が製品に影響する事があります。
相溶性の低い樹脂を混ぜると、樹脂同士が均一にならず
光の拡散や表面状態の変化によって外観不良が発生する
場合があります。
ただし、、白化・筋・光沢ムラの原因は多岐にわたり
相溶性の悪さだけで断定することはできません。
代表的な外観不良
| 外観不良 | 考えられる原因 |
| 白化・濁り | 相分離、結晶化、ボイド、光散乱 等 |
| 筋・ストリーク | 分散不均一、流動不安定、ダイ内の滞留 等 |
| 光沢ムラ | 表面粗さ、相構造、冷却条件 等 |
| フィッシュアイ状の異物・斑点 | 未溶融物、ゲル、異物、熱劣化物 等 |
〇相溶性と外観の関係
相溶性の低い樹脂ブレンドでは、分散相のサイズや分布によって
光の散乱が変化し、透明性や光沢に影響する場合があります。
例えば、透明性が必要なフィルムで、分散相のサイズが大きくなったり
相分離構造が粗大化したりすると、白濁や濁りが生じる可能性があります。
一方で、外観不良の原因が分散不良なのか、結晶化なのか、成形条件なのか
によって対策は異なります。
改善方法
- 混練後のペレットや成形品を観察する
- 顕微鏡による分散状態の確認を行う
- 樹脂の乾燥状態と水分量を確認する
- シリンダー温度・ダイ温度・冷却条件を調整する
- ダイ内部の滞留・汚れ・異物の可能性を確認する
外観不良を解決する為には、【混ぜっていない】事と
【成形条件が適切でない】事を分けて考える事が重要です。
トラブル④ 分散不良・凝集が発生する原因
〇相溶性と分散性は同じではない
相溶性と分散性は密接に関係していますが、同じ意味ではありません。
- 相溶性：樹脂同士が分子レベルなどで混ざり合いやすい性質
- 分散性：一方の成分が他方の中に、どの程度均一に分散しているか
相溶性が悪い樹脂同士でも、適切な混錬条件によって細かく分散される
事は可能です。
しかし、相溶性が低く界面接着も弱い場合、分散相が粗大化したり
加工・保管・成形の過程で凝集や相構造の変化が生じたりする
可能性があります。
分散不良を引き起こす主な要因として、
☑樹脂同士の粘度差
混練温度における各樹脂の粘度や流動特性が大きく
異なる場合、分散挙動に影響します。
☑混練エネルギーの不足
せん断や伸長流動が十分でないと、樹脂の分裂や分散が
進みにくい場合があります。
☑配合比の影響
分散相の割合が増える事で、相構造や流動挙動が
変化し、分散状態が悪化する事があります。
☑相溶化剤の不足
相溶化剤の種類や添加量が適切でない場合、界面の安定化や
接着性が十分に得られない可能性があります。
改善方法
- 樹脂の溶融温度と混練温度のバランスを見直す
- スクリュー構成、混練部の配置を検討する
- 回転数、吐出量、滞留時間を調整する
- 相溶化剤の種類と配合量を評価する
- 顕微鏡観察によって分散粒径、相構造を比較する
ただし、強いせん断を加える事だけが正解ではありません。
樹脂の熱履歴や機械的な劣化、処理量とのバランスを考慮する
必要があります。
トラブル⑤ 成形不安定・加工性低下の原因
〇相溶性の違いは、押出加工にも影響する
相溶性の低い樹脂を混ぜると、溶融状態での流量挙動や
層構造が複雑になり、押出成形・フィルム成形に影響を
与える場合があります。
特に樹脂同士の粘度・弾性・表面特性 等の違いが大きい場合には
加工条件の調整が必要になる事があります。
発生する可能性がある問題
☑吐出量の変動
溶融樹脂の流動特性や供給状態が悪化し、安定した吐出が
難しくなる場合がある。
☑フィルム厚みの不均一
粘度差や相構造、ダイ内の流動状態によって厚みムラが
生じる可能性がある。
☑ダイ内の流動不安定
材料の粘弾性・壁面での挙動・温度条件 等の影響を受ける
場合がある。
☑表面状態の悪化
相分離や加工条件によって、表面粗さや筋状欠陥 等が
生じる事がある。
改善方法
- 各樹脂の溶融温度、粘度特性を確認する
- 押出温度や回転数、吐出量を調整する
- ダイ温度や冷却条件を見直す
- 材料の供給安定性と水分状態を確認する
- 小ロット試作で条件を段階的に評価する
成形トラブルの原因は、相溶性・粘度差・熱安定性・流動条件
等を複合的に確認する事が大切です。
■相溶性が悪い樹脂を改善す方法
〇ここからは、実際に樹脂コンパウンドを行う際に検討できる
改善策を紹介します。
改善策① 相溶化剤を使用する
〇相溶性の低い樹脂同士を組み合わせる場合、相溶化剤の使用が
代表的な改善手段の一つです。
相溶化剤は、異なる樹脂相の界面に作用し、界面接着性の向上や
分散相の安定化に寄与する事があります。
相溶化剤の主な役割
- 樹脂同士の界面接着性を改善する
- 分散相の粗大化を抑制する事がある
- 相分離構造を安定化させる
- 機械特性の向上に寄与する場合がある
例えば、ポリオレフィン系樹脂と極性樹脂のブレンドでは
官能基を持つ変性樹脂などが検討される事があります。
ただし、相溶化剤の効果は樹脂の組み合わせ、官能基、分子量
配合量、混練条件 等によＴって変わります。
相溶化剤を添加すれば必ず改善するわけではない為、少量から
配合を変えた試験による確認が重要です。
改善策② 配合比を見直す
〇相溶性が低い樹脂ブレンドでは、配合比によって相構造や
材料特性が変化します。
同じ材料の組み合わせでも、配合比を変える事で分散相の状態や
連続相の形成状態が変わり、強度や外観、加工性に影響する
可能性があります。
配合比検討の例
| 試験条件 | 樹脂A | 樹脂B |
| 条件① | 90％ | 10％ |
| 条件② | 80％ | 20％ |
| 条件③ | 70％ | 30％ |
| 条件④ | 60％ | 40％ |
〇上記は検討方法の例であり、実際の最適配合を示すものではありません。
配合比を変えた試験を行う事で、材料の強度・外観・分散性・加工性
の変化を比較しやすくなります。
改善策③ 二軸混練機の条件を最適化する
〇相溶性の低い樹脂を混ぜる場合、二軸混練機の運転条件も重要な
検討項目です。
ただし、混練条件を強くすれば必ず相溶性が改善するわけでは
ありません。
相溶性そのものと、混練による分散・界面形成の効果を区別して
考える必要がります。
条件検討のポイント
☑温度を上げる事で粘度が下がり、分散が改善する場合がある
☑回転数を上げる事で混練エネルギーが増える場合がある
☑ただし、過度なせん断や熱履歴は樹脂の劣化に繋がる
可能性がある
☑吐出量と回転数の組み合わせによって、材料の滞留や
混練状態が変化する
その為、トルク・圧力・吐出状態・材料温度・外観 等を
確認しながら、段階的に条件を調整ㇽ事が大切です。
改善策④ 樹脂の乾燥状態・水分量を確認する
〇相溶性が悪いと考えていたトラブルが、実は水分や揮発分によって
引き起こされているケースもあります。
特に吸湿性のある樹脂では、乾燥不足によって以下のような
問題が発生する可能性があります。
- 気泡やボイドの発生
- 表面荒れや銀条 等の外観不良
- 加水分解による分子量低下（樹脂の種類による）
- 機械特性の低下
異種樹脂をブレンドする際は、各樹脂の乾燥条件や
水分管理の必要性を確認しましょう。
相溶性の問題と水分に起因する問題は、現象が似ている場合が
ある為、原因を切り分ける事が重要です。
■樹脂の相溶性トラブルを解決する為の試作・評価方法
〇相溶性が悪い樹脂を混ぜる際は、最初から大量生産条件を
決めるのではなく、試作tと評価を繰り返しながら条件を
絞り込むことが有効です。
STEP① 樹脂の組み合わせを確認する
〇まず、使用する樹脂の種類・グレード・配合比・添加剤
等を確認します。
確認項目の例
- 樹脂の化学構造、極性
- 融点、軟化温度、加工温度
- MFRや粘度特性
- 熱安定性
- 吸湿性、乾燥条件
- 既存の相溶化剤や変性樹脂の有無
STEP② 少量試作で基礎条件を確認する
〇小ロットで試作し、以下の状態を確認します。
☑運転状態：トルク・圧力・吐出の安定性
☑材料状態：ペレットの外観・色ムラ・異物・未分散物
☑成形状態：フィルムの厚み・表面状態・剥離の有無
STEP③ 分析・物性評価を行う
| 評価項目 | 確認する内容 |
| 引張試験 | 強度・伸び・破断挙動 |
| 衝撃試験 | 衝撃強度・破壊形態 |
| 顕微鏡観察 | 分散粒径・相構造・界面状態 |
| SEM観察 | 破断面や分散状態の詳細 |
| DSC | 融解・結晶化挙動 等 |
| MFR・レオロジー | 流動性や粘度特性 |
〇評価方法は樹脂の種類や目的に応じて選定します。
STEP④ 配合・条件を変更して比較する
〇配合比や相溶化剤の有無、混練条件などを変え、試験結果を比較します。
大切なのは、トラブルが発生した条件と改善した条件を記録し
再現性のあるデータとして蓄積する事です。
■N.6株式会社が提供する樹脂コンパウンド試験の価値
〇相溶性が悪い樹脂のブレンドでは、机上の配合検討だけでなく
実際に材料を混練し、加工状態や試作サンプルを確認する事が重要です。
N.6株式会社では、二軸混練機を活用した樹脂コンパウンド試作を通じて
新素材開発や配合条件の検討をサポートします。
N.6株式会社の樹脂コンパウンド試作
☑少量試作への対応
材料開発段階での配合検討や条件確認など、目的に応じた
試作を検討出来ます。
☑加工条件の検討
温度・回転数・吐出量 等の条件を確認しながら
試作状態を評価します。
☑試作サンプル・データ報告
試作材料や試作条件、条件などを整理し、開発検討に
活用できる情報としてまとめます。
☑開発担当者との条件検討
試作前の相談から試作、結果報告まで、材料開発の
課題に応じて検討します。
相溶性や分散性の問題は、樹脂の組み合わせによって必要な
検討内容が異なります。
【異種樹脂を混ぜたいが、強度が出ない】
【相溶化剤を使った試験を検討したい】
【フィルム成形で剥離や外観不良が発生している】
このような課題があれば、樹脂の種類・配合・加工条件 等を
確認しながら、試作方法を検討する事が出来ます。