炭酸カルシウム添加によるポリプロピレンの衝撃特性の改善
安田篤司 ＊ １

山口知宏 ＊ ２

川本直樹 ＊ ３

Improvement of the Impact Property of P olypropylene sb y Adding C alcium C arbonate
Atsushi YASUDA,Tomohiro YAMAGUCHI and Naoki KAWAMOTO
Planning and Coordination Division,AITEC *1 Technical Consulting Division,AITEC *2*3
ポリプロピレンと炭酸カルシウムを、ラボプラストミルを用いて混練し、耐衝撃性を向上させる混練条
件 に つ い て 検 討 し た 。 そ の 結 果 、 Ｍ Ｆ Ｒ 値 の 低 い ポ リ プ ロ ピ レ ン と 平 均 粒 径 0.17μ ｍ で 脂 肪 酸 処 理 を し た炭 酸 カ ル シ ウ ム を 2 0 〜50wt ％ （ 最 適 値 3 5 wt％〜40wt％） の 割 合 で 混 練 し 、 そ の 時 の 混 練 ト ル ク が 37N -m
以 上 の 場 合 で 、 高 い 衝 撃 強 さ が 発 現 し た 。 ま た 、 M F R 値 の 高 い Ｐ Ｐ は 混 練 ト ル ク が 3 7 N -m 以 上 に な ら ないため、高い衝撃強さが発現しないことも分かった。

１．はじめに

表１

ポリプロピレン（以下ＰＰ）は優れた汎用プラスチッ
クであるが、耐衝撃性が低いことが欠点とされている。
これを改善するために、ＮＢＲ、ＭＢＲなどのゴム成分等を添加する方法や、ポリエチレンとのブロック共重合する方法があるが、同時に引張り強さ、曲げ強さ、弾性ＰＰ試料及びＣＣ試料

ＰＰ
試料名

融点（℃）

ＭＦＲ（g/10min ）PP- 1PP- 2
PP- 3PP- 4164.5158.0167.1165.30.53.01317(融点は実測値)率などの低下を招いている。
このような欠点を解決する方法として、ＰＰにゴム成分の代わりに微細な無機フィラーを添加する方法が提案されている １ ） ２ ）。著者らも無機フィラーとして炭酸カルシウム（以下ＣＣ）を用い、熱ロールにより非常に強いせん断力を与える混練により、耐衝撃性が向上 したことを報告した ３ ）。
本研究は熱ロールに代わり、混練の基礎データを得るために、２軸の押出成形機と同様の混練が可能なラボプ
ラストミルを用いて混練し、耐衝撃性を飛躍的に向上させる混練条件について検討した。の４種類、ＣＣは表面処理（脂肪酸処理、ロジン酸処理、無処理）及び平均粒径（0.07μm〜0.20μm）が異なる８種類のＣＣを用いた（表 １ ）。
ラボプラストミル（（株）東洋精機製作所製 50Ｃ150）を用いて温度・回転速度・時間などを変えて混練した後、熱プレスにより試験片を作製し、アイゾット衝撃値等の３． 実験結果及び考察
3.1

ＰＰの熱特性及び混練特性*1 企画連携部*2 技術支援部材料技術室

４種類のＰＰにＣＣの Vi‑15 を、混練温度を 170℃として、回転速度を４段階に変えて５分間混練した時の混昇すると考えられたが、実際には回転速度との関係は見出せなかった。これは回転速度が上昇すると共に樹脂温度も上昇し、樹脂の粘性が低下することや、低回転速度ではＰＰとＣＣがうまく混ざらない等に起因していると考えられる。

試験方法

物性を測定した。

0.090.090.120.170.200.200.070.19

表面処理
脂肪酸＋NH 4 塩脂肪酸
脂肪酸
脂肪酸
脂肪酸
脂肪酸
ロジン酸
無処理に示した。混練トルクは回転速度が早くなるにつれて上

試料

ＰＰはメルトフローレート(MFR)値 0.5、3.0、13、172.2

平均粒径( μm )ＵCC- 1CCRVi-10Vi-15U- 15FRAAA

練トルクと樹脂温度を測定した。その混練トルクを 図 １２．実験方法
2.1ＣＣ
試料名

なお、アイゾット衝撃試験の結果、回転速度 100min‑1で混練した PP‑1 試料が良好な結果を示したので、以後の実験の混練回転速度は 100min‑1 とした。
3.2

ＣＣの種類が耐衝撃性に及す影響

４種類のＰＰと８種類のＣＣを、ＣＣ量 20wt％になるよう調整し、混練温度 170℃で５分間混練した。その*3 技術支援部加工技術室

混練トルク（N-m）

PP-1
PP-2PP-3PP-412PP-1PP-2
PP-3PP-410
衝撃強度比45403530252015105086422550

10001500

回転数(rpm)

図 １ ラボプラストミルの回転数と混練トルク

5101520 25 30 35
CC添加量(wt%)

404550(混練温度170℃、混練時間５min、ＣＣ量２０wt％）

図 ３ ＣＣ添加量と衝撃強度比の関係（混練温度１７０℃、回転数１００rpm、混練時間５min）

試料の衝撃強度比（樹脂のみの衝撃値を１としたときのも、上記のトルクに達する混練条件が得られないため、割合）を図 ２ に示す。その結果 PP‑1 で、Vi‑10、Vi‑15

高 MFR 値のＰＰでは、高い衝撃強さは得られないことがを用いた場合でしか、高い衝撃強さは得られないことが分かった。

衝撃強度比

1614121086420

PP-1のみPP-2のみPP-3のみPP-4のみPP-1(35wt%)

PP-1(20wt%)
PP-2(20wt%)
PP-3(20wt%)
PP-4(20wt%)

102030
混練トルク(N-m)

0AAA

U-15FR

Vi-15

CCＲ

PP-1
PP-2
PP-3
PP-4
Vi-10CC-1

86420PP-4PP-3PP-2PP-1U

衝撃強度比分かった。

4050

図 ４ 混練トルクとコンポジットの衝撃強度比の関係(混練温度170・190・210℃、回転数25・50・100・150rpm,混練時間5・10・20・30min、ＣＣ量20・35wt％）

図 ２ ＣＣの種類がコンポジットの衝撃強度比に及ぼす影響（
混練温度170℃、回転数100rpm、混練時間５min、ＣＣ量２０wt％）

４

結び

ＰＰとＣＣをラボプラストミルを用いて混練して、耐3.3

Ｃ Ｃ 添 加 量 が耐 衝 撃 性 に 及 ぼ す 影 響

衝撃性に優れたコンポジットの得られる混練条件に つい４種類のＰＰと Vi‑15 を用い、添加量を 0wt％〜50wt％て調べた。その結果、耐衝撃性の向上に影響を与えるＣと変化させて５分間混練した。その試料の衝撃強度比とＣの表面処理・平均粒径、ＰＰの MFR 値や、混練トルＣＣ添加量の関係を図 ３ に示す。その結果、PP‑1 で重量クについての知見が得られ、この混練条件により比 20wt％〜50wt％の範囲で高い衝撃強さが得られ、約3.6kJ/m2 程度のＰＰを用いても、最大で 52kJ/m2 の高い35wt％〜40wt％で最大になることが分かった。

耐衝撃強さを示すコンポジットが得られた。この混練方

3.4

法及び条件は２軸の押出成型機にも応用が可能であると耐衝撃性と混練トルクの関係

４種類のＰＰと Vi‑15 を用い、ＣＣの添加量を 20wt％、考えられる。

35wt％、混練温度を 170℃〜210℃で３段階、回転速度を文献

25min‑1 〜150min‑1 で４段階、混練時間を 5min〜30min で１）成澤郁夫：プラスチックの耐衝撃性 ，P178(1997)，

４段階に変化させて混練した。その試料の混練トルクとシグマ出版
学：プラスチック，5 1 (9)，23(2000)

衝撃強度比の関係を図 ４ に示す。その結果、混練トルク

２）野村とアイゾット衝撃強さには相関関係が認められ、37N‑m３）今西，山口，安田：高分子論文集，5 8 ，480(2001)

以上の混練トルクが得られる条件でなければ高い衝撃強さは得られないことが分かった。
また、粘性の低い（高 MFR 値）ＰＰにＣＣを添加して