プラスチック用着色剤とは

はじめに

私たちの身のまわりには、ペットボトルや文房具、食品の容器(トレー)など、さまざまなプラスチック製品があります。これらのプラスチック製品には、もともと色がついているわけではありません。プラスチック(樹脂)は、本来無色(乳白色)に近い色です。そこに顔料などの色材を加えることで、さまざまな色彩のプラスチック製品がつくられています。

プラスチックに着色する方法は、大きく「外部着色」と「内部着色」の2つがあります。外部着色とは、プラスチックの表面に着色することで、印刷や塗装、メッキなどがそれに当たります。一方で、内部着色は、プラスチックの中に色材を練りこんで着色することです。プラスチックと色材を混ぜ合わせるため、外部着色とは異なり、中まで均一に色づけされます。この内部着色に用いる色材を総称して、「着色剤」と呼びます。

プラスチック(樹脂)

着色剤
着色剤の分類

着色剤の役割と機能

着色剤は、生活に彩りを与えるだけでなく、商品のイメージ形成や利便性、品質の向上にも役立っています。 着色の効果を最も実感しやすいのは「装飾」です。たとえば化粧品や家電、自動車の内装などは、材質に合わせて発色や光沢を工夫することで、高級感や重厚感などの印象を上手く演出しています。

着色には「識別」の役割もあります。身近な例でいえば、温かい飲み物のペットボトルのふたは「オレンジ」で統一されているため、すぐに中身がホット飲料であることを認識できます。また、工事のときや緊急時にわかりやすいように、水道用のパイプは「青色」、ガス用のパイプは「黄色」と、世界標準で色分けがされています。 そのほかにも、製品の外身を黒で着色することで、紫外線を遮断して中身の劣化を防ぐなど、「内容物の保護」のためにも色が効果的に使われています。

一方で、着色剤には色を付与するだけでなく、もっと直接的に製品の機能性を向上させる役割もあります。これを「機能性着色剤」と呼びます。
たとえば、自動車のバンパーやコンテナなどは、カーボンブラックを着色剤として用いることで耐候性(※気温の変化や風雨に対する耐性)を向上させています。

また、着色剤には、「導電性」や「帯電防止」の機能を付与することも可能です。たとえば、パソコンや検査機器など、ICチップのような精密機器が組み込まれている製品は、微弱な電流であっても誤作動や故障の原因となります。ところが、それらを保護するプラスチック素材は、下敷きを擦るとホコリを吸着することからもわかるように、もともとは電気を帯びやすい性質をもっています。このような場合は、導電性の高い着色剤をプラスチックに練り込むことで、電気を外部に逃がすことが可能になり、故障のリスクを下げられます。 ほかにも、太陽電池のバックシートに白色の着色剤を用いることで、内部で光を反射させて発電効率を上げるなどの活用例もあります。

着色剤の種類

着色剤の種類には、おもに「マスターバッチ」「着色ペレット・着色コンパウンド」「ドライカラー」「ペーストカラー・リキッドマスターバッチ」などがあります。これらとナチュラルペレット(※色材を混ぜる前の粒子状の形をしたプラスチック)を混ぜ合わせ、成形することで、プラスチック製品がつくられます。

マスターバッチ

ペレット(粒子)状の着色剤。中に高濃度の顔料が練り込まれており、ナチュラルペレットと混ぜる量を調整することで、容易に色の濃淡を変えられます。分散性に優れ、均一で美しい発色を実現できるほか、飛散や機材汚染の心配がなく、取り扱いも容易です。また、着色ペレットに比べ、コストパフォーマンスに優れています。

着色ペレット・着色コンパウンド

ペレット状の着色剤。マスターバッチと異なり、すでに最終製品と同じ濃度(色味)に設定されているため、新たにナチュラルペレットと混ぜ合わせる必要がありません。配合の手間がなく、安定して目的の色を出しやすいメリットがありますが、製品をつくるのに大量の在庫が必要になるため、ほかと比べ高コストになります。

ドライカラー

粉末状の着色剤。顔料と金属石鹸などを混ぜ合わせてつくられます。製造にほとんど手間がかからないため、最も安価な着色剤ですが、飛散しやすい、機材を汚しやすい、計量が難しいなど、取り扱いの面でいくつかの欠点があります。

ペーストカラー・リキッドマスターバッチ

液体状の着色剤で、ペーストカラーとリキッドマスターバッチとでは粘度が異なります。ペーストカラーは主に、ベース樹脂が塩化ビニルなど液状の場合に用いられ、リキッドマスターバッチは海外で、半透明など製品に薄く色を着けたいときに使われているケースがあります。

着色剤の種類ごとの特徴と優位点

マスターバッチ 着色ペレット 着色コンパウンド ドライカラー ペーストカラー
リキッドマスターバッチ
形状 ペレット ペレット ペレット 粉末 液状
顔料濃度 10~70% 5%以下 5%以下 30~80% 30~60%
分散性(粗粒子) ○~◎ ○~◎
分散性(色むら)
高顔料濃度着色 × ×
飛散性 ×
汚染性 × ×
計量性 不要 不要
成形加工性 △~○
貯蔵安定性
在庫費用 × ×
汎用性 × × △~○
着色コスト ×

マスターバッチの製造工程

現在、国内で使用される着色剤は、トータルバランスに優れ、比較的軽設備で製造が可能なマスターバッチが主流となっています。マスターバッチは、ベースとなるペレット(樹脂素材)に、顔料などの色材や機能性材料を練り込むことで、さまざまな発色や機能を持たせることができます。

①仕込み・撹拌

原料となるベース樹脂・顔料などの色材・機能材などを、設計した処方どおりに計量し、撹拌機に投入して、均一になるよう混ぜ合わせます。

②押出

混ぜ合わせたものを押出機に投入し、溶融・混練します。
押出機の先端から、スパゲッティのような細長い棒状となって、着色された樹脂が出てきます。

③冷却

押し出された棒状の着色樹脂を水槽に入れて冷却し、固める。

④切断

ペレタイザーを利用して、3~5mm程度のペレット状にカットしてマスターバッチができあがります。

⑤充填・梱包

できあがったマスターバッチを袋詰めして、ロボットアームでパレットに積み上げ、出荷準備完了です。

プラスチックの種類

着色剤と混ぜ合わせるプラスチックにも、いろいろな種類があります。日用品に使用されることが多い熱可塑性(※熱で溶かして成形する)プラスチックは、「結晶性」と「非結晶性」の2つに分類でき、それぞれさまざまな物性をもっています。製品を設計する上では、これらプラスチック素材の物性を考慮しなければなりません。
たとえば、結晶性プラスチックのうち、熱や薬品に強いポリエチレン(PE)はフィルムやバケツなどに、透明度が高く丈夫なポリエチレンテレフタレート(PET)はペットボトルや卵のパックなどに使われます。

プラスチックの一例

分類 素材の種類 略号 主な性質 製品例
結晶性プラスチック ポリエチレン PE 熱や薬品に強い フィルム、バケツなど
ポリエチレンテレフタレート PET 透明度が高く丈夫 ペットボトル、卵パックなど
非結晶性プラスチック ポリ塩化ビニル PVC 燃えにくく丈夫 ホース、電線など
ABS樹脂 ABS 不透明、割れや熱に強い 家具、パソコンなど

プラスチックの成形方法

プラスチックの成形方法には、圧縮成形や射出成形、カレンダー成形、押出成形、ブロー成形、真空成形など、さまざまな方法があります。

射出成形

溶かした樹脂を、注射器で注射するように金型に流し込んで成形します。容器やキャップをつくるのに用いられています。

押出成形

機械内部のスクリューを回転させ、溶かした樹脂を前方に押し出して成形します。チューブやパイプなどをつくるのに用いられています。

ブロー成形

溶かした樹脂の内側に圧縮空気を吹き込み、金型の形に沿わせて成形します。ボトルやスポイトなどをつくるのに用いられています。

カレンダー成形

加熱したロールで樹脂を練りながら引き伸ばして成形します。フィルムやシートなどをつくるのに用いられています。

圧縮成形

金型に入れた樹脂を、熱で溶かしながら圧力をかけて成形します。おもに容器類をつくるのに用いられています。

真空成形

板状の樹脂を加熱して柔らかくした後、真空吸引して金型の形に沿わせて成形します。容器類をつくるのに用いられています。

お問い合わせ

トーヨーカラー株式会社
着色営業部
TEL : 03-3272-0834