JP2002037995A - ポリ乳酸系組成物の製造方法及びその組成物 - Google Patents
ポリ乳酸系組成物の製造方法及びその組成物Info
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Abstract
成形品外観などが改善されたポリ乳酸系組成物を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】本発明は、重量平均分子量が50、000
以上のポリ乳酸(A)とポリウレタン(B)とが溶融混
合された事を特徴としたポリ乳酸系組成物またはポリ乳
酸(A)とエポキシ基含有熱可塑性エラストマー(D)
とが混合された事を特徴とするポリ乳酸系組成物であ
る。
Description
とポリウレタン、又はポリ乳酸とエポキシ基含有熱可塑
性エラストマーからなる成形性が良好で、かつ強度・耐
衝撃性に優れたポリ乳酸系組成物及びその製造方法に関
するものである。
境中で分解する生分解性樹脂からなる成型品が求めら
れ、脂肪族ポリエステルなどの自然分解性樹脂による研
究が活発に行われている。その1例として、ポリ乳酸が
ある。ポリ乳酸は、融点が150〜180℃と比較的高
く、しかも透明性に優れる為、成型用材料として期待さ
れている。しかし、ポリ乳酸は、その剛直な分子構造の
為に、強度は高い一方、耐衝撃性に劣り脆いという欠点
がある。
は、一般に柔軟性・耐衝撃性に優れているが、ポリ乳酸
に比べ低く融点60〜110℃、ガラス転移温度も室温
以下で結晶性も高い為不透明であり、強度も低い。この
ように、現在市販されているいずれの生分解性樹脂も、
単独ではそれぞれ欠点を有し、機械特性のバランスに優
れた成形品が得られていないのが現状であり、改良が望
まれている。
合性抗凝塊形成性材料として、特公昭63−22829
号においては縫合用フィラメント材料として、ポリ乳酸
にポリウレタンを混合する事で所望の強度・柔軟性が得
られるとしているが、いずれも医用材料を目的としてお
り、溶融混合した例はなく、又一般成形品への適応につ
いては一切触れられていない。一般の成形品への適応を
考慮した場合、成形加工に耐えうる熱安定性と混合時の
相溶性、さらにポリ乳酸のもつ透明性を維持する事が重
要であり、その為には単にポリ乳酸にポリウレタンをブ
レンドするだけでは問題は解決できない。
リ乳酸にセグメント化ポリエステル、天然ゴム、スチレ
ンブタジエン共重合体を混合する事で耐衝撃性を改善で
きる記載されてるが、一般にこれらの材料とポリ乳酸は
相溶性が悪く、耐衝撃性は改善されるもののブレンドム
ラが発生し易く、製品とした場合、見た目に劣るだけで
なく機械的強度も安定しない。
乳酸にポリウレタン又はエポキシ基含有熱可塑性エラス
トマーをブレンドし、さらにそれを相溶化する事で、透
明性、溶融特性、機械特性、耐衝撃性などが改善された
ポリ乳酸系組成物を提供する事にある。
結果、まず、第一は重量平均分子量50、000以上の
ポリ乳酸と選択されたポリウレタンを主原料とし、さら
に過酸化物によりポリマー同士を反応させる事により相
溶化する事で透明性が高く、優れた機械特性を有する事
を見いだした。また、第二として、ポリ乳酸とエポキシ
基含有熱可塑性エラストマーを主原料とし、さらに過酸
化物によりポリマー同志を反応させる事により相溶化す
る事で、安定して優れた機械特性を有し、表面性にも優
れる事を見いだした。
量50、000以上のポリ乳酸(A)とポリウレタン
(B)を溶融混合した事を特徴とする組成物に関するも
のである。又、本発明は、ポリ乳酸(A)とポリウレタ
ン(B)とラジカル反応開始剤(C)を窒素雰囲気下に
て溶融混合した剛性、靭性及び耐熱性に優れ、かつ透明
性に優れたポリ乳酸系組成物及びその製造方法に関する
ものである。また、第二は、ポリ乳酸(A)とエポキシ
基含有熱可塑性エラストマー(B)を混合した事を特徴
とする組成物に関するものである。又、本発明は、ポリ
乳酸(A)とエポキシ基含有熱可塑性エラストマー
(D)とラジカル反応開始剤(C)を窒素雰囲気下にて
溶融混合した、剛性、靭性及び耐熱性に優れ、かつ透明
性に優れたポリ乳酸系組成物及びその製造方法に関する
ものである。さらに、本発明は、上記の組成物より得た
各種成形品に関するものである。
とは、実質的にL−乳酸及び/又はD−乳酸由来のモノ
マー単位のみで構成されるポリマーである。ここで「実
質的に」とは、本発明の効果を損なわない範囲で、L−
乳酸またはD−乳酸に由来しない、他のモノマー単位を
含んでいても良いという意味である。
の任意の重合方法を採用する事ができる。最も代表的に
知られているのは、乳酸の無水環状二量体であるラクチ
ドを開環重合する方法(ラクチド法)であるが、乳酸を
直接縮合重合しても構わない。また、分子量としては、
重量平均分子量で、50、000以上、好ましくは5
0、000〜300,000の範囲である。かかる範囲
を下回ると機械物性等が十分発現されず、上回る場合は
加工性に劣る。
−乳酸に由来するモノマー単位からだけなる場合には、
重合体は結晶性で高融点を有する。しかも、L−乳酸、
D−乳酸由来のモノマー単位の比率(L/D比と略称す
る)を変化させることにより、結晶性・融点を自在に調
節する事ができるので、用途に応じ、実用特性を制御す
る事が可能である。
ン結合(−NHCOO−)を含有するポリマーの通称で
ある。これは、モノマーの重合によっては得られず、通
常はポリイソシアネートと、水酸基などの活性水素原子
を有する化合物、例えばポリオールとの反応によって得
られる。この時、原料となるポリオールの成分や分子量
等により様々な特性のポリウレタンが得られる。
しては、特に限定されないが、具体的にはポリエステル
ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネー
トポリオール等があげられる。特にポリ乳酸との相溶性
の観点からは、ポリエステルポリオール、更に成形品の
透明性からポリカーボネートポリオールがより好まし
い。
カルボン酸と多官能ヒドロキシ化合物との重縮合によっ
て得られるが、ヒドロキシカルボン酸の重縮合、環状エ
ステル(ラクトン)の重合、ポリカルボン酸無水物にエ
ポキサイドの重付加、酸塩化物とヒドロキシ化合物のア
ルカリ塩との反応、エステル交換反応等によっても得ら
れる。
成分としては、特に限定されないが、アジピン酸、オル
ソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、
アゼライン酸、セバシン酸等が挙げられる。
としては、ジオールであれば特に種類を問わないが、エ
チレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブ
タンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチ
ルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレング
リコール、1,5−ペンタンジオール、シクロヘキサン
ジメタノール等が挙げられる。
に分岐を持っているポリエステルポリオールが使用され
ているが、この様な分岐構造を持ったポリウレタンも本
発明でも使用可能である。分岐は、多価カルボン酸ある
いは多価アルコールの如き分岐剤の使用によって得られ
る。
これらの各種ポリオールを原料にイソシアネートを所望
量添加架橋した、分子中に少なくとも2個以上のウレタ
ン結合を含むポリマーである。ポリオールの架橋に使用
されるイソシアネートの種類に、特に制限はなく、市販
のものがそのまま用いられ、例えば2,4−トリレンジ
イソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートと
2,6−トリレンジイソシアネートとの混合体、ジフェ
ニルメタンジイソシアネート、1,6−ナフタレンジイ
ソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水素化キ
シリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンシイソシアネート等である。さらに
は、多価イソシアネートも使用することができ、それに
より分子中に分岐を持たせることも可能である。特に、
脂肪族イソシアネート及び/又は脂環族イソシアネート
を使用した通常無黄変ウレタンと呼ばれる材料は、ポリ
乳酸との相溶性に優れ得られる成形品の透明性も高い。
び、イソシアネートで架橋されたポリウレタン(B)の
分子量(重合度)は、その後作製されるポリ乳酸系組成
物の強度・柔軟性に影響する。
(A)とポリウレタン(B)の混合比は、(A)/
(B)の重量比で99/1〜50/50である事が好ま
しい。ポリ乳酸(A)が、99重量%より多いと耐衝撃
性の改善が困難であり、50重量%より少ないとポリ乳
酸の特徴である高剛性が損なわれるだけでなく生分解性
の観点からも好ましくない。
とポリウレタン(B)が、それぞれ単独及び/又は相互
に架橋構造を有すると溶融張力を向上し、成形加工性に
優れ、特に押出成形、ブロー成形に適した材料が得られ
る。特に相互に架橋構造を有する事で、ポリウレタンの
分散性が向上し、成形品の表面状態が改善される。
エラストマー(D)としては、構造中にエポキシ基を含
有する熱可塑性エラストマーであれば、種類は問わな
い。例えば、ハードセグメントとしてポリスチレンを使
用したスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィ
ンを使用したオレフィン系エラストマー等が挙げられ
る。
マーとしては、ハードセグメントとしてポリスチレン、
ソフトセグメントとしてブタジエンを共重合したスチレ
ンブタジエン共重合体がある。このようにソフトセグメ
ントにジエン成分を含むエラストマーにおいて、この不
飽和二重結合部分をエポキシ化する事でエポキシ基含有
熱可塑性エラストマー(D)は得られる。
は、通常のエポキシ樹脂と同様に、アミン類、酸無水物
類等のエポキシ硬化剤と反応させる事が可能である他、
優れた反応性を有する。その為、熱可塑性エラストマー
は構造中にエポキシ基を含有する事で、エポキシ基の極
性、反応性が付与され、ポリ乳酸との相溶性に優れる。
(A)とエポキシ基含有熱可塑性エラストマー(D)の
混合比は、(A)/(D)の重量比で99/1〜50/
50である事が好ましい。ポリ乳酸(A)が、99重量
%より多いと耐衝撃性の改善が困難であり、50重量%
より少ないとポリ乳酸の特徴である高剛性が損なわれる
だけでなく生分解性の観点からも好ましくない。
とエポキシ基含有熱可塑性エラストマー(D)が、それ
ぞれ単独及び/又は相互に架橋構造を有すると溶融張力
を向上し、成形加工性に優れ、特に押出成形、ブロー成
形に適した材料が得られる。特に相互に架橋構造を有す
る事で、エポキシ基含有熱可塑性エラストマーの分散性
がより向上し、成形品の表面状態が改善される。
とは、過酸化物などラジカル発生剤の事を意味するが特
に限定されるものではない。またラジカル反応開始剤と
しては油溶性開始剤のみでなくエマルジョン重合に用い
られる水溶性開始剤を用いる事も可能である。油溶性開
始剤の例としては、t−ブチルハイドロパーオキシド、
過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、アゾビスシアノ
吉草酸、アゾビスイソブチロニトリルなどが挙げられ
る。またこれらのラジカル反応開始剤と亜硫酸塩類、ス
ルホキシレート類との組み合わせによりなる、いわゆる
レドックス系触媒として用いる事が出来る。有機過酸化
物としては例えば、ケトンパーオキシド類、ハイドロパ
ーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、ジアルキルパ
ーオキシド類、パーオキシケタール類、アルキルパーエ
ステル類、パーカーボネート類等が挙げられる。特に1
0時間半減期温度や活性酸素量、遊離水酸基の有無等の
諸特性を総合的に判断してジアルキルパーオキシドが良
い。
る事で、ポリ乳酸(A)とポリウレタン(B)は又ポリ
乳酸(A)とエポキシ基含有熱可塑性エラストマー
(D)は、部分的にグラフト共重合反応が起こり、より
相溶化する。
は、混合する樹脂の総量(A+B)又は(A+D)に対
して、0.01〜5.0重量部含まれる事が好ましい。
0.01重量部以下では、混合される樹脂の相溶化が不
十分となり、所望の物性が得られない。5.0重量部以
上では、局所的なグラフト化反応によりゲルの発生が起
こるだけでなく、加工性にも劣る結果となる。
明する。まず、ポリ乳酸(A)とポリウレタン(B)又
はエポキシ基含有熱可塑性エラストマー(D)、及びラ
ジカル反応開始剤(C)の混合方法や混合装置は、特に
限定されないが、連続的に処理できるものが工業的に有
利で好ましい。例えば、ポリ乳酸(A)とポリウレタン
(B)又はエポキシ基含有熱可塑性エラストマー
(D)、及びラジカル反応開始剤(C)を所定比率で混
合し、そのまま成形機のホッパー内に投入し、溶融さ
せ、直ちに成形しても良い。又、各成分を溶融混合した
後、一旦ペレット化し、その後で必要に応じて溶融成形
しても良い。同じく、ポリマーをそれぞれ別に押出機な
どで溶融し、ラジカル反応開始剤(C)を一定量でフィ
ードしながら所定比率で静止混合機及び/又は機械的撹
拌装置で混合し、直ちに成形しても良く、一旦ペレット
化しても良い。押出機などの機械的撹拌による混合と、
静止混合機とを組み合わせても良い。均一に混合させる
には、一旦ペレット化する方法が好ましい。溶融押出温
度としては、使用する樹脂の融点及び混合比率を考慮し
て、適宜選択するが、通常100〜250℃の範囲であ
る。好ましくは120〜220℃の範囲より選択する事
が望ましい。反応溶融時間としては20分以内であるこ
とが好ましく、より好ましくは10分以内である。また
ポリウレタン(B)又はエポキシ基含有熱可塑性エラス
トマー(D)が2成分以上からなる場合は、予めポリウ
レタン(B)又はエポキシ基含有熱可塑性エラストマー
(D)のみ溶融混合したものを用いても良く、または上
記混合工程において同時期に行う事も可能である。
ては特に限定されないが、上記のように予め3成分を混
合したものを溶融混合しても良く、液状物質であれば、
プランジャ式ポンプやチューブポンプなど定量性の高い
フィードポンプを用いて、ポリ乳酸(A)及びポリウレ
タン(B)が溶融混合しているところに滴下しても良
い。定量性の低いポンプを使用したりフィード量が安定
して供給されない場合は局在的にラジカル反応が進行
し、分解反応が起きたりミクロゲルの生成などの問題を
生じる為好ましくない。またラジカル反応開始剤(C)
が分解する事が考えられるので、ラジカル反応開始剤を
添加する点での温度は、少なくとも200℃以下である
ことが望ましい。好ましくは、そのラジカル反応開始剤
(C)の10時間半減期温度+50℃以下の温度である
事が望ましい。
制する為、押出機内は窒素を流入し窒素雰囲気下で混合
・反応させる事がより好ましい。
の成形機のホッパーに投入し、溶融後、成形を行う事
で、本発明の成型品は容易に得られる。本発明の成型品
としては、通常の成形機で成形できるすべての成形品を
指しているが、フィルム、シート、被覆紙、ブロー成形
体、射出成形体、押出し成形体、繊維(マルチフィラメ
ント、モノフィラメント)、または不織布、包装材など
に適している。
合時あるいは成形時に、副次的添加剤を加えていろいろ
な改質も可能である。副次的添加剤の例としては、安定
剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、着色剤、各種フ
ィラー、静電気防止剤、離型剤、可塑剤、香料、抗菌
剤、核形成剤等その他の類似の物が挙げられる。
り具体的に説明する。本発明及び以下の実施例、比較例
において、重合体の重量平均分子量(Mw)はGPC分
析によるポリスチレン換算値である。又、射出成形によ
り試験片を作成し、JIS−K7113による引張試
験、JIS−K7110硬質プラスチックのアイゾット
衝撃試験方法に準じて試験を行った。相溶性は射出成形
により1mmtの名刺大プレートを作成し、その外観を目視
評価し混合状態を判断した。本実施例では、以下に示す
ポリ乳酸、ポリウレタン、又はエポキシ基含有熱可塑性
エラストマー、ラジカル反応開始剤を使用し実験を行っ
た。
ト使用) 日本ミラクトラン製ミラクトランE785QSDH <ポリウレタン(P4)> カーボネート系無黄変ポリウレタン(脂肪族イソシアネ
ート使用) 日本ミラクトラン製ミラクトランE990QSDH <ポリウレタン(P5)> エーテル系無黄変ポリウレタン(脂環族イソシアネート
使用) 日本ミラクトラン製ミラクトランT380PYNT
(P6)> エポキシ基含有スチレン系エラストマー ダイセル化学工業製 エポフレンドA1005 ブタジエン/スチレン比=60/40(重量%) エポキシ当量 1800〜2100 <エポキシ基含有熱可塑性エラストマー(P7)> エポキシ基含有スチレン系エラストマー ダイセル化学工業製 エポフレンドA1010 ブタジエン/スチレン比=60/40(重量%) エポキシ当量 950〜1050 <エポキシ基含有熱可塑性エラストマー(P8)> エポキシ基含有スチレン系エラストマー ダイセル化学工業製 エポフレンドA1020 ブタジエン/スチレン比=60/40(重量%) エポキシ当量 480〜540
チルペルオキシ)ヘキサン) 化薬アクゾ製 カヤヘキサAD40C 炭酸カルシウム担持品
0重量部をロッキングミキサーで混合し、定量フィーダ
を用いて窒素雰囲気下200℃の30mm同方向2軸押
出機に連続的に供給し(平均滞留時間5分)、直径2m
mのノズルにより押出し、水冷し切断する事で、ポリ乳
酸系組成物チップ(PC1)を得た。そのチップPC1
を60℃で真空乾燥し絶乾状態にした後、射出成形によ
り各種物性試験片を得た。その後、得られた試験片を用
いて各種評価を行った。
0重量部、O1を0.3重量部をロッキングミキサーで
混合し、定量フィーダを用いて窒素雰囲気下200℃の
30mm同方向2軸押出機に連続的に供給し(平均滞留
時間5分)、直径2mmのノズルにより押出し、水冷し
切断する事で、ポリ乳酸系組成物チップ(PC2)を得
た。そのチップPC2を80℃で8時間真空乾燥し絶乾
状態にした後、射出成形により各種物性試験片を得た。
その後、得られた試験片を用いて各種評価を行った。
合比を次の表1の様にして、実施例1、2と同様に実施
した。
燥し絶乾状態にした後、射出成形により各種物性試験片
を得た。その後、得られた試験片を用いて各種評価を行
った。
に示す。
0重量部をロッキングミキサーで混合し、定量フィーダ
を用いて窒素雰囲気下200℃の30mm同方向2軸押
出機に連続的に供給し(平均滞留時間5分)、直径2m
mのノズルにより押出し、水冷し切断する事で、ポリ乳
酸系組成物チップ(PC3)を得た。そのチップPC3
を80℃で8時間真空乾燥し絶乾状態にした後、射出成
形により各種物性試験片を得た。その後、得られた試験
片を用いて各種評価を行った。
0重量部、O1を0.2重量部をロッキングミキサーで
混合し、定量フィーダを用いて窒素雰囲気下200℃の
30mm同方向2軸押出機に連続的に供給し(平均滞留
時間5分)、直径2mmのノズルにより押出し、水冷し
切断する事で、ポリ乳酸系組成物チップ(PC4)を得
た。そのチップPC4を80℃で8時間真空乾燥し絶乾
状態にした後、射出成形により各種物性試験片を得た。
その後、得られた試験片を用いて各種評価を行った。
合比を次の表2の様にして、実施例6、7と同様に実施
した。
燥し絶乾状態にした後、射出成形により各種物性試験片
を得た。その後、得られた試験片を用いて各種評価を行
った。
に示す。
レタン又はエポキシ基含有熱可塑性エラストマーからな
る樹脂組成物は、流動性、成形性に優れ、フィルム、シ
ート、被覆紙、ブロー成形体、射出成形体、押出し成形
体、繊維(マルチフィラメント、モノフィラメント)、
または不織布、包装材、各種部品、その他の成形品を得
るのに好適であり、得られる成形品は十分な機械的強度
と耐熱性を有する。
Claims (14)
- 【請求項1】重量平均分子量が50、000以上のポリ
乳酸(A)とポリウレタン(B)とが溶融混合された事
を特徴としたポリ乳酸系組成物。 - 【請求項2】ポリ乳酸(A)とエポキシ基含有熱可塑性
エラストマー(D)とが混合された事を特徴とするポリ
乳酸系組成物。 - 【請求項3】ポリ乳酸(A)とポリウレタン(B)又は
エポキシ基含有熱可塑性エラストマー(D)がそれぞれ
単独及び/又は相互に架橋構造を有する事を特徴とする
請求項1又は2記載のポリ乳酸系組成物。 - 【請求項4】ポリ乳酸(A)、ポリウレタン(B)又は
エポキシ基含有熱可塑性エラストマー(D)とラジカル
反応開始剤(C)とが溶融混合された事を特徴とする請
求項1〜3記載のポリ乳酸系組成物。 - 【請求項5】ラジカル反応開始剤(C)が、混合する樹
脂の総量(A+B)又は(A+D)に対して0.01〜
5.0重量部含まれる事を特徴とする請求項4記載のポ
リ乳酸系組成物。 - 【請求項6】ポリウレタン(B)が、主としてポリエス
テルポリオール及び/又はポリカーボネートポリオール
からなるポリウレタンである請求項3〜5記載のポリ乳
酸系組成物。 - 【請求項7】ポリウレタン(B)が、脂肪族イソシアネ
ート及び/又は脂環族イソシアネートにより構成された
無黄変ウレタンである請求項3〜6記載のポリ乳酸系組
成物 - 【請求項8】エポキシ基含有熱可塑性エラストマー
(D)のハードセグメント部がポリスチレンであるスチ
レン系エラストマーである事を特徴とする請求項2〜5
記載のポリ乳酸系組成物。 - 【請求項9】エポキシ基含有熱可塑性エラストマー
(D)のソフトセグメント部がブタジエンである事を特
徴とする請求項2〜5記載のポリ乳酸系組成物。 - 【請求項10】エポキシ基含有熱可塑性エラストマー
(D)のソフトセグメント部のブタジエン成分に含まれ
る不飽和二重結合部分をエポキシ化した事を特徴とする
請求項9記載のポリ乳酸系組成物。 - 【請求項11】ポリ乳酸(A)とポリウレタン(B)又
はエポキシ基含有熱可塑性エラストマー(D)の混合比
が、(A)/(B)又は(A)/(D)の重量比で99
/1〜50/50である事を特徴とする請求項1〜10
記載のポリ乳酸系組成物。 - 【請求項12】ラジカル反応開始剤(C)が、過酸化物
類より選ばれた1つまたは2つ以上からなるものである
事を特徴とする請求項4〜5記載のポリ乳酸系組成物。 - 【請求項13】ポリ乳酸(A)とポリウレタン(B)又
はエポキシ基含有熱可塑性エラストマー(D)とラジカ
ル反応開始剤(C)を窒素雰囲気下100〜250℃の
条件で溶融混合する事を特徴とするポリ乳酸系組成物の
製造方法。 - 【請求項14】請求項1〜12記載の組成物からなるフ
ィルム、シート、被覆紙、ブロー成形体、射出成形体、
押出し成形体、繊維(マルチフィラメント、モノフィラ
メント)、または不織布、包装材。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000224868A JP2002037995A (ja) | 2000-07-26 | 2000-07-26 | ポリ乳酸系組成物の製造方法及びその組成物 |
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JP2000224868A JP2002037995A (ja) | 2000-07-26 | 2000-07-26 | ポリ乳酸系組成物の製造方法及びその組成物 |
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---|---|---|---|
JP2000224868A Pending JP2002037995A (ja) | 2000-07-26 | 2000-07-26 | ポリ乳酸系組成物の製造方法及びその組成物 |
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