JP2007138106A

JP2007138106A - 樹脂組成物

Info

Publication number: JP2007138106A
Application number: JP2005337192A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawada; 憲一川田
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP5062991B2

Abstract

【課題】耐熱性、および、耐衝撃性に優れたポリ乳酸樹脂組成物を提供する。
【解決手段】ポリ乳酸樹脂（Ａ）、植物繊維（Ｂ）、および粉末セルロース（Ｃ）を含むことを特徴とするポリ乳酸樹脂組成物。ポリ乳酸樹脂（Ａ）と植物繊維（Ｂ）の合計１００質量部に対して、植物繊維（Ｂ）の含有量が２０〜４０質量部であり、粉末セルロース（Ｃ）の含有量が５〜１５質量部であることを特徴とする上記ポリ乳酸樹脂組成物。植物繊維（Ｂ）が、砂糖大根搾りかす乾燥パルプであることを特徴とする上記ポリ乳酸樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐熱性、および、耐衝撃性に優れたポリ乳酸樹脂組成物に関するものである。

一般的に、成形用の原料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリアミド（ＰＡ６、ＰＡ６６）、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂（以後、汎用樹脂と総称）が使用されている。しかしながら、このような樹脂から製造された成形物は成形性、機械的強度に優れているが、廃棄により、ゴミとなり、自然環境下でほとんど分解されないために、埋設処理しても半永久的に地中に残留する。

一方、近年、環境保全の見地から、ポリ乳酸をはじめとする生分解性ポリエステル樹脂が注目されている。生分解性樹脂の中でもポリ乳酸、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートなどは、大量生産可能なためコストも安く、有用性が高い。さらに、ポリ乳酸はトウモロコシやサツマイモ等の植物を原料として製造可能である。

しかしながら、ポリ乳酸は透明性などの有用性を備える一方、汎用樹脂と比べると、そのままの状態では実用上の耐熱性は低い部類に属し、また高剛性のためにその耐衝撃性も低位にある。

これらを改善するための処方、例えば種々の添加剤の使用や、放射線等による架橋、あるいは他樹脂とのアロイや強化繊維の配合などの方法が数多く提案されている。しかしながら、これらは使用薬剤自体のコストがかかるのみならず製造工程を複雑化させ、また、石油由来物質の使用はポリ乳酸樹脂使用の本来の目的の一つである環境保全の点からも好ましくない。

一方、ポリ乳酸に天然由来の植物繊維を配合する方法も数多く提案されている。例えば特許文献１には、古紙粉末等を配合した例が記載されているが、熱変形温度は１４０℃未満（０．４５ＭＰａ荷重）であり、その効果は充分なものではなかった。さらに、同文献においては、低位にある耐衝撃性を改善するために、他樹脂あるいは耐衝撃改良剤を１５％以上配合しており、環境保全の点から好ましくないものであった。
特開２００５−２３２６０号公報

本発明は、前記の問題点を解決しようとするものであり、耐熱性、および、耐衝撃性に優れたポリ乳酸樹脂組成物を提供しようとするものである。

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ポリ乳酸樹脂に粉末セルロースと植物繊維とを含有させたポリ乳酸樹脂組成物が、前記課題を解決することを見出し、本発明に到達した。

すなわち本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）ポリ乳酸樹脂（Ａ）、植物繊維（Ｂ）、および粉末セルロース（Ｃ）を含むことを特徴とするポリ乳酸樹脂組成物。
（２）ポリ乳酸樹脂（Ａ）と植物繊維（Ｂ）の合計１００質量部に対して、植物繊維（Ｂ）の含有量が２０〜４０質量部であり、粉末セルロース（Ｃ）の含有量が５〜１５質量部であることを特徴とする（１）記載のポリ乳酸樹脂組成物。
（３）植物繊維（Ｂ）が、砂糖大根搾りかす乾燥パルプであることを特徴とする（１）または（２）に記載のポリ乳酸樹脂組成物。
（４）植物繊維（Ｂ）が、繊維束平均短径が１．０ｍｍ以下の状態でポリ乳酸樹脂と熔融混練されたものであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のポリ乳酸樹脂組成物。
（５）粉末セルロース（Ｃ）の平均粒径が２０μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のポリ乳酸樹脂組成物。

本発明によれば、耐熱性、および、耐衝撃性に優れた樹脂組成物を提供することができる。この樹脂組成物を耐熱性や耐衝撃性を要する種々の成形品に用いることで、低環境負荷材料であるポリ乳酸樹脂の使用範囲を大きく広げることができ、産業上の利用価値はきわめて高い。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の樹脂組成物は、ポリ乳酸樹脂（Ａ）、植物繊維（Ｂ）、および粉末セルロース（Ｃ）からなる。

ポリ乳酸樹脂（Ａ）としては、耐熱性、成形性の両面からは、ポリ（Ｌ−乳酸）、ポリ（Ｄ−乳酸）、および、これらの混合物または共重合体を用いることができるが、生分解性を考慮すれば、ポリ（Ｌ−乳酸）を主体とすることが好ましい。

本発明において、植物繊維（Ｂ）としては、あらゆる植物由来の繊維を用いることができ、その製造原料、および、製造過程については特に限定されない。特に、砂糖大根から砂糖を抽出した後の搾りかす乾燥パルプを含むものを用いることで、大きな耐熱性改善効果が得られる。

植物繊維（Ｂ）の添加量は、ポリ乳酸樹脂（Ａ）および植物繊維（Ｂ）を合わせた１００質量部に対して、２０〜４０質量部であることが好ましい。２０質量部よりも少ないと、耐熱性について充分な効果を得られない場合があり、逆に、４０質量部よりも多いと、耐衝撃性を低下させる場合があり、また熔融混練後のペレット化が困難になる場合もある。

植物繊維（Ｂ）は、ポリ乳酸樹脂（Ａ）との熔融混練時において、繊維束平均短径が１．０ｍｍ以下の状態であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。これよりも大きな短径のものを用いると、耐熱性について充分な効果が得られない場合がある。

本発明において、粉末セルロース（Ｃ）としては、精製木材セルロース粉、ケナフ繊維粉末、コットンリンターなど、様々なものを用いることができ、その由来原料について限定されない。

粉末セルロース（Ｃ）の平均粒径は２０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下である。これよりも、大きな粒径の粉末セルロースを用いると、耐衝撃性および耐熱性の改善について充分な効果が得られない場合がある。

粉末セルロース（Ｃ）の添加量は、ポリ乳酸樹脂（Ａ）および植物繊維（Ｂ）を合わせた１００質量部に対して５〜１５質量部であることが好ましい。５質量部未満である場合、または、１５質量部を超えている場合は、耐衝撃性の改善について充分な効果が得られないことがある。

ポリ乳酸樹脂（Ａ）、植物繊維（Ｂ）、粉末セルロース（Ｃ）を混合する手段は、特に限定されないが、一般的な押出機を用いて熔融混練する方法を挙げることができる。混練状態をよくする意味で二軸の押出機を使用することが好ましい。混練温度は（ポリ乳酸樹脂の融点＋５℃）〜（ポリ乳酸樹脂の融点＋１００℃）の範囲が、また、混練時間は２０秒〜３０分が好ましい。この範囲より低温や短時間であると、混練や反応が不充分となったり、逆に、高温や長時間であると樹脂の分解や着色が起きる場合があり、ともに好ましくない場合がある。配合に際しては、ドライブレンドや、粉末セルロースや植物繊維を粉体フィーダーを用いて供給する方法が好ましい。

本発明の樹脂組成物にはその特性を大きく損なわない限りにおいて、顔料、熱安定剤、酸化防止剤、耐候剤、難燃剤、可塑剤、滑剤、離型剤、帯電防止剤、充填材、結晶核材等を添加することができる。
熱安定剤や酸化防止剤としては、たとえばヒンダードフェノール類、リン化合物、ヒンダードアミン、イオウ化合物、銅化合物、アルカリ金属のハロゲン化物が挙げられる。
難燃剤としては、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、無機系難燃剤が使用できるが、環境を配慮した場合、非ハロゲン系難燃剤の使用が望ましい。非ハロゲン系難燃剤としては、リン系難燃剤、金属化合物（水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム）の水和物、Ｎ含有化合物（メラミン系、グアニジン系）、無機系化合物（硼酸塩、モリブデン化合物）が挙げられる。
無機充填材としては、タルク、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、ワラストナイト、シリカ、アルミナ、マグネシア、ケイ酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、ガラスバルーン、カーボンブラック、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、ゼオライト、ハイドロタルサイト、金属繊維、金属ウイスカー、セラミックウイスカー、チタン酸カリウム、窒化ホウ素、グラファイト、炭素繊維等が挙げられる。
無機結晶核材としては、タルク、カオリン等が挙げられ、有機結晶核材としては、ソルビトール化合物、安息香酸およびその化合物の金属塩、リン酸エステル金属塩、ロジン化合物等が挙げられる。
なお、本発明の樹脂組成物にこれらを混合する方法は特に限定されない。

本発明の樹脂組成物の成形に際しては射出成形法を採ることが好ましく、一般的な射出成形法のほか、ガス射出成形、射出プレス成形等も採用できる。本発明の樹脂組成物に適した射出成形条件の一例を挙げれば、シリンダ温度を樹脂組成物の融点または流動開始温度以上、好ましくは１８０〜２８０℃、最適には２００〜２７０℃の範囲とし、また、金型温度は樹脂組成物の（融点−２０℃）以下とするのが適当である。成形温度が低すぎると成形品にショートが発生するなど操業性が不安定になったり、過負荷に陥りやすく、逆に、成形温度が高すぎると樹脂組成物が分解し、得られる成形体の強度が低下したり、着色する等の問題が発生しやすく、ともに好ましくない。

本発明の樹脂組成物は、結晶化を促進させることにより、その耐熱性を高めることができる。このための方法としては、例えば、射出成形時に金型内での冷却にて結晶化を促進させる方法があり、その場合には、金型温度を樹脂組成物の（ガラス転移温度＋２０℃）以上、（融点−２０℃）以下で所定時間保った後、ガラス転移温度以下に冷却することが好ましい。また、成形後に結晶化を促進させる方法としては、直接ガラス転移温度以下に冷却した後、再度ガラス転移温度以上、（融点−２０℃）以下で熱処理することが好ましい。

本発明の樹脂組成物を用いた成形体の具体例としては、携帯電話用ストラップ部品、うちわの骨部、ボタン、ゴルフのティー、パソコン筐体部品および筐体、携帯電話筐体部品および筐体、その他ＯＡ機器筐体部品等の電化製品用樹脂部品、バンパー、インストルメントパネル、コンソールボックス、ガーニッシュ、ドアトリム、天井、フロア、エンジン周りのパネル等の自動車用樹脂部品等が挙げられる。また、フィルム、シート、中空成形品などとすることもできる。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。実施例および比較例の樹脂組成物の評価に用いた測定法は次のとおりである。
熱変形温度：
ＩＳＯ７５に準拠し、荷重０．４５ＭＰａで熱変形温度を測定した。熱変形温度は１４０℃を超えることが好ましい。
シャルピー衝撃値：
ＩＳＯ１７９に準拠して測定した。シャルピー衝撃値は２．０ｋJ／ｍ^２を超えることが好ましい。

また、実施例、比較例に用いた各種原料は次の通りである。
ポリ乳酸樹脂（Ａ）：カーギルダウ社製６２０１Ｄ
植物繊維（Ｂ）：
（Ｂ１）北海道糖業社製砂糖大根搾りかす乾燥パルプ（繊維束平均短径１．０ｍｍ）
（Ｂ２）上記乾燥パルプを粉砕したもの（繊維束平均短径０．３ｍｍ）
粉末セルロース（Ｃ）：
（Ｃ１）日本製紙ケミカル社製Ｗ―５０ＧＫ（平均粒径４５μｍ）
（Ｃ２）同社製Ｗ―１０ＭＧ２（平均粒径１０μｍ）

実施例１
二軸押出機（東芝機械社製ＴＥＭ３７ＢＳ型）を用い、ポリ乳酸樹脂８５質量部、乾燥パルプ（Ｂ１）１５質量部、および、粉末セルロース（Ｃ２）１０質量部とを充分に混合した状態で押出機の根元供給口から供給し、バレル温度２００℃、スクリュー回転数１３０ｒｐｍ、吐出１５ｋｇ／ｈの条件で、ベントを通して真空ポンプによる排気をおこないながら、押出しを実施した。そして、吐出された樹脂をペレット状にカッティングして樹脂組成物のペレットを得た。
このペレットを８０℃×２４時間熱風乾燥したのち、東芝機械社製ＩＳ−８０Ｇ型射出成形機を用いて一般物性測定用（ＩＳＯ型）試験片を作製し、各種測定に供した。成形条件としては、シリンダ温度１７０〜１９０℃、金型表面温度１００℃でおこなった。

実施例２〜８、および比較例１〜２
ポリ乳酸樹脂（Ａ）、植物繊維（Ｂ）、粉末セルロース（Ｃ）の量、種類を変えた以外は実施例１と同様にして樹脂組成物ペレットを得て、これを射出成形して各種物性を測定した。

実施例１〜８、比較例１〜２の評価結果をまとめて表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜８においては、耐熱性、および、耐衝撃性に優れた樹脂組成物が得られることがわかった。比較例１においては、粉末セルロースが用いられていないため、耐衝撃性に劣る結果となった。また、比較例２においては、粉末セルロース以外の植物繊維が用いられていないため、耐熱性に劣る結果となった。

さらに、実施例２、３、５、６においては、植物繊維の配合量が２０〜４０質量部であるため、実施例１、４と比較して、耐熱性または耐衝撃性においてより好適な結果が得られた。加えて、実施例２、３、５、６においては、粉末セルロースの配合量が５〜１５質量部であるため、実施例７、８と比較して耐衝撃性においてより好適な結果が得られた。さらに実施例６おいては、セルロース粉末として平均粒径１５μｍ以下のものを用いたため、実施例２、３と比較して、耐衝撃性および耐熱性においてより好適な結果が得られた。また、実施例５においては、植物繊維を粉砕して繊維束平均短径を０．５ｍｍ未満とした上で使用したため、実施例２、３、６と比較して、耐熱性においてより好適な結果が得られた。

Claims

ポリ乳酸樹脂（Ａ）、植物繊維（Ｂ）、および粉末セルロース（Ｃ）を含むことを特徴とするポリ乳酸樹脂組成物。
ポリ乳酸樹脂（Ａ）と植物繊維（Ｂ）の合計１００質量部に対して、植物繊維（Ｂ）の含有量が２０〜４０質量部であり、粉末セルロース（Ｃ）の含有量が５〜１５質量部であることを特徴とする請求項１記載のポリ乳酸樹脂組成物。
植物繊維（Ｂ）が、砂糖大根搾りかす乾燥パルプであることを特徴とする請求項１または２に記載のポリ乳酸樹脂組成物。
植物繊維（Ｂ）が、繊維束平均短径が１．０ｍｍ以下の状態でポリ乳酸樹脂と熔融混練されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のポリ乳酸樹脂組成物。
粉末セルロース（Ｃ）の平均粒径が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のポリ乳酸樹脂組成物。