JP2008173903A - ポリ乳酸樹脂成形材及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
生産性を損なわず、寸法安定性が高く、かつ十分な強度を有し、ラッピングの際にシートの割れ、跳ね上がり、白化を生じない、ポリ乳酸樹脂成形材及びその成形方法を提供する。
【解決手段】
ポリ乳酸樹脂の多色成形材であって、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂１、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂２を配している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリ乳酸樹脂成形材及びその成形方法に関するものである。

近年、環境に対する配慮から植物由来原料からなる樹脂として、ポリ乳酸が注目を集めている。ポリ乳酸は、結晶性と非晶性とがあり、結晶性ポリ乳酸は、成形直後の結晶化促進による寸法安定性は悪いが、硬度や耐衝撃性、耐薬品性といった物性が良く、成形後の再加熱による寸法安定性が良い。一方、非晶性ポリ乳酸は、成形直後の結晶化促進による寸法変化がほとんどないため、成形直後の寸法安定性や生産性に優れるが、非晶性がゆえに硬度や曲げ強度、耐衝撃性といった物性が劣り、成形後の再加熱による寸法安定性も悪い。このため、ポリ乳酸は結晶性、非晶性ともに材料として一長一短の性質を有しており、実用上以下のような問題が生じている。

ポリ乳酸を、表面硬度や曲げ強度、耐薬品性、耐衝撃性の要求される成形材、例えば建材等に適用する場合は、結晶性ポリ乳酸が考慮される。しかしながら、結晶性ポリ乳酸の結晶化速度はＰＰ等の汎用樹脂に比較して遅いため、冷却・固化に必要な時間が長くなる。これは生産性の低下に繋がると同時に、成形直後の結晶化促進による硬化収縮から、寸法安定性が悪い。例えば、メートルに及ぶ長尺サイズの成形材となれば、たとえ小さな寸法変化率であっても全体としては寸法変化が数ｃｍとなってしまう。このため、ポリ乳酸を長尺サイズの成形材として用いることは困難であるのが現状である。

また、ポリ乳酸を、表面保護や意匠性の付与を目的とするシート、例えば化粧シート等に適用する場合、結晶性ポリ乳酸では、柔軟性が低いため、ラッピング対象基材の角部において、シートの跳ね上がりや白化が生じやすい。一方、非晶性ポリ乳酸のみのシートでは耐候性、強度に劣るのみならず、再加熱時の寸法変化が大きく、シート変形等の問題が生じてしまう。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、生産性を損なわず、寸法安定性が高く、かつ十分な強度を有し、ラッピングの際にシートの割れ、跳ね上がり、白化を生じない、ポリ乳酸樹脂成形材及びその成形方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、第１には、ポリ乳酸樹脂の多色成形材であって、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂を配していることを特徴としている。

第２には、ポリ乳酸樹脂成形材の成形方法であって、少なくとも結晶性ポリ乳酸樹脂および非晶性ポリ乳酸樹脂を原料として、異型押出し成形を多色成形にて行い、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂を配して成形することを特徴としている。

第３には、ポリ乳酸樹脂成形材の成形方法であって、少なくとも結晶性ポリ乳酸樹脂および非晶性ポリ乳酸樹脂を原料として、シート成形を多色成形にて行い、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂を配して成形することを特徴としている。

上記第１の発明によれば、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂を配する事で、表面硬度や曲げ強度、耐薬品性、耐衝撃性を確保し、成形後の再加熱等による寸法安定性を確保する。また、内層に非晶性ポリ乳酸を配することで、成形直後の寸法安定性を確保し、生産性を落とさない効果がある。

上記第２の発明によれば、異型押出し成形において、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂を配することで、表面硬度や曲げ強度、耐薬品性、耐衝撃性を確保し、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂を配することで、成形直後の寸法安定性を確保し、生産性を落とさない効果がある。

上記第３の発明によれば、シート成形において、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂を配することで、ポリ乳酸樹脂の収縮を適度に抑制し、再加熱時の際のシート変形を防止することができる。また、再加熱時に収縮の大きい非晶性ポリ乳酸樹脂側にシートが自然と曲がるため、基材に密着するように接着され、跳ね上がりを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１〜３は、本発明のポリ乳酸樹脂成形材の実施形態例の断面図である。

図１〜３に示されるように、本発明は、ポリ乳酸樹脂の多色成形材であって、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂１、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂２を配していれば、その形状に制限はない。ここで、本発明におけるポリ乳酸樹脂とは、成形等を目的としているために樹脂と記載しており、ポリ乳酸と物質としての差異を示すものではなく、また、混合物をも包含する用語として用いている。このため、本発明におけるポリ乳酸樹脂成形材は、各層に必要に応じて改質添加剤や無機、有機フィラーを添加してあってもよい。また、各層毎に発泡剤を添加しても良く、発泡させる層も特に制限されるものではない。

なお、本発明における表層とは、ポリ乳酸樹脂成形材を使用する場合において、外部から見える部分を指す。また、本発明における内層とは、ポリ乳酸樹脂成形材を使用する場合の表層の内側、つまり外部から見えない部分を指す。例えば、図１のようなサンドイッチ構造、図２のような二重円柱構造が例示される。さらに、本発明における内層は、基材などに貼着されて内側に存在する、という状態をも包含し、図３のように基材３への接着と合わせて、結晶性ポリ乳酸樹脂１、非晶性ポリ乳酸樹脂２および基材３によるシート構造等も例示される。

そして、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂１を配する事で、表面硬度や曲げ強度、耐薬品性、衝撃強度等の物性、成形後の再加熱等による寸法安定性を確保し、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂２を配することで、成形直後の寸法安定性、および生産性を確保している。

本発明における多色成形とは少なくとも２色成形以上の成形方法を指す。必要な物性に応じて、内層を多層化してもよく、多層化された内層のうち、少なくとも一層に非晶性ポリ乳酸２の層があればよい。例えば、多層化された内層のうち、非晶性ポリ乳酸２の層以外の層としては、非晶性ポリ乳酸樹脂２と結晶性ポリ乳酸樹脂１をブレンドしたものであってもよい。

本発明の成形方法については、上記のように表層に結晶性ポリ乳酸樹脂１、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂２を配することが可能な成形方法であれば特に制限されないが、複雑な形状に対応できる異型押出し成形（図４）や、シート化した際の効果が優れていることからシート成形（図８、９）等が好適に用いることができる。なお、成形直後の寸法安定性を確保するために当然に、同時成形により一体化して成形されたものであることは言うまでもない。

特に、異型押出し成形において、繊維フィラー（例えば、木繊維、ケナフ繊維、パルプ、籾殻、ガラス繊維等）と発泡剤を添加し、金型からの吐出時の発泡膨張に応じて吐出溶融体を引き延ばしながら冷却固化させる方法を取れば、繊維フィラー配合量が多い成形（例えば５０％以上）においても、断裂させることなく溶融体を引き延ばす事が可能となり、成形材中の繊維が押出し方向に配向する。即ち、生産性の向上と押出し方向の高い寸法安定性を持つ成形材をもたらすことが可能となる。

また、図８のような本発明のシート成形において、結晶性ポリ乳酸樹脂１の表層、非晶性ポリ乳酸樹脂２の内層、基材の順でなるラッピングについて、図９に示される、基材３で少なからずある直角や鋭角な突起形状Ｘへのラッピングが容易となる。それは、突起形状Ｘにラッピングする際、加熱されたＰＵＲ（Ｐｏｌｙ Ｕｒｅｔｈａｎｅ Ｒｅａｃｔｉｖｅ）塗布７や、ＰＵＲの馴染みを良くする目的の加熱機６による部分的な再加熱で、基材３に接する側の非晶性ポリ乳酸樹脂２は、外側の結晶性ポリ乳酸樹脂１に比較して寸法収縮をおこす。そのため、基材３を包む方向へとシートが動き、直角や鋭角な突起形状Ｘへの接着においてもシートの跳ね上がりが発生しなくなるのである。また、柔軟性に欠ける合成樹脂板を折り曲げた際にその折り曲げ部に白化が発生するのと同様の理由で、結晶性ポリ乳酸樹脂１のみのシートにおいても白化が発生するのであるが、本発明のシート成形材は内層に非晶性ポリ乳酸樹脂２を配しているため、適度な柔軟性が付与され白化を防止することができるのである。

そこで以下に実施例を説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。

図４は、本発明のポリ乳酸樹脂成形材の成形方法の異型押出し成形装置の概略図である。なお、図４の異型押出し成形装置４は、押出し機１ ４１、押出し機２ ４２、サイジング機４３、引き取り機４４から構成されている。

まず、図４に示すような異型押出し成形装置４を用いて、本発明のポリ乳酸樹脂成形材（結晶性ポリ乳酸樹脂１と非晶性ポリ乳酸樹脂２とからなる）の異型押出し成形を２色成形にて実施した（実施例１、２）。そして、比較例１として、全て結晶性ポリ乳酸１の異型押出し成形を実施した。なお、この際の材料配合、混練方法、押出し方法は以下に、また、実施例１、２、比較例１の押出し形状は、それぞれ図５、６、７に示すとおりである。

実施例１
＜材料配合＞
（１）非晶性ポリ乳酸樹脂２（三井化学社製レイシアＨ−２８０）：７０％
（内３２．３％が繊維フィラー：ケナフ繊維（平均４５メッシュ））
（２）結晶性ポリ乳酸樹脂１（三井化学社製レイシアＨ−１００）：２３％
（内１０．７％が繊維フィラー：ケナフ繊維（平均４５メッシュ））
（３）改質剤：相溶化剤、結晶核剤等（全体の７%）
＜混練方法＞
押出し機１ ４１には、（１）と相溶化剤を事前にスーパーミキサーにて溶融混練したもの、押出し機２４２には、（２）と（３）を事前にスーパーミキサーにて溶融混練したものを投入した。
＜押出し方法＞
押出し設備：コニカル２軸（２色成形）
押出し速度：最大１ｍ／分
金型温度 ：１８０〜２００℃
押出し形状：１５０ｍｍ×３０ｍｍ
内層 ：（１）＋相溶化剤
表層 ：（２）＋（３）
実施例２
＜材料配合＞
（４）非晶性ポリ乳酸樹脂２（三井化学社製レイシアＨ−２８０）：７０％
（内３２．３％が繊維フィラー：ケナフ繊維（平均４５メッシュ））
（５）結晶性ポリ乳酸樹脂１（三井化学社製レイシアＨ−１００）：２３％
（内１０．７％が繊維フィラー：ケナフ繊維（平均４５メッシュ））
（６）改質剤：相溶化剤、結晶核剤等（全体の７％）
（７）発泡剤：外付け配合で０．５％の発泡剤を添加
＜混練方法＞
押出し機１ ４１には、（４）と相溶化剤を事前にスーパーミキサーにて溶融混練して、押出し機１４１投入前に（７）を均一分散させたものを投入、押出し機２ ４２には、（５）と（６）を事前にスーパーミキサーにて溶融混練して、押出し機２４２投入前に（７）を均一分散させたものを投入した。
＜押出し方法＞
押出し設備：コニカル２軸（２色成形）
押出し速度：最大１．５ｍ／分
金型温度 ：１８０〜２００℃
押出し形状：１５０ｍｍ×３０ｍｍ
内層 ：（４）＋相溶化剤＋（７）
表層 ：（５）＋（６）＋（７）
比較例１
＜材料配合＞
全て結晶性ポリ乳酸樹脂１（三井化学社製レイシアＨ−１００）
＜押出し方法＞
押出し設備：コニカル２軸
押出し速度：最大０．６ｍ／分
金型温度 ：１８０〜２００℃
以上のような材料配合、混練方法、押出し方法による実施例１、２、比較例１の寸法安定性および曲げ強度とその評価を表１に示す。なお、評価の目安としては、寸法安定性については、５ｍｍ／３ｍの変化以内かどうか、曲げ強度については、ＭＤＦ（Ｍｅｄｉｕｍ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ）並の曲げ強度となるように２０ＭＰａ以上かどうかを評価するものとし、○×で示した。

表１より、生産性、寸法安定性については、本発明は、結晶性ポリ乳酸１のみの成形材よりも優れており、また、曲げ強度については、本発明は、ＭＤＦ並であるとともに結晶性ポリ乳酸１のみの成形材とほぼ同レベルの強度を示し、表層に結晶性ポリ乳酸１、内層に非晶性ポリ乳酸２を配する本発明の優位性が示された。

図８は、本発明のポリ乳酸樹脂成形材の成形方法のシート成形装置の概略図である。また、図９は、図８における押さえロールによるシート接着の工程の概略図である。なお、図８の本発明のポリ乳酸樹脂成形材の成形方法のシート成形装置は、基材３を作製する押出し成形機５（押出し機５１、サイジング機５２、冷却槽５３）と、基材加熱機６と、ＰＵＲ塗布機７と、押さえロール８から構成されている。

図８、図９に示すような装置を用いて、本発明のポリ乳酸樹脂（実施例３）の基材３（ＡＢＳ押出し成形品）へのラッピングを実施し、シートの跳ね上がり、白化の有無を確認した。そして、比較例２として、全て結晶性ポリ乳酸樹脂１のシート成形品のラッピングを実施した。なお、この際のシート構成、押出し成形（ラッピング）条件は以下のとおりである。

実施例３
＜シート構成＞
２層構成
表層（外側）：結晶性ポリ乳酸樹脂１（三井化学社製レイシアＨ−１００）２０μｍ厚
内層（基材側）：非晶性ポリ乳酸樹脂２（三井化学社製レイシアＨ−２８０）２０μｍ厚
＜押出し成形（ラッピング）条件＞
押し出し成形（ラッピング）速度：１ｍ／分、０．６ｍ／分
シート接着：インライン塗布でＰＵＲ接着剤を使用
比較例２
＜シート構成＞
単層構成：結晶性ポリ乳酸樹脂１（三井化学社製レイシアＨ−１００）４０μm厚
＜押出し成形（ラッピング）条件＞
押し出し成形（ラッピング）速度：１ｍ／分、０．６ｍ／分
シート接着：インライン塗布でＰＵＲ接着剤を使用
以上のような２つのシート（実施例３、比較例２）をラッピングした際の状態を比較した。結果については以下のとおりである。

結果は、実施例３については、１ｍ／分、０．６ｍ／分ともに跳ね上がりも白化もなくラッピングすることができた。一方、比較例２については、１ｍ／分において突起形状Ｘから端部に向かってシートの跳ね上がりが発生し、０．６ｍ／分において跳ね上がりは見られなかったが、突起形状Ｘで微小白化が発生した。このことより、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂１、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂２を配する本発明の優位性が示された。

本発明のポリ乳酸樹脂成形材の実施形態例（サンドイッチ構造）の断面図である。 本発明のポリ乳酸樹脂成形材の実施形態例（二重円柱構造）の断面図である。 本発明のポリ乳酸樹脂成形材の実施形態例（シート構造）の断面図である。 本発明のポリ乳酸樹脂成形材の成形方法の異型押出し成形装置の概略図である。 本発明のポリ乳酸樹脂成形材の成形方法の異型押出し成形による実施例１の押出し形状図である。 本発明のポリ乳酸樹脂成形材の成形方法の異型押出し成形による実施例２の押出し形状図である。 異型押出し成形による比較例２の押出し形状図である。 本発明のポリ乳酸樹脂成形材の成形方法のシート成形装置の概略図である。 図８における押さえロールによるシート接着の工程の概略図である。

符号の説明

１ 結晶性ポリ乳酸樹脂
２ 非晶性ポリ乳酸樹脂
３ 基材
４ 異型押出し成形装置
５ 押出し成形機
６ 加熱機
７ ＰＵＲ塗布機
８ 押さえロール

Claims (3)

1. ポリ乳酸樹脂の多色成形材であって、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂を配していることを特徴とするポリ乳酸樹脂成形材。
2. ポリ乳酸樹脂成形材の成形方法であって、少なくとも結晶性ポリ乳酸樹脂および非晶性ポリ乳酸樹脂を原料として、異型押出し成形を多色成形にて行い、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂を配して成形することを特徴とするポリ乳酸樹脂成形材の成形方法。
3. ポリ乳酸樹脂成形材の成形方法であって、少なくとも結晶性ポリ乳酸樹脂および非晶性ポリ乳酸樹脂を原料として、シート成形を多色成形にて行い、表層に結晶性ポリ乳酸樹脂、内層に非晶性ポリ乳酸樹脂を配して成形することを特徴とするポリ乳酸樹脂成形材の成形方法。

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