JP2008248184A - ポリ乳酸組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、L−乳酸単位90モル%以上を含有するポリ乳酸(B)およびD−乳酸単位90モル%以上を含有するポリ乳酸(C)単位を含有し、以下の各項を満足する組成物(A)である。
(a)重量平均分子量が7万〜50万。
(b)スズ含有化合物とリン含有化合物とを、スズ原子濃度が1〜500ppm、リン原子濃度が1〜100ppm、スズ/リンの原子数比が0.2〜5の範囲にあるように含有する。
(c)示差走査熱量計による測定で、190℃未満の融解ピークの結晶融解エンタルピーを△Hmh、190℃以上の結晶融解ピークの結晶融解エンタルピーを△Hmscとするとき、下記式(1)で規定されるステレオ化度(S)が80%以上あること。
S=△Hmsc/(△Hmh+△Hmsc)×100 (1)
【選択図】なし
Description
ポリ乳酸のような生分解性ポリマーは透明性が高く強靭であるが、水の存在下では容易に加水分解でき、さらに廃棄後には環境を汚染することなく分解するので、環境負荷の少ない環境にやさしいポリマーとしてよく知られている。
中でもポリ乳酸は、原料である乳酸あるいはラクチドを天然物から製造することが可能であり、単なる生分解性ポリマーとしてではなく、地球環境に配慮した汎用性ポリマーとして利用が検討されつつある。
ポリ乳酸はL−およびまたはD−乳酸の直接脱水縮合法、L−およびまたはD−ラクチドの溶融開環重合法、ポリ乳酸オリゴマーの固相重合法などにより製造されるが、ポリ乳酸の品質および生産効率の点からL−およびまたはD−ラクチドの溶融開環重合法、なかでも工業的には、スズなどの特定金属含有触媒を使用する溶融開環重合法が注目されている。
しかしポリ乳酸の融点は、150〜170℃の範囲にあり、ポリエチレンテレフタレートやナイロンのごとく衣料用繊維として用いるにはアイロン掛けが低温にかぎられ、産業用繊維として使用される場合ではゴム資材や樹脂コート布巾など製造温度が150℃程度の高温にさらされる用途には適さないなどの問題もあった。また、ポリ乳酸はクロロホルムなど一般的な有機溶媒に簡単に溶解するため、オイルなど有機溶剤などと接触する用途に用いることは問題である場合が多い。
このステレオコンプレックスポリ乳酸は、PLLAやPDLAに比べて、高融点、高結晶性を示すなど興味深い現象が発見されているが、ステレオコンプレックスポリ乳酸相はPLLAやPDLAとの平衡混合相であり、成形品中の平衡状態で存在するPLLAおよびまたはPDLA結晶相が成形品の耐熱性、とりわけ熱金属との接触時、融解緩和し成形品の熱変形を引き起こす問題が依然解決されないで残ったままである。
さらにステレオコンプレックスポリ乳酸の成形品の強度などの機械的物性にはPLLAおよびPDLAの重量平均分子量が高いほど実用的強度を得るために好ましいが、他方、重量平均分子量が高いとステレオコンプレックスの生成が困難になると共に、組成物の成形もまた困難となる。これらの課題に対し、両立を図る提案はいまだなされていない。
即ち、本発明は、L−乳酸単位を90モル%以上含有するポリ乳酸(B)およびD−乳酸単位を90モル%以上含有するポリ乳酸(C)単位を含有し、以下の各項を満足する組成物(A)。
(a)重量平均分子量が7万〜50万。
(b)スズ含有化合物とリン含有化合物とを、スズ原子濃度が1〜500ppm、リン原子濃度が1〜100ppm、スズ/リンの原子数比が0.2〜5の範囲にあるように含有する。
(c)示差走査熱量計による測定で、190℃未満の融解ピークの結晶融解エンタルピーを△Hmh、190℃以上の結晶融解ピークの結晶融解エンタルピーを△Hmscとするとき、下記式(1)で規定されるステレオ化度(S)が80%以上あること。
S=△Hmsc/(△Hmh+△Hmsc)×100 (1)
本発明は、組成物(A)からなる成形品を包含する。
<組成物(A)>
本発明の組成物(A)は、ポリ乳酸(C)およびポリ乳酸(D)を含有する。
(ポリ乳酸(C))
本発明に用いるポリ乳酸(B)は、L−乳酸単位を90モル%以上、好ましくは95〜100モル%、さらに好ましくは98〜100モル%含有する。他の単位は、D−乳酸単位、乳酸以外の単位はである。他の単位の含有量は0〜10モル%、好ましくは0〜5モル%、さらに好ましくは0〜2モル%である。
ポリ乳酸(B)は、結晶性を有し、その融点が好ましくは150〜190℃、より好ましくは160〜190℃である。これらの範囲に入る融点を有していれば、ポリ乳酸(B)より組成物(A)を形成した場合に,より高融点のステレオコンプレックス結晶を形成し且つ結晶化度を上げることが出来る。
ポリ乳酸(B)は、その重量平均分子量が、好ましくは7万〜50万、より好ましくは8万〜30万、さらに好ましくは9万〜25万、とりわけ好ましくは10万〜20万である。成形品の機械的物性の点よりは重量平均分子量は高いほうが好ましいが、成形性の点からは分子量の低いほうが好ましい。機械的物性と成形性バランスの観点より適宜分子量範囲を選択することが好ましい。かかる重量平均分子量のポリ乳酸(B)を使用することにより組成物(A)およびその成形品を工業的に効率よく製造することが可能となり、組成物(A)およびその成形品の色相、湿熱性などの向上に関し本発明の目的に合致させることが出来る。
ポリ乳酸(B)には、その結晶性を損なわない範囲で所望により、L―乳酸以外の共重合成分を含有させることができる。共重合成分としては、特に限定するものではないが、例えば、D−乳酸、グリコール酸、カプロラクトン、ブチロラクトン、プロピオラクトンなどのヒドロキシカルボン酸類、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−プロパンジオール、1,5−プロパンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、炭素数が2〜30の脂肪族ジオール類、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、炭素数2〜30の脂肪族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ヒドロキシ安息香酸、ヒドロキノンなど芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸などから選ばれる1種以上のモノマーを選ぶことが出来る。
本発明に用いるポリ乳酸(C)は、L−乳酸単位を90モル%以上、好ましくは95〜100モル%、さらに好ましくは98〜100モル%含有する。他の単位は、D−乳酸単位、乳酸以外の単位はである。他の単位の含有量は0〜10モル%、好ましくは0〜5モル%、さらに好ましくは0〜2モル%である。
ポリ乳酸(C)は、結晶性を有し、その融点が好ましくは150〜190℃、より好ましくは160〜190℃である。これらの範囲に入る融点を有していれば、ポリ乳酸(C)より組成物(A)を形成した場合に,より高融点のステレオコンプレックス結晶を形成し且つ結晶化度を上げることが出来る。
ポリ乳酸(C)は、その重量平均分子量が、好ましくは7万〜50万、より好ましくは8万〜30万、さらに好ましくは9万〜25万、とりわけ好ましくは10万〜20万である。成形品の機械的物性の点よりは重量平均分子量は高いほうが好ましいが、成形性の点からは分子量の低いほうが好ましい。機械的物性と成形性バランスの観点より適宜分子量範囲を選択することが好ましい。かかる重量平均分子量のポリ乳酸(C)を使用することにより組成物(A)およびその成形品を工業的に効率よく製造することが可能となり、組成物(A)およびその成形品の色相、湿熱性などの向上に関し本発明の目的に合致させることが出来る。
ポリ乳酸(C)には、その結晶性を損なわない範囲で所望により、L―乳酸以外の共重合成分を含有させることができる。共重合成分としては、特に限定するものではないが、例えば、D−乳酸、グリコール酸、カプロラクトン、ブチロラクトン、プロピオラクトンなどのヒドロキシカルボン酸類、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−プロパンジオール、1,5−プロパンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、炭素数が2〜30の脂肪族ジオール類、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、炭素数2〜30の脂肪族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ヒドロキシ安息香酸、ヒドロキノンなど芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸などから選ばれる1種以上のモノマーを選ぶことが出来る。
即ち、ジエトキシスズ、ジノニルオキシスズ、ミリスチン酸スズ、オクチル酸スズ、ステアリン酸スズ、塩化スズ、チタン酸エチル、チタン酸ブチル、チタン酸グリコール、などがさらに好ましい物として例示される。
金属含有触媒の存在下、溶融開環重合されたポリ乳酸の触媒失活に使用される失活剤としては以下の化合物が例示される。すなわちイミン系化合物、リンオキソ酸、リンオキソ酸エステルおよび下記式(3)で表される有機リンオキソ酸化合物群から選択される、少なくとも1種を含有し、特定金属含有触媒の金属元素1当量あたり0.3〜20当量添加された樹脂である。
X1−P(=O)m(OH)n(OX2)2−n (3)
(式中mは、0または1、nは1または2、X1およびX2は各々独立に炭素数1〜20の置換基を有していても良い炭化水素基を表す。)
一価アルコールとしては炭素数1〜22個の置換基を有していてもよい下記式で表されるアルコール類が好ましく使用される。
Y−OH
(式中、Yは炭素数1〜22の置換基を有していても良い炭化水素基を表す。)
アルコール類として、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール、デカノール、ドデカノール、ベンジルアルコール、シクロヘキシルアルコール、ヘキシルアルコール、フェノール、ヘキサデシルアルコールなどが挙げられる。
X(−OH)a
(式中、Xは炭素数2〜22個の置換基を有していても良い炭化水素基、aは2〜6の整数を表す。)
失活剤として好ましくは、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ピロリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸、フェニルホスホン酸、ベンジルホスフィン酸、リン酸ジブチル、リン酸ジノニル、N’−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン、N、N’−ビス(サリチリデン)プロパンジアミンが例示され、なかでもリン酸、亜リン酸、ピロリン酸が特に好ましい。
これらの失活剤は単独で使用しても良いし場合によっては、複数併用することもできる。これらの失活剤は、特定金属含有触媒の金属元素1当量あたり0.3〜20当量、さらに好ましくは、0.5〜15当量、より好ましくは0.5〜10等量、特に好ましくは0.6〜7当量使用される。失活剤の使用量が少なすぎると触媒金属の活性を十分低下させることができないしまた過剰に使用すると失活剤が樹脂の分解を引き起こす可能性があり好ましくない。
本発明の組成物(A)は、重量平均分子量が7万〜50万の範囲にある。かかる分子量範囲の組成物(A)は成形性に優れ、かつ機械的物性の良好な成形品を与えることができる。成形品の耐熱性、機械的物性を高めるためには分子量は高いほうが好ましいが、成形性の観点からは分子量は低いほうが好ましい。機械的物性、耐熱性と成形性を両立させる観点から、重量平均分子量は好ましくは8万〜30万、より好ましくは9万〜25万、特に好ましくは10万〜20万である。
かかるスズ原子濃度、リン原子濃度、原子数比を満たすと、耐熱性、即ち溶融成形時の熱安定性に優れた組成物(A)となる。また成形品の耐熱性、即ち熱金属耐久性が良好となる。
スズおよびリン原子濃度が上記範囲外であるとき、組成物(A)およびその成形品の耐熱性、色調などが低下する。スズおよびリン原子濃度が上記範囲未満であると、重量平均分子量不足のために組成物(A)の成形性が不良となり、耐熱安定性の向上効果が見られない。他方、スズおよびリン原子濃度が上記範囲を超得た場合、組成物(A)および成形品製造時、樹脂の熱分解、とりわけ溶融成形時の熱分解が顕著となり、色調悪化、発泡が顕著となり商品として利用するのに問題が発生する場合が多発するようになる。
ここで、分子量が150以下の化合物としては、例えばD−ラクチド、L−ラクチド、L−乳酸、D−乳酸、蟻酸、ピルビン酸、ピルビンアルデヒド、酢酸、水を例示することができる。これらの化合物の全含有量が、組成物(A)の重量を基準として0.2重量%を超えると、得られる組成物(A)および該組成物の耐熱性が劣るものとなる。
また0.001重量%未満にしてもそれにより得られる効果は、それを実現するための費用に比較して大きくなく工業的意味は大きいとは言いがたい。これらの低分子化合物の含有量は0.001〜0.1重量%、さらに好ましくは0.002〜0.05重量%、特に好ましくは0.002〜0.01重量%の範囲である。
また前述した、スズ原子数とリン原子数の存在比を前述範囲内に収めることは、組成物(A)およびその成形品の製造時、これらの低分子化合物が発生するのを抑制する効果も認められ,この点よりもスズ原子数とリン原子数の存在比を前述範囲内に収めることは好ましい。また水は、成形加工前、通常の熱乾燥処理によって容易に減少させることができるし、その様にして減少させるのが簡便で好ましい。
S=△Hmsc/(△Hmh+△Hmsc)×100 (1)
組成物(A)のステレオ化度(S)は、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは、実質的に190℃以下の結晶融解ピークが観測されないステレオ化度100%となる時である。かかる高いステレオ化度(S)を有する組成物(A)より、高い耐熱性を発揮する組成物(A)成形品を得ることができる。
かかるステレオ化度、結晶性を実現するため、組成物(A)および該組成物成形品には三斜晶系の無機核剤(D)およびまたはリン酸エステル金属塩(E)より選択される少なくとも1種の核剤を適用することが好ましい。
式(4)においてR1は、水素原子、または炭素数1〜4個のアルキル基を表す。R1で表される炭素原子数1〜4個のアルキル基としては、メチル、エチル、n−プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、sec−ブチル,iso−ブチル、などが例示される。R2、R3は各々独立に、水素原子、炭素数1〜12個のアルキル基を表す。炭素数1〜12のアルキル基としては、メチル、エチル、n−プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、sec−ブチル,iso−ブチル、tet−ブチル、アミル、tet−アミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、iso−オクチル、tet−オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、iso−ノニル、デシル、iso−デシル、tet−デシル、ウンデシル、ドデシル、tet−ドデシル基などが挙げられる。M1は、Na、K、Liなどのアルカリ金属原子、Mg,Ca等のアルカリ土類金属原子、亜鉛原子またはアルミニウム原子を表す。pは1または2を表し、qはM1がアルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、亜鉛原子の時は0を、M1がアルミニウム原子のときは1または2を表す。式(4)で表されるリン酸エステル金属塩のうち好ましいものとしては、例えばR1が水素原子、R2、R3がともにtet−ブチル基のものが挙げられる。
本発明で使用するカルボジイミド化合物としては、ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カーボジイミド、2,6,2’,6’−テトライソプロピルジフェニルカルボジイミドが好ましい。またこれらのうち工業的に入手可能なジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミドの使用も好適である。
さらに上記ポリカルボジイミド化合物として市販のポリカルボジイミド化合物は、別途合成する必要もなく好適に使用することができる。かかる市販のポリカルボジイミド化合物としては例えば日清紡(株)よりカーボジライトの商品名で販売されているカーボジライトLA−1、あるいはHMV−8CAなどを例示することができる。
上記カルボキシ基封止剤は1種または2種以上の化合物を適宜選択して使用することができる。
組成物(A)中のカルボキシ基濃度は、組成物(A)を適当な溶媒に溶かしカルボキシ基炭素とメチン炭素またはメチル基炭素の13CNMRを測定することにより測定することができる。
カルボキシ基封止剤の使用量は組成物(A)100重量部あたり0.01〜10重量部が好ましく、0.03〜5重量部がさらに好ましい。この範囲を超えて多量に適用するとカルボキシ濃度を低下させる効果は大きいが組成物(A)およびその成形品の色相を悪化させる懸念が大きくなり好ましくない。また0.01%未満の使用量であるとその効果はほとんど認められず工業的な意義は小さい。
このような化合物としては例えばアルカリ(土類)金属化合物、第3級アミン、イミダゾール化合物、第4級アンモニウム塩、ホスフィン化合物、ホスホニウム化合物、リン酸エステル、有機酸、ルイス酸、などが挙げられる。これらは1種または2種以上併用することもできる。なかでもアルカリ金属化合物、アルカル土類金属化合物、リン酸エステルを使用するのが好ましい。
例えばステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、安息香酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、酢酸メグネシウムが好ましいものとして例示される。反応触媒の添加量は特に限定されてものではないが、組成物(A)100重量部あたり、好ましくは0.001〜1重量部、より好ましくは0.005〜0.5重量部、さらに好ましくは0.01〜0.1重量部である。
本発明の組成物(A)は、ポリ乳酸(B)とポリ乳酸(C)とを重量比で10/90〜90/10の範囲で220〜300℃で溶融混練することにより得ることができる。
ポリ乳酸(B)とポリ乳酸(C)との重量混合比は、組成物(A)のステレオ化度を高くするためには、好ましくは30/70〜70/30、さらに好ましくは40/60〜60/40である。
溶融混練温度は、ポリ乳酸の溶融時の安定性およびステレオ化度の向上の観点より、好ましくは、230〜300℃、より好ましくは240〜280℃、さらに好ましくは245〜275℃の範囲である。
かかる混合比、温度で溶融混練することにより組成物(A)のステレオ化度を80%以上にすることができる。組成物(A)のステレオ化度は、好ましくは90%〜100%、より好ましくは95%〜100%、さらに好ましくは97%〜100%、特に好ましくは100%である。
組成物(A)はそのまま溶融成形することも可能であるが、一度固化しペレット化した後、成形加工することも好ましい実施例態様のひとつである。ペレットの形状は、ペレットを各種成形方法で成形するに好適な形状を有するもの、具体的にはペレット長は1〜7mm程度、長径3〜5mm程度、短径1〜4mm程度のものが好ましい。またかかるペレット形状は、ばらつきの少ないものが好ましい。
本発明の組成物(A)、上記添加剤を適用するには、ポリ乳酸重合開始より成形前の間の段階で剤を配合することができる。重合開始から終了までの間に剤を添加する場合、通常の剤投入法を使用することで剤含有ポリ乳酸を製造することができる。また剤をポリ乳酸に添加するには、従来公知の各種方法を好適に使用することができる。例えば、ポリ乳酸とリン酸エステル金属塩をタンブラー、V型ブレンンダー、スーパーミキサー、ナウタミキサーバンバリーミキサー、混練ロール、1軸または2軸の押出機等で混合する方法が適宜用いられる。
本発明は、組成物(A)からなる成形品を包含する。
本発明の成形品は、以下の各項を満足することが好ましい。
(a)重量平均分子量が7万〜50万であること。
(b)スズ含有化合物とリン含有化合物とを、スズ原子濃度が1〜500ppm、リン原子濃度が1〜100ppm、スズ/リンの原子数比が0.2〜5の範囲にあるように含有する。
(c)示差走査熱量計(DSC)による測定で、実質的にステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示し、
(d)X線広角散乱測定による下記式(2)で表されるステレオ化率(Sc率)が30%以上あること。
Sc率=ΣISCi/(ΣISCi+IHM)×100 (2)
(ここで ΣISCi=ISC1+ISC2+ISC3)
(e)分子量が150以下の化合物の含有量が0.001〜0.2重量%であること。
Sc率=ΣISCi/(ΣISCi+IHM)×100 (2)
(ここで ΣISCi=ISC1+ISC2+ISC3)
(1)重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn):
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン標準サンプルとの比較で求めた。
GPC測定器は、以下のものを用い、クロロホルム溶離液を使用、カラム温度40℃、流速1.0ml/minで流し、濃度1mg/ml(1%ヘキサフルオロイソプロパノール含有クロロホルム)の資料10μlを注入した。
検出器:示差屈折計 (株)島津製作所製 RID−6A
ポンプ:(株)島津製作所製 LC−9A
カラム:(株)東ソーTSKgelG3000HXL,TSKgelG4000HXL,TSKgelG5000HXLとTSKguardcokumnHXL−Lを直列に接続した。
パーキンエルマー(株)製DCS7示差走査熱量計(DSC)により測定した。即ち、試料10mgを窒素雰囲気下、1st RUNにて昇温速度20℃/分で、30℃から250℃に昇温し、結晶融解温度(Tmh),(Tmsc)、結晶融融解熱を(△Hmh)(△Hmsc)を測定した。
ステレオ化度(S)は、ポリ乳酸の190℃未満の低温相結晶融解熱(△Hmh)、190℃以上の高温相結晶融解熱(△Hmsc)より下記式(1)により求めた。
S=△Hmsc/(△Hmh+△Hmsc)×100 (1)
理化学電気社製ROTA FLEX RU200B型X線回折装置用いて透過法により以下条件でX線回折図形をイメージングプレートに記録した。得られたX線回折図形において赤道方向の回折強度プロファイルを求め、ここで2θ=12.0°、20.7°、24.0°付近に現れるステレオコンプレックス結晶に由来する各回折ピークの積分強度の総和ΣISCiと2θ=16.5°付近に現れるホモ結晶に由来する回折ピークの積分強度IHMから下記式(2)に従いステレオ化率(Sc化率)を求めた。尚、ΣISCiならびにIHMは、赤道方向の回折強度プロファイルにおいてバックグランドや非晶による散漫散乱を差し引くことによって見積もった。
X線源 Cu−Kα線(コンフォーカル ミラー)
出力 45kV×70mA
スリット 1mmΦ−0.8mmΦ
カメラ長 120mm
積算時間 10分
サンプル 長さ3cm、35mg
Sc化率=ΣISCi/(ΣISCi+IHM)×100 (2)
(ここで、ΣISCi=ISC1+ISC2+ISC3、ISCi(i=1〜3)は、それぞれ2θ=12.0°、20.7°、24.0°付近の各回折ピークの積分強度である。)
試料を窒素雰囲気下、260℃、10分間保持後の還元粘度の保持率を測定した。ポリ乳酸樹脂(A)を溶融成形するとき、溶融安定性が80%以上であれば通常の溶融押しが問題なくでき、溶融安定性合格と判断した。
(5)還元粘度(ηsp/c)の測定:
試料1.2mgを〔テトラクロロ得たン/フェノール=(6/4)wt混合溶媒〕100mlに溶解、35℃でウベローデ粘度管を使用して測定した。
(6)湿熱安定性(%):
試料を80℃、90%RHで11時間保持し、還元粘度(ηsp/c)の保持率(%)を測定、湿熱安定性とし耐久性のパラメーターとした。該パラメーターが80%以上であれば、ポリ乳酸樹脂成形品を通常の湿熱条件下で安定的に使用でき耐久性合格と判定した。また90%以上であれば特別に良好と判断した。
(7)ペレット色相:
組成物(A)のペレットの色相を、日本電色(株)製Z−1001DP色差計により、カラーL/b値を測定した。カラーb値が大きいほど色相が悪いことを示す。カラーb値が10超のペレットは商業用途に不適と判断し、成形品としての評価はしなかった。
(8)成形性
厚さ3mmのASTM測定用の成形片を住友重機(株)製 ネオマットN150/75射出成形機によりシリンダー温度260℃、金型温度100℃、成形サイクル150秒で100ショット成形し、最終10ショットの成形品のゆがみ、黒色異物の有無を目視判定した。ゆがみ、黒色異物が認められないランは合格(OK)、明白なゆがみ、黒色異物の認められるランは不合格(NG)とした。微小な異物、微細なゆがみの見られるランは保留(△)とした。
成形性不良の組成物(A)は工業的に使用不可と判断した。
ICPにより求めた。
(10)ポリ乳酸中の分子量150以下の化合物の含有量測定法
GPCにより求めた。
(11)ポリ乳酸のCOOH末端基濃度測定法
精秤した試料をo−クレゾール調整液に加えた後、80℃を限度として加熱溶解し0.02規定のKOHメタノール溶液にて滴定することにより求めた。
(12)熱金属接触耐熱性(耐アイロン性)評価
繊維においては、テストする繊維にて10cm角の布巾を作成し表面温度170℃に調整したアイロンで30秒アイロン掛けをおこない、布巾形状、風合いの変化より耐熱性を判定した。
合格: ○ 単糸の融着もなく処理前の布巾の形状、風合いを良好に保つ。
不合格: × 単糸の融着あるいは処理前の布巾の熱変形、ごわごわした風合いへの変化がみられた。
成形品では成形性評価で作成したASTM評価ダンベルを○○度で結晶化させた試料を上記アイロン金属と30秒接触させ、変形度合いを目視、判定した。ひずみの発生した試料をNGと判定した。
真空配管、窒素ガス配管、触媒、L−ラクチド溶液添加配管、アルコール開始剤添加配管を具備したフルゾーン翼具備縦型攪拌槽(40L)を窒素置換後、L−ラクチド30Kg、ステアリルアルコール0.90kg(0.030モル/kg)、オクチル酸スズ6.14g(5.05×10−4モル/1Kg)を仕込み、窒素圧106.4kPaの雰囲気下、150℃に昇温した。内容物が溶解した時点で、攪拌を開始し、内温をさらに190℃に昇温した。内温が180℃を超えると反応が始まるので冷却を開始し、内温を185℃〜190℃に保持し1時間反応を継続した。さらに攪拌しつつ、窒素圧106.4kPa、内温200℃〜210℃で、1時間反応を行なった後、リン系失活剤を添加し10分間攪拌を継続した。攪拌を停止し、さらに20分間静置して気泡除去を行なった後、内圧を窒素圧で2から3気圧に昇圧しプレポリマーをチップカッターに押し出し、重量平均分子量12万、分子量分散1.8のプレポリマーをペレット化した。
さらに、ペレットを押出機で溶解させ無軸籠型反応装置に15kg/時間で投入し1.03kPaに減圧し残留するラクチドを低減処理し、それを再度チップ化しポリL−乳酸を得た。得られたポリL−乳酸は、重量平均分子量12万、分子量分散1.8、カルボキシ基濃度30当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.05重量%であった。
(合成例1−2)実施例1用ポリL−乳酸の合成
D−ラクチドを使用する以外は合成例1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量12万、分子量分散1.8、カルボキシ基濃度32当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.03重量%のポリD−乳酸を得た。
開始剤ステアリルアルコール、オクチル酸スズ使用量を各々表1中に記載の量、内温200℃〜210℃での反応時間を0.75時間に変更した以外は、合成例1−1と同じ操作を繰り返し、ポリL−乳酸を得た。得られたポリL−乳酸は、重量平均分子量13.3万、分子量分散1.9、カルボキシ基濃度32当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.031重量%であった。
(合成例2−2)比較例2用ポリD−乳酸の合成
D−ラクチドを使用する以外は合成例2−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量13.5万、分子量分散1.9、カルボキシ基濃度32当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.032重量%のポリD−乳酸を得た。
開始剤ステアリルアルコール、オクチル酸スズ使用量を各々表中記載の量に、また内温200℃〜210℃での反応時間を3時間に変更して実施した以外は合成例1−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量7万、分子量分散1.3、カルボキシ基濃度32当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.031重量%のポリL−乳酸を得た。
(合成例3−2)比較例3用ポリD−乳酸の合成
D−ラクチドを使用する以外は合成例3−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量6.5万、分子量分散1.4、カルボキシ基濃度33当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.033重量%のポリD−乳酸を得た。
リン系失活剤のみを表中の値に変更する以外は合成例1−1と同じ操作を繰り返し、
重量平均分子量11.6万、分子量分散1.7、カルボキシ基濃度34当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.31重量%のポリL−乳酸を得た。
(合成例4−2)比較例4用ポリD−乳酸の合成
D−ラクチドを使用する以外は合成例4−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量11.5万、分子量分散1.7、カルボキシ基濃度33当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.33重量%をポリD−乳酸を得た。
ラクチド低減処理の減圧度を3kPaに変更した以外は、合成例1−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量12.1万、分子量分散1.8、カルボキシ基濃度30当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.31重量%のポリL−乳酸を得た。
(合成例5−2)実施例2用ポリD−乳酸の合成
D−ラクチドを使用する以外は合成例5−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量12.1万、分子量分散1.8、カルボキシ基濃度32当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.33重量%のポリD−乳酸を得た。
リン系失活剤のみを表中の値に変更した以外は、合成例1−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量12.3万、分子量分散1.7、カルボキシ基濃度34当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.03重量%のポリL−乳酸を製造した。
(合成例6−2)比較例5用ポリD−乳酸の合成
D−ラクチドを使用する以外は合成例6−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量12.5万、分子量分散1.7、カルボキシ基濃度32当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.03重量%のポリD−乳酸を得た。
重合開始剤、触媒、リン系失活剤の量を各々表中の値に変更した以外は合成例1−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量10.5万、分子量分散1.6、カルボキシ基濃度32当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.03重量%のポリL−乳酸を得た。
(合成例7−1)比較例6用ポリL−乳酸の合成
D−ラクチドを使用する以外は合成例7−1と同じ操作を繰り返し、重量平均分子量10.2万、分子量分散1.6、カルボキシ基濃度32当量/トン、分子量150以下の化合物の含有量0.032重量%のポリD−乳酸を得た。
合成例1−1で製造したポリL−乳酸、合成例1−2で製造したポリD−乳酸の、重量比1/1混合物を120℃で5時間乾燥後、二軸混練機でシリンダー温度260℃、滞留時間5分で溶融混練、チップカッターでペレット化し、組成物(A)のペレットを製造した。組成物(A)の物性測定結果を表1中に示す。組成物(A)の溶融安定性は89%、耐熱性、成形性、色相は良好であった。
合成例5−1で製造したポリL−乳酸、合成例5−2で製造したポリD−乳酸を使用し、実施例1と同様にして組成物(A)を製造した。結果を表1に示す。得られた組成物(A)の低分子化合物含有量は0.3重量%であった。ステレオ化度89、ポリマー色相、カラーb値は8と黄色味が強かったが商品化限界レベルであった。
合成例1−1で製造したポリL−乳酸、合成例1−2で製造したポリD−乳酸の、重量比1/1混合物を120℃で5時間乾燥後、カルボキシ基封止剤として、日清紡(株)製カーボジライトLA−1をポリL−乳酸、ポリD−乳酸混合物に対し、0.3重量%添加し、二軸混練機でシリンダー温度260℃、滞留時間5分で溶融混練、チップカッターでペレット化し組成物(A)ペレットを作成した。組成物(A)の物性測定結果を表1中に示す。組成物(A)の溶融安定性は91%、耐熱性、成形性、色相も良好であった。
実施例1においてポリL−乳酸、ポリD−乳酸の重量比1/1混合物の二軸混練機で混練する際、シリンダー温度220℃、滞留時間5分で溶融混練し、チップカッターで切断しペレットを得た。ペレットの成形性はNGであり、ペレットは工業的使用には不向きと判定した。得られた結果を表1に記載する。
[比較例2]
合成例2−1で製造したポリL−乳酸、合成例2−2で製造したポリD−乳酸の、重量比1/1混合物を120℃で5時間乾燥後、カルボキシ基封止剤として、日清紡(株)製カーボジライトLA−1を混合物に対し、0.3重量%添加し、二軸混練機でシリンダー温度260℃、滞留時間5分で溶融混練、チップカッターでペレット化しペレットを作成した。得られた結果を表1中に記載する。得られたペレットのカラーb値は11、溶融安定性は65と不良であり、工業的使用は不可能と判断した。
[比較例3]
合成例3−1で製造したポリL−乳酸、合成例3−2で製造したポリD−乳酸を使用し、実施例1と同様にしてペレットを製造した。結果を表1に示す。得られたペレットのスズ原子含有濃度は4ppm、重量平均分子量は6.5万であり成形性不可のレベルであり、成形品の製造は不可能で商品化不能と判断した。
[比較例4]
合成例4−1で製造したポリL−乳酸、合成例4−2で製造したポリD−乳酸を使用し、実施例1と同様にしてペレットを製造した。結果を表1に示す。得られたペレットのリン原子含有濃度は150ppm、重量平均分子量は11.3万であり、溶融安定性は74、成形性NGで、工業的使用は不可レベルであった。
[比較例5]
合成例6−1で製造したポリL−乳酸、合成例6−2で製造したポリD−乳酸を使用し、実施例1と同様にしてペレットを製造した。結果を表1に示す。得られたペレットのリン原子含有濃度は0.5ppm、スズ/リン原子数比は30であった。重量平均分子量は12万であり、湿熱安定性は65、溶融安定性70で、不可レベルであった。
[比較例6]
合成例7−1で製造したポリL−乳酸、合成例7−2で製造したポリD−乳酸を使用し、実施例1と同様にしてペレットを製造した。結果を表1に示す。得られたペレットの重量平均分子量は10.1、スズ原子含有濃度は11ppm、リン原子濃度は62ppm、スズ/P原子数比は0.02であった。湿熱安定性は77、溶融安定性は75、成形性NGであった。
実施例1で製造した組成物(A)ペレットを120℃で5時間減圧乾燥した。このチップを、1軸ルーダー付溶融紡糸機を用い240℃で溶融し、0.25Φの吐出孔を36ホールもつ口金から40g/分で吐出させた。吐出直後のパック下の温度は180℃、紡糸筒により冷却した後集束し、油剤を付加して、500m/分の速度で未延伸糸を巻き取った。この結晶化率0%の未延伸糸を予熱90℃で4.9倍に延伸し、引き続き140℃で熱セットを行い、160dtex/36filのポリ乳酸繊維を得た。得られた延伸糸は、示差走査熱量計(DSC)測定において、ポリL−乳酸およびポリD―乳酸からなるステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示し、融点が224℃であった。また、広角X線回折測定でのステレオ化率45%、繊維の強度は4.6cN/dtex、伸度35%であり、実用上十分な強度を保有していた。また耐アイロン性は良好で合格であった。
Claims (5)
- L−乳酸単位を90モル%以上含有するポリ乳酸(B)およびD−乳酸単位を90モル%以上含有するポリ乳酸(C)単位を含有し、以下の各項を満足する組成物(A)。
(a)重量平均分子量が7万〜50万。
(b)スズ含有化合物とリン含有化合物とを、スズ原子濃度が1〜500ppm、リン原子濃度が1〜100ppm、スズ/リンの原子数比が0.2〜5の範囲にあるように含有する。
(c)示差走査熱量計による測定で、190℃未満の融解ピークの結晶融解エンタルピーを△Hmh、190℃以上の結晶融解ピークの結晶融解エンタルピーを△Hmscとするとき、下記式(1)で規定されるステレオ化度(S)が80%以上あること。
S=△Hmsc/(△Hmh+△Hmsc)×100 (1) - 分子量が150以下の化合物の含有量が、0.001〜0.2重量%である請求項1記載の組成物。
- 請求項1または2記載の組成物からなる成形品
- 以下の各項を満足する請求項3記載の成形品。
(a)重量平均分子量が7万〜50万であること。
(b)スズ含有化合物とリン含有化合物とを、スズ原子濃度が1〜500ppm、リン原子濃度が1〜100ppm、スズ/リンの原子数比が0.2〜5の範囲にあるように含有する。
(c)示差走査熱量計(DSC)による測定で、実質的にステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示し、
(d)X線広角散乱測定による下記式(2)で表されるステレオ化率(Sc率)が30%以上あること。
Sc率=ΣISCi/(ΣISCi+IHM)×100 (2)
(ここで、ΣISCi=ISC1+ISC2+ISC3)
(e)分子量が150以下の化合物の含有量が0.001〜0.2重量%であること。 - 繊維である請求項3または4記載の成形品。
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