JP2009532529A - ポリ乳酸含有樹脂組成物類 - Google Patents

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Abstract

(a)ポリ乳酸及び(b)30,000を超える分子量を有する(メタ)クリル酸コポリマーを含み、かつメチル(メタ)クリレート(i)及びメチル(メタ)クリレート(i)と異なる(メタ)クリル酸エステル(ii)を含むモノマー混合物の反応生成物であるポリ乳酸含有樹脂組成物。(メタ)クリル酸エステル(ii)は、化学式(I):CH=C(R)−COO−R、化学式(II):CH=C(R)−COO−(CHCHO)−R、または化学式(III):CH=C(R)−COO−(CHCHO)−Phのどれか1つで表される。ポリ乳酸含有樹脂組成物から生成される物品と同様に、(メタ)クリル酸コポリマーの製造方法もまた提供される。

Description

本開示は、ポリ乳酸含有樹脂組成物、このような組成物の製造方法、並びにこのような組成物から生成される樹脂フィルム類及び繊維類に関する。
ポリ乳酸(本明細書において、「PLA」として参照される)は、それが石油に由来しない生分解性プラスチックであるがゆえに、重要な工業薬品となりつつある。PLAは、トウモロコシ、ジャガイモ、及び各種植物に由来する、再生可能な資源である。PLAは、それが乳酸から製造され、かつ使用後に、生分解または灰化によって水と二酸化炭素へと分解することができることから、炭素循環型プラスチックと言われることがある。
PLAは、透明であり、室温でポリエチレンテレフタレート(PET)のそれに近い機械的強度を有し、かつ取り扱いが容易である。これらの性質ゆえに、PLAは、日常生活において通常用いられるプラスチック材料になるものと期待されている。
しかし、PLAは、その耐熱性、脆性、及び低可撓性に基づく欠点を有する。PLAの可撓性向上については多くの注目を集めてきた。そして、その特徴を改善するための数多くの方法が提案されてきた。
可撓性を改善するための一方法では、より可撓性を付与するために、その他の脂肪族エステル、エーテルまたは炭酸塩構成成分を共重合によりポリ乳酸骨格内に導入する。この方法は、加えた構成成分類の性質及び量ゆえに、得られた生成物のコストを増大させる。
柔軟性を改善する別の方法は、低分子量を有する可塑剤(例えば、ポリエチレングリコール)をPLAに添加することである。しかし、可塑剤の添加は、表面からのブリージング(分離)を引き起こし、べたっとした、粘着性表面をもたらすことがある。
更なる方法は、比較的低いガラス転移温度(Tg)を有するアクリル酸エステル樹脂をPLAに添加することである(J.L.Eguiburuら、「ポリマー」(第39巻、第26号、589ページ、1998年)を参照のこと)。同様に、特開2003−286401号公報(JP‘401)は、ポリ乳酸及び10℃以下のガラス転移温度を有する不飽和アルキルカルボキシレート系単位から主として成る第2ポリマーを含むPLA含有樹脂組成物について記載する。前記第2ポリマーの重量平均分子量は、30,000グラム/モル以下である。特開2004−10842号公報(JP‘842)は、(a)PLA及び(b)以下の構成単位で表されるアクリル酸エステル系オリゴマーを含むPLA樹脂組成物について記載する。
Figure 2009532529
式中、Rは1〜3の炭素数を有するアルキル基を表す。
これらの方法は、典型的には、可撓性と伸長特性との所望の組み合わせを備えたPLA樹脂を提供しない。更に、第2ポリマー材料または第2オリゴマー材料がPLAに添加され、前記組成物が室温で数日間保持される、幾つかの既知の組成物においては、第2ポリマー材料または第2オリゴマー材料が、このような組成物から分離して、有用でないべたっとした手ざわりになる場合がある。
従って、PLA組成物の性質の少なくとも1つを向上させる更なる方法に対する必要性は依然として存在する。
PLA含有樹脂組成物は、(a)PLA及び(b)30,000グラム/モルを超える分子量を有する(メタ)クリル酸コポリマーを含むものとして記載されている。前記(メタ)クリル酸コポリマーは、メチル(メタ)クリレート(i)とメチル(メタ)クリレート(i)ではない(メタ)クリル酸エステル(ii)の少なくとも1つとを含むモノマー混合物の重合反応生成物である。(メタ)クリル酸エステル(ii)は、化学式(I)、(II)、または(III)によって表すことが可能である。
CH=C(R)−COO−R (I)
CH=C(R)−COO−(CHCHO)−R (II)
CH=C(R)−COO−(CHCHO)−Ph (III)
(式中、
は、−Hまたは−CHであり、
は、C〜C14アルキルであり、
は、−CHまたは−CHCHであり、
Phは、−Cであり、かつ
m及びnは、各々独立して1以上の整数である。)
PLA含有樹脂組成物を処理することによって得られるPLA含有樹脂フィルム類及び繊維類もまた開示されている。PLA含有樹脂組成物を3次元物品類へと処理することによって得られるPLA含有樹脂物品類もまた開示されている。
PLA含有樹脂組成物内にて使用可能な(メタ)クリル酸コポリマーの製造方法について記載する。このような方法は、(a)透過性エネルギーに曝すことによる重合によって(メタ)クリル酸コポリマーを生成することができるモノマー混合物及び(b)当該モノマー混合物を包装するための包装用フィルムを組み合わせることから成る。モノマー混合物は、メチル(メタ)クリレート(i)及び(メタ)クリル酸エステル(ii)を含む。包装用フィルムは、主成分でありかつ透過性エネルギーに透過性であるPLAを含む。このような方法は、モノマー混合物と包装用フィルムとの組み合わせを透過性エネルギーに曝して、これによりモノマー混合物の重合にて(メタ)クリル酸コポリマーを生成することを更に含む。
本明細書にて開示したPLA含有樹脂組成物は、(a)PLA及び(b)(メタ)クリル酸コポリマーを含む。本樹脂組成物においては、(メタ)クリル酸コポリマーは、メチル(メタ)クリレート(i)とメチル(メタ)クリレート(i)とは異なる(メタ)クリル酸エステル類から選択される少なくとも1種類の(メタ)クリル酸エステル(ii)とを含む。更に、(メタ)クリル酸エステル(ii)は、化学式(I)の(メタ)クリル酸エステル、化学式(II)の(メタ)クリル酸エステル、化学式(III)の(メタ)クリル酸エステル、またはこれらの組み合わせである。
ポリ乳酸(PLA)
本明細書に開示される、組成物内にて使用可能なポリ乳酸(PLA)構成成分は、当業者に通常周知のPLA類を含むことができる。これには、ポリ(L−乳酸)(構成単位が、L−乳酸のみを含む)、ポリ(D−乳酸)(構成単位が、D−乳酸のみを含む)、及びポリ(D/L−乳酸)(L−乳酸単位及びD−乳酸単位の両方が、様々な比率で存在する)が挙げられるが、これらに限定されない。また、L−またはD−乳酸とグリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ吉草酸、5−ヒドロキシ吉草酸、または6−ヒドロキシカプロン酸などの乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸とのコポリマーを、PLAとして使用してよい。これらPLA類の任意の1種類を単独で、または2種類以上の異なるPLA類を組み合わせて使用してよい。
本明細書に開示された組成物中にて使用されるPLAは、当業者に周知の方法により製造することができる。このような方法としては、L−乳酸、D−乳酸、またはD−及びL−乳酸の両方の直接脱水−重縮合が挙げられるが、これらに限定されない。PLAはまた、ラクチド(乳酸の環状二量体)の開環重合により製造されてよい。開環重合を利用する場合、高級アルコール及びヒドロキシカルボン酸などのヒドロキシル基を有する化合物の存在下で実施してよい。乳酸とその他脂肪族ヒドロキシカルボン酸類とのコポリマー類は、乳酸とその他脂肪族ヒドロキシカルボン酸との脱水−重縮合によって製造することができる。乳酸とその他脂肪族ヒドロキシカルボン酸類とのコポリマー類はまたラクチドと環状形態のその他脂肪族ヒドロキシカルボン酸との開環共重合よって製造されてもよい。更に、特開2003−286401号公報及び特開2004−10842号公報に記載されるような方法もまた用いられてよい。
幾つかの実施形態では、(a)乳酸単位、脂肪族多価カルボン酸単位及び脂肪族多価アルコール単位を含有する脂肪族ポリエステル樹脂、(b)脂肪族多価カルボン酸及び脂肪族多価アルコールを含有する脂肪族ポリエステル樹脂、または(c)乳酸単位及び多官能性多糖類を含有する脂肪族ポリエステル樹脂を、PLAの構成単位として使用してよい。
脂肪族多価カルボン酸類の具体例としては、シュウ酸、コハク酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、ウンデカン二塩基酸、ドデカン二塩基酸、これらの無水物、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。このような脂肪族多価カルボン酸類は、酸無水物または酸無水物との混合物として使用してよい。脂肪族多価アルコール類の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、テトラメチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
乳酸単位、脂肪族多価カルボン酸単位及び脂肪族多価アルコール単位を含む脂肪族ポリエステル樹脂は、脂肪族多価カルボン酸(その例は上記の通り)と脂肪族多価アルコール(その例は上記の通り)とを、ポリ乳酸、乳酸と別のヒドロキシカルボン酸などとのコポリマーと反応させることによって製造してよい。あるいは、脂肪族ポリエステル樹脂は、脂肪族多価カルボン酸及び脂肪族多価アルコールを、乳酸と反応させることによって製造してよい。脂肪族ポリエステル樹脂はまた、脂肪族多価カルボン酸及び脂肪族多価アルコールを、ラクチドまたは上述したヒドロキシカルボン酸の環状エステルと反応させることによって製造してもよい。
脂肪族多価カルボン酸及び脂肪族多価アルコールを含む脂肪族ポリエステル樹脂は、脂肪族多価カルボン酸と脂肪族多価アルコールとを反応させることによって製造できる。
乳酸単位及び多官能性多糖類を含有する脂肪族ポリエステル樹脂の製造に使用する多官能性多糖類の例としては、セルロース、セルロースニトレート、セルロースアセテート、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロース、セロハン(登録商標)などの再生セルロース、ビスコースレーヨン及びキュプラ、ヘミセルロース、デンプン、アミロペクチン、デキストリン、デキストラン、グリコーゲン、ペクチン、キチン、キトサン、これらの誘導体類並びにこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、セルロースアセテートまたはエチルセルロースは、多官能性多糖類として利用することができる。
乳酸単位及び多官能性多糖類を含有する脂肪族ポリエステル樹脂は、多官能性多糖類を例えば乳酸、ポリ乳酸または乳酸と別のヒドロキシカルボン酸とのコポリマーと反応させることによって製造できる。あるいは、脂肪族ポリエステル樹脂は、多官能性多糖類を例えばラクチド、またはヒドロキシカルボン酸の環状エステルと反応させることによって製造できる。
幾つかのPLA含有樹脂組成物類としては、乳酸のホモポリマー、異なる乳酸のコポリマー(L−乳酸及びD−乳酸のコポリマーを含む異なる乳酸のコポリマー、及び乳酸ホモポリマーと乳酸塩コポリマーのコポリマー)、乳酸と乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸とのコポリマーなどの乳酸成分を含有する脂肪族ポリエステル樹脂が挙げられる。光透過性が所望される場合、乳酸成分は通常、コポリマーの少なくとも50重量パーセントである。
乳酸、脂肪族多価カルボン酸及び脂肪族多価アルコールから成る脂肪族ポリエステル樹脂を含むその他のPLA含有樹脂組成物類を利用することができる。光透過性が所望される場合、乳酸成分は通常、脂肪族ポリエステル樹脂の少なくとも50重量パーセントである。
PLAの分子量は、PLA含有樹脂組成物から生成される得られた生成物に所望の物理的性質を提供するように選択できる。従って、PLAの分子量は、例えば、樹脂組成物から生成された容器、フィルム、シート、またはプレートなどの物品が、十分な物理的性質を有する限り、変化させることができる。一般に、PLAの分子量が小さくなるに従って、組成物から生成される製品の強度が減少し、かつ分解割合が増大する。PLAの分子量が大きくなるに従って、組成物の加工性は低下し、樹脂組成物から物品を生成(例えば、成形)が、より困難になる場合がある。
物品の伸長特性が重要である実施形態においては、PLAの重量平均分子量は約10,000グラム/モル以上である。物品の伸長特性が重要である別の実施形態においては、PLAの重量平均分子量は約50,000グラム/モル以上である。重量平均分子量の上限は、フィルムまたはシート生成能力に対する明らかな影響は有しないが、一般に、約2,000,000グラム/モル以下である。それゆえに、一実施形態では、フィルムまたはシート形状物品を作製する場合、PLAの重量平均分子量は通常、約10,000〜2,000,000グラム/モルである。
一実施形態では、PLAの重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)の測定で約10,000〜5,000,000グラム/モルである。別の実施形態では、PLAの重量平均分子量は、一般に、GPCの測定で約50,000〜2,000,000グラム/モルである。更に別の実施形態では、PLAの重量平均分子量は、GPCの測定で約70,000〜1,000,000グラム/モルである。更なる実施形態では、PLAの重量平均分子量は、GPCの測定で約90,000〜500,000グラム/モルである。
(メタ)クリル酸コポリマー
上述したように、PLA含有樹脂組成物は、第2ポリマー構成成分としての(メタ)クリル酸コポリマーをも含む。(メタ)クリル酸コポリマーは、メチル(メタ)クリレート(i)とメチル(メタ)クリレート(i)とは異なる(メタ)クリル酸エステルから選択される少なくとも1種類の(メタ)クリル酸エステル(ii)とのポリマー反応生成物を含む。(メタ)クリル酸エステル(ii)は、化学式(I)の(メタ)クリル酸エステル、化学式(II)の(メタ)クリル酸エステル、化学式(III)の(メタ)クリル酸エステル、またはこれらの組み合わせから選択される。
CH=C(R)−COO−R (I)
CH=C(R)−COO−(CHCHO)−R (II)
CH=C(R)−COO−(CHCHO)−Ph (III)
(式中、
は、−Hまたは−CHであり、
は、C〜C14アルキルであり、
は、−CHまたは−CHCHであり、
Phは、−Cであり、かつ
m及びnは、各々独立して1以上の整数である。)
PLA含有樹脂組成物の性質、例えばその混和性は、少なくともある程度は、その内部に含有されている(メタ)クリル酸コポリマーに基づいて決定され得る。幾つかの実施形態では、組成物が混和(即ち、相溶性)系ブレンドであることができ(ここでは、メチル(メタ)クリレート(i)及び(メタ)クリル酸エステル(ii)が、混和性である(以下、この(メタ)クリル酸コポリマーは「(メタ)クリル酸コポリマー(B1)」と呼ばれることもある)、または部分的に混和(即ち、部分的に相溶性)系ブレンドであることができる(ここでは、メチル(メタ)クリレート(i)及び(メタ)クリル酸エステル(ii)が、部分的に混和性である(以下、このコポリマーは「(メタ)クリル酸コポリマー(B2)」と呼ばれることもある)。しかし、組成物が相溶性系であるかまたは部分的相溶性系のいずれであったとしても、使用される(メタ)クリル酸コポリマーによって必ずしも完全に規定されず、かつ使用されるPLAによっても変わり得る。具体的には、それは、例えばPLA内のL−形態またはD−形態の乳酸の量に起因する、結晶の種類または結晶の違いに、ある程度は影響され得る。
混和・単相系−(メタ)クリル酸コポリマー(B1)
(メタ)クリル酸コポリマー(B1)は、メチル(メタ)クリレート(i)及び化学式(II)で表される少なくとも1種の(メタ)クリル酸エステル(ii)のポリマー反応生成物であることができる。
CH=C(R)−COO−(CHCHO)−R (II)
(式中、
は、−Hまたは−CHであり、
mは、3以上の整数であり、かつ
は、−CHまたは−CHCHである。)
得られたPLA含有樹脂組成物は、主として相溶性である。即ち、前記組成物は混和性ブレンドかつ単相系(即ち、組成物は2つ以上の相へ分離されない)である。
一実施形態では、化学式IIの一化合物を使用してよく、別の実施形態では、化学式IIの2種類以上の異なった化合物類を組み合わせて使用してよい。
ある実施形態において、mが3でありかつPLAが非晶質である場合、このような系は混和性であり、かつ単相として存在する。しかし逆に、ある実施形態において、mが3でありかつPLAが結晶性である場合、このような系は部分的混和性でかつ相分離している(即ち、組成物は単相ではない)。
一実施形態では、mは、3以上の整数であり、かつ化学式(II)の各種化合物類を(メタ)クリル酸エステル(ii)として使用してよい。別の実施形態では、mは、3〜23の整数である。化学式(II)の(メタ)クリル酸エステル(ii)の好適例としては、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、メトキシノナエチレングリコールアクリレート、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
(メタ)クリル酸コポリマー(B1)は、メチル(メタ)クリレート(i)と(メタ)クリル酸エステル(ii)とを当業者に周知の任意の方法によって重合することによって調製してよい。一実施形態では、ラジカル共重合法を使用することが可能である。メチル(メタ)クリレート(i)対(メタ)クリル酸エステル(ii)の重量比は、所望の組成物またはコポリマーの性質に従って、広い範囲で変化してよい。一般に、メチル(メタ)クリレート(i)対(メタ)クリル酸エステル(ii)の重量比は、95:5〜30:70である。例えば、メチル(メタ)クリレート(i)対(メタ)クリル酸エステル(ii)の重量比は、95:5〜50:50の範囲内であることができる。(メタ)クリル酸エステル(ii)の含有量が5重量部未満の場合、PLA含有樹脂組成物に付与される可撓性が不十分な場合がある。(メタ)クリル酸エステル(ii)の量が70重量部超の場合、(メタ)クリル酸コポリマー(B1)は、(メタ)クリル酸エステル(ii)中のジアクリレート不純物によってゲル化する場合がある。しかし、(メタ)クリル酸エステル(ii)中のジアクリレート不純物が除去された場合、(メタ)クリル酸エステル(ii)の含有量は、70重量部超となり得る。所望により、その他のビニルモノマー類は、所望であれば、(メタ)クリル酸コポリマー内に共重合されてよい。共重合のためのビニルモノマー類の好適例としては、(メタ)クリル酸エステル、2−ヒドロキシエチル(メタ)クリレート、グリシジル(メタ)クリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)クリレート、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
(メタ)クリル酸コポリマー(B1)の分子量は、少なくともある程度は、利用される特定の(メタ)クリル酸エステル(ii)またはメチル(メタ)クリレート(i)対(メタ)クリル酸エステル(ii)の重量比に基づいて変化し得る。一実施形態では、(メタ)クリル酸コポリマー(B1)は、GPCの測定で約30,000グラム/モルより大きい重量平均分子量を有する。例えば、(メタ)クリル酸コポリマー(B1)の重量平均分子量は、GPCの測定で約50,000〜2,000,000グラム/モルである。(メタ)クリル酸コポリマーの重量平均分子量が約30,000グラム/モル未満の場合、(メタ)クリル酸コポリマー(B1)のブリードアウトが起こって、組成物を劣化させ、利用困難なべたっとした手ざわりとなり得る。(メタ)クリル酸コポリマー(B1)の分子量が、2,000,000グラム/モル超である場合、(メタ)クリル酸コポリマー(B1)の粘度が増加し、それをPLAと混合することが困難となり得る。
部分的混和性かつ相分離系のブレンド−(メタ)クリル酸コポリマー(B2)
(メタ)クリル酸コポリマー(B2)は、メチルアクリレート(i)と化学式(I)、(II)、または(III)の(メタ)クリル酸エステル(ii)とのポリマー反応生成物であり得る。
CH=C(R)−COO−R (I)
CH=C(R)−COO−(CHCHO)−R (II)
CH=C(R)−COO−(CHCHO)−Ph (III)
(式中、
は、−Hまたは−CHであり、
は、C〜C14アルキル基であり、
は、−CHまたは−CHCHであり、
mは、1〜3の整数であり、
nは、1以上の整数であり、かつ
Phは、−Cである。)
得られたPLA含有樹脂組成物は、主として部分的混和性ブレンド及び相分離系(組成物は、単相より多くの相を有する)である。
一実施形態では、化学式(I)、(II)、または(III)の一化合物は、単独で使用されてよく、別の実施形態では、化学式(I)、(II)、または(III)の、2種類以上の異なった化合物類(同一化学式の2つの化合物を含む)を組み合わせて使用してよい。
一実施形態では、化学式(I)の化合物類を使用してもよい。別の実施形態では、化学式(I)の化合物類(式中、RはC〜Cアルキルである)を使用してもよい。化学式(I)の(メタ)クリル酸エステル(ii)の好適例としては、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
別の実施形態では、化学式(II)の各種化合物類を(メタ)クリル酸エステル(ii)として利用してよい。化学式(II)の(メタ)クリル酸エステル(ii)の好適例としては、メトキシエチルアクリレートが挙げられるが、これらに限定されない。PLAが非晶質である幾つかの実施形態では、たとえ上述した条件下であっても、部分的混和性かつ相分離の系に代えて、完全な混和性かつ単相の系を生成することができる。
更に別の実施形態では、化学式(III)の各種化合物類を(メタ)クリル酸エステル(ii)として使用してよい。一実施形態では、化学式(III)の化合物(式中、nは1〜3である)が利用される。化学式(III)から選択される(メタ)クリル酸エステル(ii)の好適例としては、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールアクリレート、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
(メタ)クリル酸コポリマー(B2)は、メチル(メタ)クリレート(i)と(メタ)クリル酸エステル(ii)とを当業者に周知の任意の方法によって重合することによって調製してよい。一実施形態では、ラジカル共重合法を使用することが可能である。
メチル(メタ)クリレート(i)対(メタ)クリル酸エステル(ii)の重量比は、所望の組成物、(メタ)クリル酸コポリマーの性質、またはPLA含有樹脂(その中でそれが使用される)の性質に従って、広い範囲で変化してよい。一般に、メチル(メタ)クリレート(i)対(メタ)クリル酸エステル(ii)の重量比は、95:5〜30:70である。例えば、メチル(メタ)クリレート(i)対(メタ)クリル酸エステル(ii)の重量比は、95:5〜50:50の範囲内であることができる。メチル(メタ)クリレート(i)の含有量が95重量部を超える場合、(メタ)クリル酸コポリマー(B2)のガラス転移温度は、一般に十分に低くなく、PLA含有樹脂組成物に付与される可撓性は不十分なものとなり得る。メチル(メタ)クリレート(i)の量が30重量部未満の場合、2種類の構成成分間の混和性は減少し、かつPLA及びメタ)クリル酸コポリマー(B2)の相分離構造(即ち、相分離した構造)が損なわれる場合がある。所望により、その他のビニルモノマー類は、所望する場合、メチル(メタ)クリレート(i)及び(メタ)クリル酸エステル(ii)と共に共重合してよい。共重合のためのビニルモノマー類の好適例としては、(メタ)クリル酸エステル、2−ヒドロキシエチル(メタ)クリレート、グリシジル(メタ)クリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)クリレート、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
(メタ)クリル酸コポリマー(B2)の分子量は、少なくともある程度は、利用される特定の(メタ)クリル酸エステル(ii)またはメチル(メタ)クリレート(i)対(メタ)クリル酸エステル(ii)の重量比に基づいて変化し得る。一実施形態では、(メタ)クリル酸コポリマー(B2)は、GPCの測定で約30,000グラム/モルより大きい重量平均分子量を有する。例えば、(メタ)クリル酸コポリマー(B2)の重量平均分子量は、GPCの測定で約50,000〜2,000,000グラム/モルである。(メタ)クリル酸コポリマーの重量平均分子量が、約30,000グラム/モル未満である場合、(メタ)クリル酸コポリマーが樹脂からブリードアウトして、組成物を劣化させ、使用困難なべたっとした手ざわりとなり得る。(メタ)クリル酸コポリマー(B2)の分子量が、2,000,000グラム/モル超である場合、(メタ)クリル酸コポリマー(B2)の粘度が増加し、それをPLAと混合することが困難となり得る。
PLA含有樹脂組成物が部分的に混和性かつ相分離系のブレンドである一実施形態では、(メタ)クリル系グラフトコポリマーまたは(メタ)クリル系ブロックコポリマーを組み合わせて使用して、相分離構造を安定させるようにしてよい。
好適な(メタ)クリル系グラフトコポリマー類としては、PLAと(メタ)クリルポリマーとの各種コポリマー類が挙げられるが、これらに限定されない。これらの例としては、約2,000グラム/モル以上の分子量を持つPLAが、グラフト鎖(分枝鎖)として樹枝状に分子主鎖(主として、(メタ)クリル酸エステルのポリマー反応生成物から成る)へ結合している場合の(メタ)クリル系グラフトコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。このようなPLAは、上述したPLAと同一であることができ、所望する場合、別のタイプのPLAを使用してもよい。PLAは、分子量が2,000グラム/モル以上の場合には、多くの場合、高度に界面活性であり、(メタ)クリル酸コポリマー(B2)の元来の機能を効果的に発揮することができる。また、PLAを含むグラフト鎖は、PLA及び(メタ)クリル酸コポリマーにより生成された相分離構造の破壊を最少化するという役割を果たすことができる。主鎖の(メタ)クリル酸エステルの例としては、(メタ)クリル酸のポリマー反応生成物、2−ヒドロキシエチル(メタ)クリレート、グリシジル(メタ)クリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)クリレート、化学式(I)、(II)、または(III)の1つで表される(メタ)クリル酸エステル、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
好適な(メタ)クリル系ブロックコポリマー類としては、PLAと(メタ)クリルポリマーとの各種ブロックコポリマー類を挙げることができるが、これらに限定されない。このようなPLAは、上述したPLAと同一であることができ、所望する場合、別のタイプのPLAを使用してもよい。(メタ)クリルポリマーは、(メタ)クリル酸エステルまたはその他アクリルモノマー類に由来する任意のポリマーである。(メタ)クリル酸エステル及びその他アクリルモノマー類の例としては、(メタ)クリル酸、2−ヒドロキシエチル(メタ)クリレート、グリシジル(メタ)クリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)クリレート、化学式(I)、(II)、または(III)の1つの(メタ)クリル酸エステル、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、(メタ)クリル系ブロックコポリマーは相溶剤として機能することができる。
(メタ)クリル酸コポリマーの生成
一実施形態では、(メタ)クリル酸コポリマーは、当業者には公知なように、溶液重合法により生成することができる。別の実施形態では、(メタ)クリル酸コポリマーは、非溶媒重合法を使用して生成することができる。このような方法は、溶媒系の方法より環境適合性であり、かつ有利には、この組成物から生成された物品の光学特性に大きな悪影響を与えないと考えることができる。
(メタ)クリル酸コポリマーの生成方法は、(a)透過性エネルギーに曝すことによる重合によって(メタ)クリル酸コポリマーを生成することができるモノマー混合物及び(b)当該モノマー混合物を包装するための包装用フィルムを組み合わせることを含む。前記モノマー混合物は、通常は、メチル(メタ)クリレート(i)及び少なくとも1つの(メタ)クリル酸エステル(ii)を含む。包装用フィルムは、主成分でありかつ透過性エネルギーに少なくとも部分的に透過性があるPLAを含む。前記方法は更に、モノマー混合物と包装用フィルムとの組み合わせを、透過性エネルギーに曝して、これによりモノマー混合物の重合によって(メタ)クリル酸コポリマーを生成することから構成される。
本法にて使用するモノマー混合物は、メチル(メタ)クリレート(i)及び少なくとも1種の(メタ)アクリル酸エステル(ii)を含み、かつ更に所望により、PLAまたはメチル(メタ)クリレート(i)及び(メタ)クリル酸エステル(ii)と適合可能なその他の樹脂類を含んでよい。PLAまたは相溶性のその他の樹脂類を含むことによって、モノマー混合物の粘度を増大させることが可能となる。混合物の増大した粘度は、モノマー混合物の取り扱い性を向上させることができる。
一実施形態では、モノマー混合物は、このような重合プロセスに好適な光開始剤をも含む。本明細書では、当業者には周知の光反応開始剤を利用することができる。有用な光反応開始剤の例としては、ベンジルジメチルケタール及び1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトンなどの置換アセトフェノン類、2−メチル−2−ヒドロキシプロピノフェノンなどの置換α−ケトン類、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾインエーテル類、アニソインメチルエーテルなどの置換ベンゾインエーテル類、芳香族スルホニルクロライド類、光活性オキシム類、及びその他のものが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、光反応開始剤は、モノマー混合物の総量である100重量部を基準にして、約0.001〜5.0重量部の量で使用してよい。別の実施形態では、光反応開始剤は、モノマー混合物の総量である100重量部を基準にして、約0.01〜5.0重量部の量で使用してよい。更に別の実施形態では、光反応開始剤は、モノマー混合物の総量である100重量部を基準にして、約0.1〜0.5重量部の量で使用してよい。
本明細書で利用されるモノマー混合物は、一般に、包装用フィルムと組み合わされるのに好適な粘度を有する。一実施形態では、モノマー混合物の粘度は、一般に、25℃にて、約50Pa.s(50,000センチポアズ)未満である。別の実施形態では、モノマー混合物の粘度は、一般に、25℃にて、約5Pa.s(5,000センチポアズ)未満である。
一実施形態では、包装用フィルムは、当業者に知られているようなシートまたはフィルムであってよい。別の実施形態では、包装用フィルムは、結晶性PLAの2軸延伸フィルム、または多層フィルム、例えば、結晶性PLAの2軸延伸フィルム及び非晶質PLAのフィルムを含む2層もしくは3層フィルムであり、結晶性PLAフィルムから成る2軸延伸フィルムの片面または両面に適用されている。結晶性PLAの2軸延伸フィルムが利用される実施形態では、温度上昇に伴う、結晶性PLAのアクリルポリマーへの溶出またはPLAフィルムの融解(モノマー混合物を透過性エネルギーへ曝露している間)を最小化することができる。
モノマー混合物を包装用フィルムと組み合わせる工程は、当業者に知られている任意の方法によって行うことができる。一実施形態では、モノマー混合物は、包装用フィルムによって前記モノマー混合物を完全に取り囲むこと、包装用フィルムによって前記モノマー混合物を実質的に取り囲むこと、包装用フィルムの表面上に前記モノマー混合物を提供すること、または包装用フィルムの2枚のシート間に、前記モノマー混合物を配設することによって、包装用フィルムと組み合わせることができる。モノマー混合物が包装用フィルムによって、ほぼまたは完全に取り囲まれている、またはモノマー混合物が包装用フィルムの表面上に提供される実施形態では、液体(メタ)クリルモノマー類及び得られた(メタ)クリルコポリマー類(通常、重合後に粘着性である)は、取り扱いが容易である。
別の実施形態では、モノマー混合物及び包装用フィルムは、別個の工程にて調製される。本発明で使用する包装用フィルムは、モノマー混合物で充填することが可能な長方形または円筒形の小型ポーチであることができる。一実施形態では、包装用フィルムは、一般に、約0.01〜0.25mmの厚みを有するフィルムである。一実施形態では、包装用フィルムは、モノマー混合物及び包装用フィルムの全量を基準にして、一般に、約0.5〜20重量パーセントである。例えば、包装用フィルムは、モノマー混合物及び包装用フィルムの全量を基準にして、約1〜15重量パーセントであることができる。所望であれば、包装用フィルムは、フィルムを貫く透過性エネルギーの透過性、または組成物もしくは得られるフィルム類もしくは物品類のその他の所望の特性に実質的な悪影響を与えない任意の添加剤を含有してよい。
包装用フィルムのポーチは、例えば、ホッパーから添加できるモノマー混合物で充填される。モノマー混合物の充填量は、包装用フィルムの含有量及びサイズに依存して変化することができるが、一般に、約0.1〜500グラムの範囲である。
モノマー混合物が包装用フィルムと組み合わされた後、この組み合わせに透過性エネルギーを浴びせて、モノマー混合物の重合を開始させる。一実施形態では、透過性エネルギーは、紫外線(UV)放射である。放射線の形式及び放射線の条件は、一般に限定されず、かつ本明細書を読んだ当業者には既知のものであろう。例えば、モノマー混合物は、モノマー混合物を波長約280〜400nm及び平均強度約0.1〜25mW/cmの発光スペクトルを有する紫外放射線(例えば、紫外線)に曝すことによって、対応する(メタ)クリル酸コポリマーへと変換することができる。一実施形態では、温度は、重合プロセス中にコントロールすることができる。これは、例えば、モノマー混合物を含有する包装用フィルム周辺に冷気を噴霧することによって、またはモノマー混合物を含有する包装用フィルムを水浴もしくは熱伝達媒質に浸すことによっ達成することができる。例えば、包装用フィルムを、約5〜90℃の温度の液体を有する湯せんに浸して、非所望な高温において発生する反応を防止することができる。
ポーチを利用する場合、ポーチの外側から、充填済みポーチに紫外線(例えば)を照射できる。放射線は一般に、モノマー混合物の重合に好適である。紫外線の波長、強度及びその他の条件は、例えば、前述したようなものである。モノマー混合物は重合し、(メタ)クリル酸コポリマーを生成する。ポーチの形態の包装用フィルムは、(メタ)クリル酸コポリマーがPLAと組み合わされる前に、または包装用フィルムがPLAと組み合わされる前に、(メタ)クリル酸コポリマーから除去することができる。例えば、得られたポーチは、内容物(即ち、(メタ)クリル酸コポリマー)が依然としてポーチに入ったままで、ホッパーに加えて粉砕することができる。次に、2種類の材料を熱で溶融する。(メタ)クリル酸コポリマーの溶融生成物は、PLAと共に溶融混練することができ、かつ混練生成物は、任意の所望の形状へと生成(例えば、成型)される。例えば、ペレットをTダイに成型して、シート状製品を生成してよい。
本コポリマー製造方法は、PLA含有樹脂組成物が、透過性エネルギーへ曝している間の重合により(メタ)クリル樹脂組成物を生成することができる(メタ)クリル系モノマーと少なくとも実質的に透過性エネルギーに透過性がある(メタ)クリル系モノマーを包装するための包装用フィルムとの組み合わせから製造される場合に利用することができる。得られた成型物品類の光学特性は、フィルム状物品が(メタ)クリル系モノマーの重合により、続いてPLAが溶融混練され、かつ(メタ)クリル樹脂組成物が包装用フィルム内に充填されることによって製造された際に、実質的に悪影響を受けることはないことに留意する。
上記(メタ)クリル酸コポリマー製造方法は、PLA含有樹脂組成物の製造に限定されず、その他の(メタ)クリル樹脂組成物類の製造に適用することができる。
(メタ)クリル酸コポリマーの例示的製造方法は、PCT国際公開特許WO97/33945の開示に見出すことができる。
PLA含有樹脂組成物類
PLA及び(メタ)クリル酸コポリマーは、完全にまたはほぼ完全に混和性であってよく、これは互いに相溶性であるまたは混和性かつ単相系ブレンドを構成していると言われる。PLA及び(メタ)クリル酸コポリマーはまた、部分的に混和性かつ相分離系のブレンドを構成してよく、ここで、これら2種類の要素は、単一より数多い相中に存在し、かつ部分的に混和性であり、部分的相溶性であるとも称される。組成物が混和性かつ単相系ブレンドまたは部分的に混和性かつ相分離系のブレンドのいずれであるかは、組成物のガラス転移温度(Tg)を測定することによって決定することができる。より具体的には、示差走査熱量計(以下に「DSC」と称する)を使用したTg測定の間、1つのTgが観察された場合、この組成物は混和性でありかつ単相系が存在する。他方では、DSCを使用したTg測定中に、2つのガラス転移温度が観察された場合、組成物は、部分的に混和性でありかつ相分離系が存在する。
部分的混和性かつ相分離系のブレンドは、「共連続構造」と考えることができる相分離状態を有する。「共連続構造」とは、部分的混和性かつ相分離系のブレンドが、場合によりPLA及び(メタ)クリル酸コポリマーの両方により生成された連続構造を有する系を意味する。あるいは、部分的混和性かつ相分離系のブレンドは、「海に浮かぶ島構造」と考えることができる相分離状態を有する。「海に浮かぶ島構造」とは、細かい微粒子の(メタ)クリル酸コポリマー(島)がPLAマトリックス(海)の中に概ね均一に分散した構造を意味し、また逆に、細かい粒子状のPLA(島)が、(メタ)クリル酸コポリマーマトリックス(海)の中に概ね均一に分散した構造を意味する。構成成分が、少なくとも部分的に混和性である場合、混和性部分が、ブレンドの不混和性部分をブレンド残余部分と相溶性にする手助けをしてよい。一実施形態では、部分的混和性または部分的不混和性構成成分の相分離状態は、(メタ)クリル系グラフトコポリマーまたは(メタ)クリル系ブロックコポリマーを更に添加することによって、安定化することができる。
部分的に混和性かつ相分離系のブレンド内のPLAリッチ相のTg及び/または(メタ)クリル酸コポリマーリッチ相のTgは、純粋な構成成分のTgから各々シフトしている。このことは、(メタ)クリル酸コポリマーがPLAリッチ相と部分的に混和性であること、もしくはPLAが(メタ)クリル酸コポリマーリッチ相と部分的に混和性であること、またはその両方であることを明らかにした。一実施形態では、Tgは一般に、約3℃シフトする。別の実施形態では、Tgは一般に、約3.5℃シフトする。更に別の実施形態では、Tgは、約4℃シフトする。従って、樹脂組成物が、「部分的混和性」状態の一実施形態では、2つのTg値があり、1つはPLAに由来し、1つは(メタ)クリル酸コポリマーに由来し、かつこれらTg値の少なくとも1つは、他のTg値の方にシフトする。
本明細書で記載されるPLA含有樹脂組成物においては、PLA及び(メタ)クリル酸コポリマーは、各種ブレンド比にて混合してよい。PLA及び(メタ)クリル酸コポリマーのブレンド比は、一般に、95:5〜50:50(PLA重量対(メタ)クリル酸コポリマー重量)である。組成物から生成される物品の伸長特性が重要であると考えられる一実施形態では、95:5〜70:30(PLA重量対(メタ)クリル酸コポリマー重量)のブレンド比を利用することができる。別の実施形態では、95:5〜60:40の比(PLA重量対(メタ)クリル酸コポリマー重量)のブレンド比を利用することができる。PLAの量が95パーセントを超える場合、成型された物品は、強固または脆性である場合がある。また逆に、(メタ)クリル酸コポリマーの量が50パーセントを超える場合、PLAはもはや主成分ではなく、「植物系」再生可能資源を利用するという目的を幾分損なう。
PLA含有樹脂組成物は、本明細書にて開示したように、PLA及び(メタ)クリル酸コポリマーに加えて、添加剤(類)もまた所望により含有してよい。PLA含有樹脂組成物に添加可能な添加剤類の例としては、充填剤類、顔料類、成核剤類、酸化防止剤類、熱安定剤類、光安定剤類、帯電防止剤類、発泡剤類、及び難燃剤類が挙げられるが、これらに限定されない。具体的な添加剤類及びその量は、本明細書を読んだ当業者には既知のものであろう。これら添加剤類の具体的な非限定例としては、炭酸カルシウム、粘土、カーボンブラック、及び耐衝撃性コア/シェル型粒子などの充填剤類、並びに酸化チタン、メタリック顔料類及びパール顔料類などの顔料類が挙げられる。このような添加剤類は、そこから生成された組成物類または物品類の所望の特性に悪影響を与えない量にて添加してよい。
PLA含有樹脂組成物類は、本明細書にて開示したように、PLA、(メタ)クリル酸コポリマー、及び任意の添加剤類の混合物を含む。前記組成物類は、一般に、既知の方法を使用して構成成分を混合することにより調製できる。適切な混合方法は、例えば混合する構成成分の量及び性質を考慮することによって選択されてよい。これらの例としては、溶媒を用いて構成成分を混合する方法、及び熱溶融を用いて構成成分を混合する方法が挙げられるが、これらに限定されない。
PLA含有樹脂組成物類は、本明細書にて開示したように、物品生成のための従来周知の方法によって各種形状を有する物品へと成形してよい。例えば、最初に、PLA及び(メタ)クリル酸コポリマーを、あらゆる任意の添加剤類と共に、それらを溶媒中にて溶解させることによって、またはそれらを溶融混練することのいずれかによって混合して、PLA含有樹脂組成物を調製する。組成物から、物品、例えば、フィルム、シート、プレート、または3次元物品を、射出成形、押出吹込成形、押出延伸吹込成形、射出吹込成形法、射出延伸吹込成形、インフレーション成形、Tダイ成形、等を含む当業者に周知の任意の方法によって、樹脂組成物から製造することができるが、これらに限定するものではない。一実施形態では、ポストプロダクション処理は、物品生成後に行うことができ、例示的ポストプロダクション法としては、2軸延伸、熱成形、圧縮成形等が挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、PLA含有繊維はまた、当業者に周知の方法により、PLA含有樹脂組成物を繊維へと処理することによって製造してもよい。
本明細書で開示したごとく製造した成形物品は、有利には、フィルムまたはシート形態にて提供することができる。本明細書で使用する時、フィルム及びシートは同義語であり、一般に、薄くて長方形の物品を指す。一実施形態では、フィルムは約5μm(マイクロメートル)〜約3mm(ミリメートル)の厚さを有する。成形した物品が本明細書にて開示した組成物から生成されるある実施施形態においては、5μmよりも薄く引き伸ばされたフィルムもまた得てよい。樹脂フィルムはまた、単層構造または2つまたはそれ以上の層を有する多層構造を有してよい。
一実施形態では、樹脂フィルムは、PLA並びに(メタ)クリル酸コポリマー(及びあらゆる任意の添加剤類)を溶融混練することにより、かつ次に得られた溶融混練生成物を当業者に知られている任意の方法によって成形することによって製造することができる。一般に利用される混練法を利用することができる。例えば、固体原材料を混合するために、2軸スクリュー混練機、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダ等を使用してもよい。溶融混練段階での温度は、広い範囲で変化してよいが、一般に、約160℃以上であってよい。続いて、得られた溶融混練生成物は、フィルムへと成形することができる。樹脂のフィルムへの成形方法は、Tダイ成形法、吹込み成形、及びインフレーション成形を含む当業者に知られている任意の方法であることができるが、これらに限定するものではない。
別の実施形態では、本明細書にて開示したように、樹脂フィルムはまた、上述した溶融混練法に代えて溶液キャスト法を使用することにより製造されてよい。溶液キャスト法は、PLA及び(メタ)クリル酸コポリマーを一緒に、あらゆる任意の添加剤類と共に適切な溶媒中で溶解させ、得られた樹脂溶液を適切な基材上にキャスティングし、かつそれを乾燥させることにより実施してよい。
PLA含有樹脂から生成される物品は、一般に、透明であり、かつ機械的に強固である(即ち、高引張り強度を有し、可撓性であり、かつ良好な伸長特性を有する)。PLA含有樹脂組成物によって得られる場合がある有利な性質によって、3次元流動性が所望される用途にて材料が使用できるようになる。例えば、PLA含有樹脂フィルムは、それを基材として使用することにより、壁材、デコレーションフィルム等として利用することができる。あるいはより具体的には、基材の1表面上に感圧性接着剤層を提供することによって、かつ所望であれば、印刷層及びトップコート層などの任意層を他の表面上に形成することができる。
本開示は、以下の実施例を参照して更に記載されるが、本開示は当然ながらこれらの実施例に制限されるものではない。
本明細書にて特に指示がない限り、すべての化学物質は、和光純薬工業株式会社(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)から購入し、かつそのままの状態で使用した。
試験手順
以下に示す各ポリマーの重量平均分子量は、標準ポリスチレンを基準にして、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)にて測定した。
以下に示す各ポリマーのガラス転移温度(Tg)は、窒素流下にて示差走査熱量計(EXSTAR6000、セイコーインスツルメンツ&電子株式会社(Seiko Instruments & Electronics Ltd.))を使用してDSC法によって測定した。具体的には、温度は、サンプルのTgより十分低い温度(40〜480℃)まで下げられこの温度を10分間維持した。--続いて、温度を10℃/分にて、250℃まで上昇させ、ガラス転移温度を同定した。
樹脂フィルムの機械的特性を同定した。ヤング率(引っ張り係数)、上降伏応力、及び樹脂フィルムの破壊点伸長率は、引っ張り試験機(テンシロン(Tensilon)、型式RTC−1325A、オリエンテック社(ORIENTEC Co., Ltd.))を使用して測定した。30mm(長さ)×5mm(幅)、及び約100μmの厚みの寸法を有するストリップを利用して、ヤング率、上降伏応力、及び樹脂フィルムの破壊点伸長率を測定した。×測定は、室温(25℃)、引っ張り速度10mm/分、チャック間距離20mmで行った。測定は、各サンプルについて3回行い、その平均値を求めて、報告した。
粘着試験を行い、PLA含有樹脂組成物類から生成されたフィルムからの(メタ)クリル酸コポリマーのブリードアウトの存在または不存在を評価した。フィルム類は、室温で1週間保存し、次に、指先の間でつまんだ。アクリルコポリマーのブリードアウトは、粘着の存在または不存在によって判断した。粘着が無い場合は、アクリル酸コポリマー(B)がフィルム表面へブリードアウトしていないことを意味した。
固有粘度(IV)は、エチルアセテート中約0.2g/dLの試験用サンプルを調製することによって測定した。溶液の粘度(溶液がキャピラリーチューブを通過するのに要する時間に比例する)は、30℃に制御された恒温槽内で決定した。下の表5に示す固有粘度(IV)は、次のようにして計算した。
Figure 2009532529
ヘイズ値(パーセント)は、ヘイズメーター(日本電色工業(Nippon Denshoku Kogyo))で測定した。
材料
ポリマー(a)−結晶性ポリ乳酸(PLA):LACEA(登録商標)H−100(三井化学株式会社(Mitsui Chemicals, Inc.))は、使用前に真空オーブン中で60℃にて24時間以上乾燥させた。重量平均分子量は、140,000であり、かつガラス転移温度は、55.5℃であった。
ポリマー(b)−非晶質ポリ乳酸:LACEA(登録商標)H−280(三井化学株式会社(Mitsui Chemicals, Inc.))は、使用前に真空オーブン中で60℃にて24時間以上乾燥させた。重量平均分子量は、210,000であり、かつガラス転移温度は、54.5℃であった。
ポリマー(c)−アクリル酸コポリマー:エチルアセテートとトルエンの混合溶媒(重量比50:50)中にて、70重量部のメチルアクリレート及び30重量部のエチルアクリレートにラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してコポリマーを生成させた。重量平均分子量は、280,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−2.5℃であった。
ポリマー(d)−アクリル酸コポリマー:エチルアセテートとトルエンの混合溶媒(重量比50:50)中にて、50重量部のメチルアクリレート及び50重量部のエチルアクリレートにラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してポリマーを生成させた。重量平均分子量は、280,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−7.0℃であった。
ポリマー(e)−アクリル酸コポリマー:エチルアセテートとトルエンの混合溶媒(重量比50:50)中にて、80重量部のメチルアクリレート及び20重量部のn−ブチルアクリレートにラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してコポリマーを生成させた。重量平均分子量は、290,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−4.5℃であった。
ポリマー(f)−アクリル酸コポリマー:エチルアセテートとトルエンの混合溶媒(重量比57.1:42.9)中にて、70重量部のメチルアクリレート及び30重量部のメトキシエチルアクリレートにラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してコポリマーを生成させた。重量平均分子量は、270,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−9.0℃であった。
ポリマー(g)−アクリル酸コポリマー:エチルアセテートと2−ブタノンの混合溶媒(重量比50:50)中にて、70重量部のメチルアクリレート及び30重量部のメトキシトリエチレングリコールアクリレート(ビスコート(Biscoat)−MTG、大阪有機化学工業株式会社(Osaka Organic Chemical Industry Ltd.))にラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してコポリマーを生成させた。重量平均分子量は、530,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−20.0℃であった。
ポリマー(h)−アクリル酸コポリマー:エチルアセテートと2−ブタノンの混合溶媒(重量比44:56)中にて、70重量部のメチルアクリレート及び30重量部のメトキシナノエチレングリコールアクリレート(NKエステルAM−90G、新中村化学工業株式会社(Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.))にラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してコポリマーを生成させた。重量平均分子量は、100,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−34.0℃であった。
ポリマー(i)−アクリル酸コポリマー:エチルアセテートと2−ブタノンの混合溶媒(重量比50:50)中にて、50重量部のメチルアクリレート及び50重量部のメトキシトリエチレングリコールアクリレート(ビスコート(Biscoat)−MTG、大阪有機化学工業株式会社(Osaka Organic Chemical Industry Ltd.))にラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してコポリマーを生成させた。重量平均分子量は、490,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−34.0℃であった。
ポリマー(j)−アクリル酸コポリマー:エチルアセテートとトルエンの混合溶媒(重量比50:50)中にて、70重量部のメチルアクリレート及び30重量部のフェノキシエチルアクリレートにラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してコポリマーを生成させた。重量平均分子量は、250,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−9.5℃であった。
ポリマー(k)−アクリル酸コポリマー:メチルエチルケトン中にて、80重量部のメチルアクリレート及び20重量部のフェノキシテトラエチレングリコールアクリレート(アロニックス(ARONIX)M−102、東亞合成株式会社(Toagosei Co., Ltd.))にラジカル共重合を施した。生成物がシート形態にてコーティングされた後、溶媒を除去してコポリマーを生成させた。重量平均分子量は、360,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−5.0℃であった。
ポリマー(l)−ポリ−MA(ポリメチルアクリレート):エチルアセテート中にてメチルアクリレートにラジカル重合を施し、次に生成物をシート形態にコーティングした。次に、溶媒を除去して、ポリマーを生成した。重量平均分子量は、250,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、12.0℃であった。
ポリマー(m)−ポリ−nBA(ポリーn−ブチルアクリレート):エチルアセテート中にてn−ブチルアクリレートにラジカル重合を施し、次に生成物をシート形態にコーティングした。次に、溶媒を除去して、ポリマーを生成した。重量平均分子量は、400,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−54.0℃であった。
ポリマー(n)−MA−オリゴマー(メチルアクリレートオリゴマー):UMM−1001(綜研化学株式会社(The Soken Chemical & Engineering Co., Ltd.))を購入したままの状態で使用した。重量平均分子量は、綜研化学株式会社(Soken Chemical & Engineering)によれば約1,000グラム/モルとして記載された。
ポリマー(o)−ポリ−EA(ポリエチルアクリレート):エチルアセテート及びトルエン(重量比50:50)の混合溶媒中にて、エチルアクリレートをラジカル重合させた。次いで、生成物をシート形態にてコーティングした。次に、溶媒を除去して、ポリマーを生成した。重量平均分子量は、310,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−18.0℃であった。
ポリマー(p)−ポリ−MEA(ポリメトキシエチルアクリレート):メトキシエチルアクリレートは、エチルアセテート中でラジカル重合した。次いで、生成物をシート形態にてコーティングした。次に、溶媒を除去して、ポリマーを生成した。重量平均分子量は、480,000グラム/モルであり、かつガラス転移温度は、−40.5℃であった。
フィルムAは、40μmの厚みを有する熱融着可能なポリエチレンフィルム(生産日本社(Seisan Nipponsha, Ltd.))であった。
フィルムBは、63.5μmの厚みを有する熱融着可能なエチレン−ビニルアセテートフィルム(コンソリデーテッド・サーモプラスチック社(Consolidated Thermoplastics Co.))であった。
フィルムCは、35μmの厚みを有する熱融着可能な2軸延伸ポリ乳酸フィルム(パルグリーン、ソセロ社(Palgreen, Thocello Co.))であった。
フィルムDは、75μmの厚みを有する熱融着可能な2層積層ポリ乳酸フィルムであった。前記フィルムは、35μmの厚みを有する2軸延伸ポリ乳酸フィルム(パルグリーン、ソセロ社(Palgreen, Thocello Co.))及び40μmの厚みを有する非晶質ポリ乳酸フィルムの押出非延伸フィルム(H280、三井化学株式会社(Mitsui Chemicals))を積層することによって製造した。
フィルムEは、37μmの厚みを有する熱融着可能なポリ乳酸フィルムであった。前記フィルムは、熱融着剤、ポリ乳酸樹脂(バイオテック・カラー・HS PL−1、大日精化工業株式会社(Dainichi Seika Kogyo))を、2μmの厚みにて、35μmの厚みを有する2軸延伸ポリ乳酸フィルム上にコーティングすることにより製造した。
フィルムFは、40μmの厚みを有する3層同時押出2軸延伸ポリ乳酸フィルム(エヴロン(EVLON)(登録商標)EV−HS1、Bi−Axインターナショナル社(Bi-Ax International Co.))であり、それは、熱融着されたポリ乳酸の表面層を両面に持つ結晶性ポリ乳酸フィルムのコア層を含む。
フィルムGは、40μmの厚みを有する非晶質ポリ乳酸フィルムの押出非延伸フィルム(H280、三井化学株式会社(Mitsui Chemicals))であった。
フィルムHは、40μmの厚みを有する結晶性ポリ乳酸の押出非延伸フィルム(H400、三井化学株式会社(Mitsui Chemicals))であった。
フィルムIは、40μmの厚みを有する3層同時押出2軸延伸ポリ乳酸フィルムであり、それは、非晶質ポリ乳酸フィルム(H280、三井化学株式会社(Mitsui Chemicals))の表面層を両面に持つ結晶性ポリ乳酸フィルム(H400、三井化学株式会社(Mitsui Chemicals))のコア層を含む。
モノマー混合物1は、69.8重量部のメチルアクリレート、30重量部のメトキシノナエチレングリコールアクリレート(NKエステルAM−90G、新中村化学工業株式会社(Shin-nakamura Chemical Co.))、0.2重量部のグリシジルメタクリレート(ブレンマー(Blenmer)G、日油(旧日本油脂株式会社)(Nippon Yushi))、0.3重量部の2−エチルヘキシルチオグリコレート(連鎖移動剤として)、及び0.05重量部のイルガキュア(Irgacure)651(UVラジカル反応開始剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社(Ciba Specialty Chemicals))として)を組み合わせて、(メタ)クリレートモノマー溶液を調製することにより製造した。使用前に、得られたモノマー溶液を窒素で10分間泡立てた。
モノマー混合物2は、69.8重量部のメチルアクリレート、30重量部のメトキシノナエチレングリコールアクリレート(NKエステルAM−90G、新中村化学工業株式会社(Shin-nakamura Chemical Co.))、0.2重量部のグリシジルメタクリレート(ブレンマー(Blenmer)G、日油(旧日本油脂株式会社)(Nippon Yushi))、0.23重量部の2−エチルヘキシルチオグリコレート(連鎖移動剤として)、及び0.1重量部のイルガキュア(Irgacure)651(UVラジカル反応開始剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社(Ciba Specialty Chemicals))として)を組み合わせて、モノマー混合物を調製することにより製造した。
比較例1(C1)
ポリマー(a)を220℃にて5分間、ミニ・マックス・モールダー(MINI MAX MOLDER)混練機(カスタム・サイエンティフィック・インスツルメント社(Custom Scientific Instrument Inc.))で溶融混練した。混練生成物を、200℃で加熱圧搾して、約100μmの厚みを有する樹脂フィルムを得た。処方を表1に示す。
サンプルは樹脂フィルムから調製し、ヤング率、上降伏応力、及びサンプル破壊点伸長率を上記の通り測定した。測定結果は、表2及び表4に示す。上記のように、粘着試験もまた樹脂フィルム上にて実施し、結果は表2及び表4に示す。
比較例2〜10(C2〜C10)
ポリマー類(a)、(l)、(m)、及び(n)を異なる量で使用したという点を除いて、比較例1のプロセスを繰り返した。処方を表1に示す。
ヤング率、上降伏応力、及びサンプルの破壊点伸長率を上記の通り測定した。粘着試験もまた、すべてのサンプルで実施した。これらの試験の結果を下表2に示す。
(実施例1〜8)
ポリマー類(a)、(b)、(g)、(h)及び(i)を異なる量で使用したという点を除いて、比較例1のプロセスを繰り返した。処方を表1に示す。
ヤング率、上降伏応力、及びサンプル破壊点伸長率を上記の通り測定した。粘着試験もまた、すべてのサンプルで実施した。これらの試験の結果を下表2に示す。
表1において、実施例番号は、上記で与えられた処方を指し、ポリマー類は上記「材料」の箇所で掲載されたものを意味し、かつポリマー類の量は、重量部にて提供される。
Figure 2009532529
Figure 2009532529
ポリマー(g)、(h)、(i)及び(l)並びにポリマー(a)(実施例1〜8並びに比較例3〜7及び10)をブレンドすることにより調製されるPLA含有樹脂組成物類は、ポリマー(a)を100パーセント有する組成物(比較例1)と比較した。(メタ)クリル酸コポリマーは、可撓性を付与することができるポリマー可塑剤として機能する。また逆に、ポリマー(m)をポリマー(a)とブレンドすることにより調製されるPLA含有樹脂組成物(比較例8)は、2つのガラス転移温度を有する。2つのTgは、ポリマー(a)のTgが低下したものでもなければ、ポリマー(m)のTgが上昇したものでもない。このことは、本樹脂組成物が2つの構成成分へと完全に相分離していることを示している。また、本樹脂組成物は、ポリマー(m)の表面へのブリードアウトから見られるように、安定した相分離構造を有していない。
ポリマー(g)、(h)または(i)及びポリマー(a)をブレンドすることにより調製されたPLA含有樹脂組成物類を、ポリマー(a)を100パーセント有する組成物と比較した場合、破断点伸び率が、ブレンドした組成物類の場合に増大することがわかる。
ポリマー(l)とポリマー(a)とをブレンドすることにより調製したPLA含有樹脂組成物類(比較例3〜7)は、40:60(ポリマー(a):ポリマー(l))の比率である場合以外は、ポリマー(a)が100パーセントである組成物と比較して、伸長特性が向上しなかった。
オリゴマー(n)をポリマー(a)と共にブレンドすることにより調製したPLA含有樹脂組成物類(比較例9及び10)は、粘着を直ちには示さなかったが、フィルムの経年により、室温で相分離が生じた。それによって、相分離が粘着を生じた。
比較例11及び12(C11及びC12)
ポリマー(a)、(o)、及び(p)を異なる量で利用したという点を除いて、比較例1のプロセスを繰り返した。処方を表3に示す。
ヤング率、上降伏応力、及びサンプルの破壊点伸長率を上記の通り測定した。粘着試験もまた、すべてのサンプルで実施した。これらの試験の結果を下表4に示す。
(実施例9〜17)
ポリマー類(a)、(c)、(d)、(e)、(f)、(j)及び(k)を異なる量で利用したという点を除いて、比較例1のプロセスを繰り返した。処方を表3に示す。
ヤング率、上降伏応力、及びサンプルの破壊点伸長率を上記の通り測定した。粘着試験もまた、すべてのサンプルで実施した。これらの試験の結果を下表4に示す。
表3において、実施例番号は、上記で与えられた処方を指し、ポリマー類は上記「材料」の箇所で掲載されたものを意味し、かつポリマー類の量は、重量部にて提供される。
Figure 2009532529
Figure 2009532529
ポリマー(c)、(d)、(e)、(f)、(j)または(k)及びポリマー(a)を包含するPLA含有樹脂組成物類(実施例9〜17)のヤング率、上降伏応力、及び破壊点伸長率を、ポリマー(a)が100パーセントの樹脂組成物と比較することによって、可撓性が増加したことがわかる。
また逆に、ポリマー(o)または(p)及びポリマー(a)を包含するPLA含有樹脂組成物類(比較例11及び12)のガラス転移温度は低下し、これらの樹脂組成物類が2つの構成成分へと完全に相分離することが明らかとなった。また、本組成物中の相分離構造は安定でなく、表面への(メタ)クリル酸コポリマーのブリードアウトを引き起こす。比較例11及び12はまた、ポリマー(a)を100パーセント有する組成物から、破断点伸び率が向上していないことを示す。
(実施例18〜26)
ポーチは、フィルムA〜Iから成る、長さ5cm及び幅10cmを有する長方形部品を準備することにより作製した。各包装用フィルムを半分に折り畳んで、フィルムの熱融着側が内側になるようにした(特定のフィルムが、熱融着層を有する場合)。フィルムの側端及び下端を、インパルスヒーター内で熱融着して、長方形の小さな容器(長さ5cm×幅5cm)を得た。次に、上記の如く調製したモノマー混合物1の10グラムを、各容器に加えた。次に、容器上端を熱融着して、モノマー混合物1を収容するポーチを作製した。熱融着温度は、フィルムA、B、G、H及びIについては90℃であり、フィルムC、D、E及びFについては110℃であった。
上記で作製した各ポーチを、湯せん底部に浸漬し、約10〜15℃に保ち、ポーチ当たり、約1.0mW/cmの強度で10分間、紫外線を照射した。紫外線は、放出される放射線の約90パーセントが、ピークが351nmで300〜400nmの波長を持つ市販のUVランプから放射した。
ポリマーが生成されたかどうかを確認するために、生成された重合生成物の固有粘度(IV)を上述のようにして決定した。それらの結果を下表5に示す。
Figure 2009532529
フィルムA〜F及びIは熱融着可能であり、かつ得られたポリマー生成物類は、0.61〜0.73デシリットル/グラムの範囲にて、安定した固有粘度を示した。また逆に、フィルムG及びHは、(メタ)クリレートモノマーの漏れを示した。
(実施例27)
ポーチは、長さ4.5cm及び幅26.6cmの矩形をフィルムFから形成することによって作製した。フィルムを半分に折り畳んで、フィルムの熱融着側が内側になるようにした。フィルムの側端及び下端を、熱融着して、長方形の小さな容器(長さ4.5cm×幅13.3cm)を得た。その後、24gのモノマー混合物2を容器に加え、続いて、容器上端を熱融着して、ポーチを作製した。
約10〜15℃に保たれた湯せん底部に、ポーチを浸漬し、ポーチ当たり、約4.55mW/cmの強度で13分間、紫外線を照射した。紫外線は、放出される放射線の約90パーセントが、ピークが351nmで300〜400nmの波長を持つ市販のUVランプから放射した。重合生成物をポーチから分離し、上記の通り生成物の固有粘度を決定した。固有粘度は、0.74デシリットル/グラムであった。
(実施例28〜32)
(メタ)クリル酸コポリマーは、実施例26の方法及びモノマー混合物1を使用して調製した。本実施例の包装用フィルムはフィルムAであり、得られた(メタ)クリル酸コポリマーから剥離しかつ除去した。次に、(メタ)クリル酸コポリマー(包装用フィルムなし)を、別個に調製した結晶性ポリ乳酸(LACEA(登録商標)H−280、三井化学株式会社(Mitsui Chemicals))の樹脂と、そして異なった包装用フィルムと様々な量で混ぜ合わせた(すべての構成成分の量と内容は、表6にて見出すことができる)。
構成成分は、ミニ・マックス・モールダー(MINI MAX MOLDER)混練機(カスタム・サイエンティフィック・インスツルメント社(Custom Scientific Instrument Inc.))内にて、10分間220℃にて溶融混練した。次に、混練生成物を25μmの厚みを有するポリイミドフィルム(宇部興産株式会社(UBE INDUSTRIES, Ltd.))の2枚のシート間に挟んで、200℃で加熱圧搾した。各種厚みのフィルム(表6)を得た。上記の通り、ヘイズ値を測定し、表6にて報告する。
(実施例33)
(メタ)クリル酸コポリマーは、実施例27に記載されている方法及びモノマー混合物2を使用して調製した。70重量部の別個に調製されたポリ乳酸樹脂(4032−D、ネイチャー・ワークス(Nature Works))を25mmの直径を有する2軸押出成形機(ヴェルナー&フライデラー(Werner & Pfleiderer))に加え、かつ包装用フィルム(フィルムF)を含む上記(メタ)クリル酸コポリマーをそこへ追加した。材料を230℃にて6分間、2軸押し出し機内で混練した。その後、得られた生成物をペレットに形成した。ペレットを25μmポリイミドフィルム(宇部興産株式会社(UBE INDUSTRIES, Ltd.))の2枚のシート間に挟んで、200℃で加熱圧搾した。約100μmの厚みを有するPLA含有樹脂のフィルムを得た。樹脂フィルムのヘイズ値(パーセント)は、上記のようにして決定し、表6にて報告する。
PLA(H280)、(メタ)クリル酸コポリマー、及び包装用フィルムの量は、重量部にて表される。包装用フィルムの同一性は、上記「材料」の箇所にて見出すことができる。
Figure 2009532529
実施例28〜33のPLA含有樹脂フィルム類はすべて、包装用フィルムが除去されたPLA含有樹脂フィルム類(比較例13及び14)のそれに相当するヘイズ値を有する。
また逆に、PLA系包装用フィルム(比較例15及び16)に代えて、オレフィン系包装用フィルムを溶融混練することにより製造されたPLA含有樹脂フィルム類は、低い透明性(顕著に増大したヘイズ値)を有する。これは、包装用フィルムと(メタ)クリル酸コポリマーとの間に非相溶性系が生成され、それによっていわゆる「海の中の島」構造が生じ、ここでオレフィン系樹脂の島を、PLA含有樹脂のマトリックス内に分散することができ、可視光の散乱を引き起こすからである。

Claims (13)

  1. ポリ乳酸、及び
    30,000を超える分子量を有する(メタ)クリル酸コポリマーを含む、ポリ乳酸含有樹脂組成物であって、
    前記(メタ)クリル酸コポリマーが、
    メチル(メタ)クリレート(i)、及び、
    前記メチル(メタ)クリレート(i)ではなく、そして化学式(I)、(II)、または(III)によって表すことができる、少なくとも1つの(メタ)クリル酸エステル(ii)、
    CH=C(R)−COO−R (I)
    CH=C(R)−COO−(CHCHO)−R (II)
    CH=C(R)−COO−(CHCHO)−Ph (III)
    (式中、
    は、−Hまたは−CHであり、
    は、C〜C14アルキルであり、
    は、−CHまたは−CHCHであり、
    Phは、−Cであり、
    m及びnは、各々独立して1以上の整数である)、
    を含むモノマー混合物の反応生成物を含む、ポリ乳酸含有樹脂組成物。
  2. 前記ポリ乳酸及び前記(メタ)クリル酸コポリマーが、混和性かつ単相系のブレンドを構成する、請求項1に記載のポリ乳酸含有樹脂組成物。
  3. 前記(メタ)クリル酸エステル(ii)が、化学式(II)の化合物であり、式中、mが3以上の整数である、請求項2に記載のポリ乳酸含有樹脂組成物。
  4. 前記ポリ乳酸及び前記(メタ)クリル酸コポリマーが、部分的に混和性かつ相分離系のブレンドを構成する、請求項1に記載のポリ乳酸含有樹脂組成物。
  5. 前記(メタ)クリル酸エステル(ii)が、化学式(I)、(II)、または(III)の化合物であり、式中、m及びnが各々独立して1〜3の整数である、請求項4に記載のポリ乳酸含有樹脂組成物。
  6. 前記メチル(メタ)クリレート(i)及び前記(メタ)クリル酸エステル(ii)が、前記(メタ)クリル酸コポリマー中において、95:5〜30:70(メチル(メタ)クリレート(i):(メタ)クリル酸エステル(ii))の重量比でブレンドされる、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリ乳酸含有樹脂組成物。
  7. 前記ポリ乳酸含有樹脂組成物を、請求項1〜6のいずれか一項に従ってシート形態に加工することにより得られる、ポリ乳酸含有樹脂フィルム。
  8. 前記ポリ乳酸含有樹脂組成物を、請求項1〜6のいずれか一項に従って繊維形態に加工することにより得られる、ポリ乳酸含有樹脂繊維。
  9. 前記(メタ)クリル酸コポリマーが、
    (a)透過性エネルギーへの暴露による重合で前記(メタ)クリル酸コポリマーを生成することができるモノマー混合物と、
    前記モノマー混合物は、メチル(メタ)クリレート(i)と、少なくとも1つの(メ
    タ)クリル酸エステル(ii)とを含む、
    (b)前記モノマー混合物を包装するための包装用フィルムと、
    前記包装用フィルムは、主要成分としてポリ乳酸を含み、前記包装用フィルムは、前
    記透過性エネルギーに少なくとも実質的に透過性である、
    を組み合わせること、そして、
    前記モノマー混合物と包装用フィルムとの組み合わせを、透過性エネルギーに曝し、それによって、前記モノマー混合物の重合により、前記(メタ)クリル酸コポリマーを生成させること、
    の工程により調製される、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリ乳酸含有樹脂組成物の製造方法。
  10. 前記モノマー混合物と前記包装用フィルムとの組み合わせが、
    前記包装用フィルムで、前記モノマー混合物を完全に取り囲むこと、
    前記包装用フィルムで、前記モノマー混合物を実質的に取り囲むこと、
    前記包装用フィルムの表面上に前記モノマー混合物を提供すること、または
    2枚の前記包装用フィルムの間に、前記モノマー混合物を配置すること、
    によって行われる、請求項9に記載の方法。
  11. 前記包装用フィルムが、結晶性ポリ乳酸の2軸延伸フィルム、または結晶性ポリ乳酸の2軸延伸フィルムと、該フィルムの片面または両面上に適用された非晶質ポリ乳酸のフィルムとを含む2層もしくは3層のフィルムである、請求項9または10に記載の方法。
  12. 前記ポリ乳酸と前記(メタ)クリル酸コポリマーとを、前記包装用フィルムを除去することなく、溶融混練することを更に含む、請求項9〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 透明なポリ乳酸含有樹脂組成物が得られる、請求項9〜12のいずれか一項に記載の製造方法。
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