JP2013252694A - Method and device for manufacturing stereocomplex polylactic acid molded article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリ乳酸の光学異性体を用いてステレオコンプレックスポリ乳酸成形品を製造するステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法及びそれに用いる製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product that uses a polylactic acid optical isomer to produce a stereocomplex polylactic acid molded product, and a production apparatus used therefor.
環境調和性プラスチックであるポリ乳酸(PLA)には、L体であるポリ−L−乳酸(以下「PLLA」と記すこともある)とD体であるポリ−D−乳酸(以下「PDLA」と記すこともある)の二種の光学異性体が存在し、原料天然物がL体のPLLAが主に汎用プラスチックとして実用化が進んでいる。更なる広範な用途に対応すべくエンジニアリングプラスチック用途への展開が要請されている。このためには、PLAの耐熱性及び弾性の向上が課題である。この解決策として、PLLAとPDLAのラセミ結晶であるステレオコンプレックスポリ乳酸が注目されている。ステレオコンプレックスポリ乳酸が効率的に生産できればポリ乳酸の品質がエンジニアリングプラスチック級に到達し、広範な範囲で構造基材として利用が可能となる。 Polylactic acid (PLA), which is an environmentally friendly plastic, includes L-form poly-L-lactic acid (hereinafter sometimes referred to as “PLLA”) and D-form poly-D-lactic acid (hereinafter referred to as “PDLA”). There are two types of optical isomers), and the natural product L-type PLLA is being put to practical use mainly as a general-purpose plastic. Development to engineering plastics is required to meet a wider range of applications. For this purpose, improvement of the heat resistance and elasticity of PLA is a problem. As a solution, stereocomplex polylactic acid, which is a racemic crystal of PLLA and PDLA, has attracted attention. If stereocomplex polylactic acid can be produced efficiently, the quality of polylactic acid reaches the engineering plastic grade, and it can be used as a structural substrate in a wide range.
実験室レベルではキャスト法、溶融法によりステレオコンプレックスポリ乳酸が得られているが、工業的な生産方法としての連続押出成形での高効率なステレオコンプレックスポリ乳酸の発現は、未だ確立されていない。高配向繊維や高配向性フィルムなどの製品形態に応じた後配向プロセスを加えた汎用性の低い成形プロセスが提案されているに過ぎない。しかも、成形中の熱分解による分子量低下および着色、エステル交換反応によるラセミシーケンスの増加と結晶性の低下、及び再現性の低い生産プロセスなどの問題が未解決である。以下、PLLAとPDLAとからステレオコンプレックスポリ乳酸を製造するための先行技術について説明する。 At the laboratory level, stereocomplex polylactic acid has been obtained by the casting method and the melting method, but the expression of highly efficient stereocomplex polylactic acid in continuous extrusion as an industrial production method has not been established yet. Only a molding process with low versatility has been proposed in which a post-orientation process is added according to the product form such as highly oriented fibers and highly oriented films. In addition, problems such as molecular weight reduction and coloration due to thermal decomposition during molding, increase in racemic sequence and crystallinity due to transesterification, and production process with low reproducibility are unsolved. The prior art for producing stereocomplex polylactic acid from PLLA and PDLA will be described below.
成形品の品質確保にはステレオコンプレックスポリ乳酸は分子量10万以上が必要である。PLLAとPDLAとを溶液状態で混合することにより、ステレオコンプレックスポリ乳酸が形成されることが知られているが、溶液状態から析出させる必要があり生産性に問題がある。また、この方法ではフィルム状の成形品に限定され、連続的な加工でないことなどから、コストパフォーマンスも悪い。そこで、工業的生産方法として加熱混練法が検討されている。 In order to ensure the quality of the molded product, the stereocomplex polylactic acid needs to have a molecular weight of 100,000 or more. Although it is known that stereocomplex polylactic acid is formed by mixing PLLA and PDLA in a solution state, there is a problem in productivity because it needs to be precipitated from the solution state. In addition, this method is limited to a film-like molded article, and is not a continuous process. Therefore, a heat kneading method has been studied as an industrial production method.
特許文献1には、PLLAとPDLAとを混合し、270〜300℃で0.2〜60分熱処理することによりステレオコンプレックスポリ乳酸を製造することができると記載されている。しかしこのような高温の熱処理時にはエステル交換反応や熱分解が生じ、得られるステレオコンプレックスポリ乳酸成形体は強度や耐湿熱安定性に問題があり、また色相の悪化を抑制できない。 Patent Document 1 describes that stereocomplex polylactic acid can be produced by mixing PLLA and PDLA and performing heat treatment at 270 to 300 ° C. for 0.2 to 60 minutes. However, transesterification and thermal decomposition occur during such high-temperature heat treatment, and the resulting stereocomplex polylactic acid molded product has problems in strength and heat-and-moisture stability, and cannot suppress deterioration in hue.
特許文献2には、透明性、色相、耐湿熱安定性改善のために、PLLAとPDLAとを230〜300℃で溶融混練してポリ乳酸組成物を製造する方法において、溶融混練する際に触媒失活剤およびカルボジイミド化合物をこの順に添加する製造方法が開示されている。しかし尚、色相の悪化と悪臭が生じるという課題がある。 Patent Document 2 discloses a method for producing a polylactic acid composition by melt-kneading PLLA and PDLA at 230 to 300 ° C. in order to improve transparency, hue, and moist heat resistance. A production method in which a quencher and a carbodiimide compound are added in this order is disclosed. However, there is still a problem that the hue deteriorates and a bad odor occurs.
特許文献3には、色相、耐加水分解性改善のため溶融混練の際に脂肪酸の脂肪族アミド及びリン酸エステル金属塩を添加する方法が開示されている。しかし高温成形時の熱分解による分子量低下、着色、生産安定性に課題が残っている。 Patent Document 3 discloses a method of adding an aliphatic amide of a fatty acid and a phosphoric acid ester metal salt at the time of melt-kneading in order to improve hue and hydrolysis resistance. However, problems remain in molecular weight reduction, coloration, and production stability due to thermal decomposition during high temperature molding.
特許文献4には、ステレオコンプレックスポリ乳酸からなるフィルムの製造方法が開示されているが、この方法はフィルム成形に特定されており、更に、延伸による配向結晶化を要するという問題がある。 Patent Document 4 discloses a method for producing a film made of stereocomplex polylactic acid. However, this method is specified for film forming and further requires orientation crystallization by stretching.
特許文献5、6には、ステレオコンプレックス体の射出成型品を製造するにおいて、結晶核剤等の分散性及び結晶化速度を高める観点から、核剤を予め分散するため、工程(1)ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸と核剤とを超臨界流体の存在下混練して核剤を分散させ、工程(2)射出成型機にて金型に注入し成形することが記載されている。 In Patent Documents 5 and 6, in producing an injection molded product of a stereocomplex body, in order to disperse the nucleating agent in advance from the viewpoint of increasing the dispersibility of the crystal nucleating agent and the crystallization speed, the process (1) poly- It describes that L-lactic acid, poly-D-lactic acid and a nucleating agent are kneaded in the presence of a supercritical fluid to disperse the nucleating agent, and then injected into a mold with an injection molding machine (2). Yes.
しかしながら実施例には核剤とポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを230℃で高温下溶融混練し、ペレットを得て、得られたペレットを射出成型機中で超(亜)臨界状態の二酸化炭素の存在下接触させ、金型に射出することが記載されているに過ぎない。
又、明細書の記載によれば、射出成型品中にガスが残留するため、ポリ乳酸樹脂射出成形体の発泡倍率を低く抑える方法としては、得られる射出成形体の形状を薄肉に設計したり、射出速度を上げたり、或いは、射出成型金型内を超臨界流体の超臨界状態を保つために予め窒素ガスなどの気体で超臨界流体の臨界圧力以上に加圧しておくことが必要であり、無発泡の射出成型品を得るためには、製品形状に制限があったり、金型内を高圧に保つために特殊で複雑な装置を要するという問題がある。
However, in the examples, a nucleating agent, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are melt-kneaded at 230 ° C. at a high temperature to obtain pellets, and the obtained pellets are super (sub) critical in an injection molding machine. It is only described that they are brought into contact in the presence of carbon dioxide in a state and injected into a mold.
In addition, according to the description of the specification, since gas remains in the injection molded product, as a method of suppressing the expansion ratio of the polylactic acid resin injection molded product, the shape of the resulting injection molded product can be designed to be thin. In order to increase the injection speed or to maintain the supercritical state of the supercritical fluid in the injection mold, it is necessary to pressurize with a gas such as nitrogen gas above the critical pressure of the supercritical fluid in advance. In order to obtain a non-foamed injection-molded product, there is a problem that the shape of the product is limited or a special and complicated device is required to keep the inside of the mold at a high pressure.
このように、上記従来技術では、高温成形時による熱分解や着色、成形加工法が限定され後配向結晶化を要するなどという問題があり、かつ射出成形においても、製品形状に制約があったりし、射出金型内の圧力を高圧に保持する装置が必要であるという問題があった。
そこで、熱分解による色相変化が小さく、簡易な、ステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法及び製造装置が要望されていた。
As described above, the prior art has a problem that the thermal decomposition and coloring at the time of high-temperature molding, the molding method is limited, and post-oriented crystallization is required, and the product shape is also limited in the injection molding. There is a problem that an apparatus for maintaining the pressure in the injection mold at a high pressure is required.
Thus, there has been a demand for a simple method and apparatus for producing a stereocomplex polylactic acid molded product that has a small hue change due to thermal decomposition.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、色相変化が小さく、かつ生産性に優れ、簡易なステレオコンプレックスポリ乳酸の成形品の製造方法及び製造装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to provide a method for manufacturing a simple molded product of stereocomplex polylactic acid with a small hue change and excellent productivity. It is to be.
請求項1に記載のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法は、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを押出機に供給し、樹脂可塑化ガスを亜臨界または超臨界状態で前記押出機中の前記ポリ乳酸に圧入して前記樹脂可塑化ガスの存在下ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを混練し、生成したステレオコンプレックスポリ乳酸から前記押出機に設けられたベント口より前記樹脂可塑化ガスを脱ガスし、前記押出機に取り付けた金型で押出成形して押出成形品を製造することを特徴とするステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法である。 The method for producing a stereocomplex polylactic acid molded article according to claim 1, wherein poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are supplied to an extruder, and the resin plasticizing gas is extruded in a subcritical or supercritical state. A vent port provided in the extruder from the stereocomplex polylactic acid produced by press-fitting into the polylactic acid in the machine and kneading poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid in the presence of the resin plasticizing gas. Further, the present invention is a method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product, wherein the resin plasticized gas is further degassed and extruded by a mold attached to the extruder to produce an extruded product.
請求項2記載のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法は、請求項1記載のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法において、押出機中でポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを前記ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の融点以上の温度で溶融混練し、溶融混合物に亜臨界または超臨界状態の樹脂可塑化ガスを圧入混練し、樹脂可塑化ガスの存在下混練する部分の樹脂温度が180℃以上220℃未満であり、前記押出機に取り付けた金型の温度が生成したステレオコンプレックスポリ乳酸の融点以下であることを特徴とするステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法である。 The method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product according to claim 2 is the method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product according to claim 1, wherein the poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are mixed in an extruder. A portion in which poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are melted and kneaded at a temperature equal to or higher than the melting point, and a resin plasticizing gas in a subcritical or supercritical state is injected into the molten mixture and kneaded in the presence of the resin plasticizing gas In the method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product, wherein the resin temperature is 180 ° C. or more and less than 220 ° C., and the temperature of the mold attached to the extruder is equal to or lower than the melting point of the generated stereocomplex polylactic acid. is there.
請求項3記載のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法は前記樹脂可塑化ガスが二酸化炭素であることを特徴とする請求項1又は2記載のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法である。 The method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product according to claim 3 is the method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product according to claim 1 or 2, wherein the resin plasticizing gas is carbon dioxide.
請求項4記載のステレオコンプレックスポリ乳酸の押出成形品の製造装置は、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを混合、溶融、混練しステレオコンプレックスポリ乳酸の押出成形品を製造するための製造装置であって、シリンダに、上流側より下流側に向かって順次、原料投入口と、亜臨界または超臨界状態の樹脂可塑化ガスを注入する注入口と、前記溶融混練され生成したステレオコンプレックスポリ乳酸から前記樹脂可塑化ガスを分離除去するためのベント口が設けられている押出機と、前記押出機に取り付けられ前記ステレオコンプレックスポリ乳酸を押出成形するための金型と、樹脂可塑化ガスを亜臨界または超臨界状態で前記押出機に供給するガス供給装置とを有することを特徴とするステレオコンプレックスポリ乳酸の押出成形品の製造装置である。 The stereocomplex polylactic acid extrusion-molded product manufacturing apparatus according to claim 4 is for mixing, melting, and kneading poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid to manufacture a stereocomplex polylactic acid extrusion-molded product. A manufacturing apparatus, in which a raw material charging port, a sub-critical or supercritical resin plasticizing gas are sequentially injected into a cylinder from the upstream side toward the downstream side, and the melt-kneaded and generated stereocomplex An extruder provided with a vent port for separating and removing the resin plasticizing gas from polylactic acid; a mold attached to the extruder for extruding the stereocomplex polylactic acid; and a resin plasticizing gas A stereocomplex polylactic acid characterized by comprising: a gas supply device for supplying a gas to the extruder in a subcritical or supercritical state It is an article of manufacture equipment.
以下、本発明のステレオコンプレックスポリ乳酸の製造方法について詳しく説明する。
本発明におけるポリ−L−乳酸(PLLA)もしくはポリ−D−乳酸(PDLA)とは、下記式で表される高分子をいう。
Hereinafter, the manufacturing method of the stereocomplex polylactic acid of this invention is demonstrated in detail.
In the present invention, poly-L-lactic acid (PLLA) or poly-D-lactic acid (PDLA) refers to a polymer represented by the following formula.
本発明のポリ−L−乳酸は、L―乳酸単位90〜100モル%とD−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜10モル%とにより構成されたポリマーが好適に用いられる。
本発明のポリ−L−乳酸は、好ましくは、L―乳酸単位94〜100モル%とD−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜6モル%とにより構成されたポリマーである。
本発明のポリ−L−乳酸は、より好ましくは、L―乳酸単位99.5〜100モル%とD−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜0.5モル%とにより構成されたポリマーである。
本発明のポリ−L−乳酸は、更に好ましくは、L―乳酸単位99.9〜100モル%とD−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜0.1モル%とにより構成されたポリマーである。
本発明のポリ−L−乳酸は、最も好ましくは、L―乳酸単位99.95〜100モル%とD−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜0.05モル%とにより構成されたポリマーである。
The poly-L-lactic acid of the present invention is preferably a polymer composed of 90 to 100 mol% of L-lactic acid units and 0 to 10 mol% of D-lactic acid units and / or copolymerization component units other than lactic acid. .
The poly-L-lactic acid of the present invention is preferably a polymer composed of 94 to 100 mol% of L-lactic acid units and 0 to 6 mol% of D-lactic acid units and / or copolymer component units other than lactic acid. .
The poly-L-lactic acid of the present invention is more preferably composed of 99.5 to 100 mol% of L-lactic acid units and 0 to 0.5 mol% of D-lactic acid units and / or copolymer component units other than lactic acid. Polymer.
The poly-L-lactic acid of the present invention is more preferably composed of 99.9 to 100 mol% of L-lactic acid units and 0 to 0.1 mol% of D-lactic acid units and / or copolymer component units other than lactic acid. Polymer.
The poly-L-lactic acid of the present invention is most preferably composed of 99.95 to 100 mol% of L-lactic acid units and 0 to 0.05 mol% of D-lactic acid units and / or copolymer component units other than lactic acid. Polymer.
本発明のポリ−D−乳酸は、D―乳酸単位90〜100モル%とL−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜10モル%とにより構成されたポリマーが好適に用いられる。
本発明のポリ−D−乳酸は、好ましくは、D―乳酸単位94〜100モル%とL−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜6モル%とにより構成されたポリマーである。
本発明のポリ−D−乳酸は、より好ましくは、D―乳酸単位99.5〜100モル%とL−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜0.5モル%とにより構成されたポリマーである。
本発明のポリ−D−乳酸は、更に好ましくは、D―乳酸単位99.9〜100モル%とL−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜0.1モル%とにより構成されたポリマーである。
本発明のポリ−D−乳酸は、最も好ましくは、D―乳酸単位99.95〜100モル%とL−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜0.05モル%とにより構成されたポリマーである。
The poly-D-lactic acid of the present invention is preferably a polymer composed of 90 to 100 mol% of D-lactic acid units and 0 to 10 mol% of L-lactic acid units and / or copolymerization component units other than lactic acid. .
The poly-D-lactic acid of the present invention is preferably a polymer composed of 94 to 100 mol% of D-lactic acid units and 0 to 6 mol% of L-lactic acid units and / or copolymer component units other than lactic acid. .
The poly-D-lactic acid of the present invention is more preferably composed of 99.5 to 100 mol% of D-lactic acid units and 0 to 0.5 mol% of L-lactic acid units and / or copolymerization component units other than lactic acid. Polymer.
The poly-D-lactic acid of the present invention is more preferably composed of 99.9 to 100 mol% of D-lactic acid units and 0 to 0.1 mol% of L-lactic acid units and / or copolymer component units other than lactic acid. Polymer.
The poly-D-lactic acid of the present invention is most preferably composed of 99.95 to 100 mol% of D-lactic acid units and 0 to 0.05 mol% of L-lactic acid units and / or copolymer component units other than lactic acid. Polymer.
光学純度とは、全乳酸単位中主たる光学異性の乳酸単位の比率を示す。本発明のポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸の光学純度は90%以上が好ましく、より好ましくは94%以上であり、更に好ましくは99.5%以上であり、更に好ましくはが99.5%以上であり、更に好ましくは99.95%以上である。 Optical purity refers to the ratio of lactic acid units of the main optical isomerism in all lactic acid units. The optical purity of the poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid of the present invention is preferably 90% or higher, more preferably 94% or higher, still more preferably 99.5% or higher, still more preferably 99. It is 5% or more, more preferably 99.95% or more.
上記共重合成分単位は、2個以上のエステル結合形成可能な官能基を持つジカルボン酸、多価アルコール、ヒドロキシカルボン酸、ラクトン等由来の単位およびこれら種々の構成成分からなる各種ポリエステル、各種ポリエーテル、各種ポリカーボネート等由来の単位を単独、もしくは混合して使用される。 The copolymer component unit includes units derived from dicarboxylic acid, polyhydric alcohol, hydroxycarboxylic acid, lactone, etc. having functional groups capable of forming two or more ester bonds, and various polyesters and various polyethers composed of these various components. In addition, units derived from various polycarbonates and the like are used alone or in combination.
上記ジカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸等が挙げられる。多価アルコールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、グリセリン、ソルビタン、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、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の脂肪族多価アルコール等あるいはビスフェノールにエチレンオキシドが付加させたものなどの芳香族多価アルコール等が挙げられる。ヒドロキシカルボン酸として、グリコール酸、ヒドロキシブチルカルボン酸等が挙げられる。ラクトンとしては、グリコリド、ε−カプロラクトングリコリド、ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、δ−ブチロラクトン、β−またはγ−ブチロラクトン、ピバロラクトン、δ−バレロラクトン等が挙げられる。 Examples of the dicarboxylic acid include succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, terephthalic acid, and isophthalic acid. Examples of polyhydric alcohols include aliphatic polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, pentanediol, hexanediol, octanediol, glycerin, sorbitan, neopentyl glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, and polypropylene glycol. Or aromatic polyhydric alcohol etc., such as what added ethylene oxide to bisphenol, etc. are mentioned. Examples of the hydroxycarboxylic acid include glycolic acid and hydroxybutylcarboxylic acid. Examples of the lactone include glycolide, ε-caprolactone glycolide, ε-caprolactone, β-propiolactone, δ-butyrolactone, β- or γ-butyrolactone, pivalolactone, δ-valerolactone, and the like.
本発明に用いるポリ−L−乳酸およびポリ−D−乳酸は、その末端基に各種の末端封止が施されたものを用いてもよい。このような末端封止基としては、アセチル基、エステル基、エーテル基、アミド基、ウレタン基、などを例示することが出来る。 The poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid used in the present invention may be those having various terminal cappings on the terminal groups. Examples of such terminal blocking groups include acetyl groups, ester groups, ether groups, amide groups, urethane groups, and the like.
本発明におけるポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを混合する重量比は、80:20〜20:80である。75:25〜25:75であることが好ましく、さらに好ましくは60:40〜40:60であり、L−乳酸単位とD−乳酸が等量である様に混合することが好ましいため、特に好ましくは、50:50である。 The weight ratio of mixing poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid in the present invention is 80:20 to 20:80. 75:25 to 25:75 is preferable, 60:40 to 40:60 is more preferable, and it is particularly preferable because the L-lactic acid unit and the D-lactic acid are preferably mixed so as to have an equal amount. Is 50:50.
本発明において、ポリ−L−乳酸は(a)L―乳酸単位90〜100モル%とD−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位0〜10モル%とにより構成され、融点が140〜190℃で、重量平均分子量が10万〜50万の結晶性ポリマーAであってもよい。
一方ポリ−D−乳酸は(b)D―乳酸単位90〜100モル%とL−乳酸単位および/または共重合成分単位0〜10モル%とにより構成され、融点が140〜190℃で、重量平均分子量が10万〜50万の結晶性ポリマーBであってもよい。
ポリマーAとポリマーBとは重量比60:40〜40:60の範囲で混合し、特に好ましくは、50:50である。L−乳酸単位とD−乳酸が等量である様に混合することが好ましい。
In the present invention, poly-L-lactic acid is composed of (a) 90 to 100 mol% of L-lactic acid units and 0 to 10 mol% of D-lactic acid units and / or copolymer component units other than lactic acid, and has a melting point of 140. Crystalline polymer A having a weight average molecular weight of 100,000 to 500,000 may be used.
On the other hand, poly-D-lactic acid is composed of (b) 90 to 100 mol% of D-lactic acid units and 0 to 10 mol% of L-lactic acid units and / or copolymer component units. Crystalline polymer B having an average molecular weight of 100,000 to 500,000 may be used.
Polymer A and polymer B are mixed in a weight ratio of 60:40 to 40:60, and particularly preferably 50:50. It is preferable that the L-lactic acid unit and the D-lactic acid are mixed so as to have an equal amount.
結晶性ポリマーAおよびBの融点は制限されないが、通常の用途には、性能と価格のバランスから、共に、140〜200℃、好ましくは150〜185℃、さらに好ましくは175〜185℃である。この範囲であれば、ポリマーAおよびB自身が高い結晶性を有し、高融点で結晶化度の高いステレオコンプレックスポリ乳酸が得られる。
結晶性ポリマーAおよびBの重量平均分子量は共に、10万から50万が好ましい。より好ましくは10万〜30万である。なお、結晶性ポリマーAおよびBの重量平均分子量は溶離液にヘキサフルオロイソプロパノール(1mol%トリフルオロ酢酸ナトリウム塩含有)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による標準ポリメタクリル酸メチル換算の重量平均分子量値である。
The melting points of the crystalline polymers A and B are not limited, but for normal applications, both are 140 to 200 ° C., preferably 150 to 185 ° C., and more preferably 175 to 185 ° C., from the balance of performance and price. Within this range, polymers A and B themselves have high crystallinity, and a stereocomplex polylactic acid having a high melting point and high crystallinity can be obtained.
The weight average molecular weights of the crystalline polymers A and B are preferably 100,000 to 500,000. More preferably, it is 100,000-300,000. The weight average molecular weights of the crystalline polymers A and B are the weight in terms of standard polymethyl methacrylate by gel permeation chromatography (GPC) measurement using hexafluoroisopropanol (containing 1 mol% trifluoroacetic acid sodium salt) as an eluent. Average molecular weight value.
結晶性ポリマーAおよびポリマーBは、樹脂の熱安定性を損ねない範囲で重合に関わる触媒を含有していてもよい。このような触媒としては、各種のスズ化合物、チタン化合物、カルシウム化合物、有機酸類、無機酸類などを上げることが出来、さらに同時にこれらを不活性化する安定剤を共存させていてもよい。 The crystalline polymer A and the polymer B may contain a catalyst involved in polymerization as long as the thermal stability of the resin is not impaired. As such a catalyst, various tin compounds, titanium compounds, calcium compounds, organic acids, inorganic acids, and the like can be raised, and at the same time, a stabilizer that inactivates them may coexist.
ポリ−L−乳酸及びポリ−D−乳酸、並びに結晶性ポリマーA及びポリマーBは、既知の任意のポリ乳酸の重合方法により製造することができ、例えばラクチドの開環重合、乳酸の脱水縮合、およびこれらと固相重合を組み合わせた方法などにより製造することができる。 Poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid, and crystalline polymer A and polymer B can be produced by any known polylactic acid polymerization method, such as ring-opening polymerization of lactide, dehydration condensation of lactic acid, Further, it can be produced by a method combining these and solid phase polymerization.
請求項1に記載のステレオコンプレックスポリ乳酸の製造方法は、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを押出機に供給し、樹脂可塑化ガスを亜臨界または超臨界状態で前記押出機中の前記ポリ乳酸に圧入して前記樹脂可塑化ガスの存在下ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを混練し、生成したステレオコンプレックスポリ乳酸から前記押出機に設けられたベント口より前記樹脂可塑化ガスを脱ガスし、前記押出機に取り付けた金型で押出成形して押出成形品を製造することを特徴とする。
樹脂可塑化ガスの存在下混練することにより、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸がナノオーダーで効率よく可塑化し、ポリ−L−乳酸中のL−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸中のD−乳酸ブロックとを分子レベルで会合させ、ステレオコンプレックスポリ乳酸を生成させることができる。
The method for producing stereocomplex polylactic acid according to claim 1, wherein poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are supplied to an extruder, and a resin plasticizing gas is fed into the extruder in a subcritical or supercritical state. The poly-L-lactic acid and the poly-D-lactic acid are kneaded into the polylactic acid and kneaded with poly-D-lactic acid in the presence of the resin plasticizing gas, and from the generated stereocomplex polylactic acid through the vent port provided in the extruder The resin plasticizing gas is degassed, and extrusion molding is performed with a mold attached to the extruder to produce an extrusion molded product.
By kneading in the presence of a resin plasticizing gas, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are efficiently plasticized in nano order, and the L-lactic acid block in poly-L-lactic acid and in poly-D-lactic acid The D-lactic acid block can be associated at the molecular level to produce stereocomplex polylactic acid.
上記樹脂可塑化ガスの材料としては、たとえば、二酸化炭素、水、窒素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、メタノール、エタノール等が挙げられる。安全性、溶解性等から二酸化炭素が好適に用いられる。 Examples of the material for the resin plasticizing gas include carbon dioxide, water, nitrogen, methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, methanol, and ethanol. Carbon dioxide is preferably used from the viewpoint of safety and solubility.
一般に臨界圧力以下の圧力(亜臨界圧)で、液体を温めてゆくと、一部が蒸気(気体)になって液体と気体が共存する状態すなわち亜臨界状態になる。一方、臨界圧力以上の圧力(超臨界圧)では、この「液体と気体が共存する状態」が見られず、液体に熱を加えてゆくと、臨界温度で全体が蒸気(気体)になる。 In general, when a liquid is warmed at a pressure lower than the critical pressure (subcritical pressure), a part of the liquid becomes vapor (gas) and the liquid and the gas coexist, that is, a subcritical state. On the other hand, at a pressure higher than the critical pressure (supercritical pressure), this “state where the liquid and the gas coexist” is not observed, and when the liquid is heated, the whole becomes a vapor (gas) at the critical temperature.
例えば、二酸化炭素は三重点(−56.6℃、0.52MPa) 以上の温度と圧力条件下では、液体化する。さらに温度と圧力が臨界点(31.1℃、7.4MPa)を超えると超臨界状態となり、気体と液体の特徴を兼ね備えるようになる。 For example, carbon dioxide liquefies under temperature and pressure conditions above the triple point (−56.6 ° C., 0.52 MPa). Further, when the temperature and pressure exceed the critical point (31.1 ° C., 7.4 MPa), a supercritical state is obtained, and the characteristics of gas and liquid are combined.
このようにこれらのガスは、ある圧力下、ある温度以上の亜臨界状態にすることで液体のような密度と溶解性を持ち且つ気体のような拡散性のある臨界流体になる。このような流体を、樹脂に接触させると、特に溶融樹脂中に注入すると、この流体は溶融樹脂によく溶け込み可塑化効果が非常に高まり溶融樹脂の流動性が大幅に向上する。 Thus, these gases become a critical fluid having a density and solubility like a liquid and a diffusibility like a gas by making a subcritical state at a certain temperature or higher under a certain pressure. When such a fluid is brought into contact with the resin, particularly when it is injected into the molten resin, the fluid dissolves well in the molten resin and the plasticizing effect is greatly increased, and the fluidity of the molten resin is greatly improved.
本発明では樹脂可塑化ガスの状態としては亜臨界状態と超臨界状態のいずれの状態を用いても良いが、設備の設計上、運転の容易さから亜臨界状態で用いることが好ましい。
本発明は、樹脂可塑化ガスを超臨界条件又は亜臨界条件にてポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸に作用させることにより、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とをナノオーダーでブレンドして分子レベルで会合させて、ステレオコンプレックスポリ乳酸の生成を図るものである。
In the present invention, the state of the resin plasticizing gas may be either a subcritical state or a supercritical state, but it is preferably used in the subcritical state from the viewpoint of ease of operation in terms of equipment design.
The present invention allows poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid to be nano-ordered by allowing a resin plasticizing gas to act on poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid under supercritical conditions or subcritical conditions. And is made to associate at the molecular level to produce stereocomplex polylactic acid.
本発明において、樹脂可塑化ガスとして、二酸化炭素を用いる場合、亜臨界状態とは、温度31.1℃以上の状態において、圧力が1.0MPa以上〜7.4MPa未満、超臨界状態とは、温度31.1℃以上の状態において、圧力が7.4MPa以上を指すものとする。 In the present invention, when carbon dioxide is used as the resin plasticizing gas, the subcritical state is a state where the temperature is 31.1 ° C. or higher, the pressure is 1.0 MPa or more to less than 7.4 MPa, and the supercritical state is In a state where the temperature is 31.1 ° C. or higher, the pressure is 7.4 MPa or higher.
上記樹脂可塑化ガスの使用量は、限定されないが、好ましくはポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の合計量に対し、樹脂可塑化ガスが3〜20重量%、より好ましくは、5〜10重量%である。 The amount of the resin plasticizing gas used is not limited, but the resin plasticizing gas is preferably 3 to 20% by weight, more preferably 5 to 5%, based on the total amount of poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid. 10% by weight.
ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを樹脂可塑化ガスの存在下混練する際の温度は、混練が可能である温度であれば限定されないが、工業的には150〜250℃が好ましく、180〜220℃がより好ましく、更に好ましくは190〜210℃である。温度が低すぎると可塑化、混練の効率が悪く、高すぎると着色や分子量の低下が生じるからである。 The temperature at which the poly-L-lactic acid and the poly-D-lactic acid are kneaded in the presence of the resin plasticizing gas is not limited as long as kneading is possible, but industrially preferably 150 to 250 ° C. 180-220 ° C is more preferable, and 190-210 ° C is more preferable. This is because if the temperature is too low, the efficiency of plasticization and kneading is poor, and if it is too high, coloring and molecular weight decrease occur.
樹脂可塑化ガスの注入、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸との混合、混練の順序は、最終的にポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とが、亜臨界または超臨界状態で混練されればよく、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを混合して混練し、混練した樹脂に樹脂可塑化ガスを圧入し混練してもよく、各々の樹脂に樹脂可塑化ガスを注入した後、混練してもよい。
装置の構造上注入は1箇所でする方が注入系がシンプルにでき、また装置に押出機を用いる場合にはスクリューの後部からの樹脂可塑化ガスの漏出を防止できるので、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸が混合され溶融された状態で圧入、混練することが好ましい。
The order of injection of resin plasticizing gas, mixing of poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid, and kneading is such that poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are finally in a subcritical or supercritical state. May be kneaded with poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid, kneaded, and a resin plasticizing gas may be injected into the kneaded resin and kneaded. You may knead | mix after inject | pouring gas.
In terms of the structure of the apparatus, the injection system can be made simpler if injection is performed at one place, and when an extruder is used for the apparatus, leakage of the resin plasticizing gas from the rear part of the screw can be prevented. It is preferable to press-fit and knead in a state in which poly-D-lactic acid is mixed and melted.
上記のポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを樹脂可塑化ガスの存在下超臨界状態又は亜臨界状態で混練する装置としては、高圧が保たれ加温混練でき、又ステレオコンプレックスポリ乳酸形成後に樹脂可塑化ガスを装置内で脱ガスできる、脱ガス装置つきの加温混練機であれば特に限定されないが、樹脂可塑化ガスの脱ガスは例えば所定の温度下攪拌しながら装置に設けた開口部からガスを大気中に放出する、あるいは強制的に減圧脱気すること等により行うことができ、このような装置としては取り扱い性と生産性から、ベント口付きの押出機がよい。押出機の場合、通常金型が取り付けられ、樹脂は何らかの形状に押し出されるため、ステレオコンプレックスポリ乳酸はステレオコンプレックスポリ乳酸の押出成形品として製造されることになる。 As an apparatus for kneading poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid in the supercritical state or subcritical state in the presence of a resin plasticizing gas, high pressure can be maintained and warm kneading can be performed, and stereocomplex polylactic acid can be used. Although it is not particularly limited as long as it is a warming kneader with a degassing device that can degas the resin plasticizing gas in the apparatus after formation, the degassing of the resin plasticizing gas is provided in the apparatus while stirring at a predetermined temperature, for example. This can be done by releasing gas from the opening into the atmosphere or forcibly degassing under reduced pressure. As such an apparatus, an extruder with a vent port is preferable from the viewpoint of handling and productivity. In the case of an extruder, a mold is usually attached and the resin is extruded into a certain shape, so that the stereocomplex polylactic acid is produced as an extruded product of the stereocomplex polylactic acid.
ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを混合、溶融、混練しステレオコンプレックスポリ乳酸の押出成形品を製造するための製造装置としては、シリンダに、上流側より下流側に向かって順次、原料投入口と、亜臨界または超臨界状態の樹脂可塑化ガスを注入する注入口と、前記溶融混練され生成したステレオコンプレックスポリ乳酸から前記樹脂可塑化ガスを分離除去するためのベント口が設けられている押出機と、前記押出機に取り付けられた押出機からの樹脂を押出成形するための金型と、樹脂可塑化ガスを亜臨界または超臨界状態で前記押出機に供給するガス供給装置とを有することを特徴とするステレオコンプレックスポリ乳酸の押出成形品の製造装置が好ましい。押出機であるので当然各区画は温度計測及び温度調整ができるものであることが好ましい。尚、ここにいうステレオコンプレックスポリ乳酸の押出成形品とはフィルム・シート、ストランド、異型押出材等をいう。 As a production apparatus for producing an extruded product of stereocomplex polylactic acid by mixing, melting, and kneading poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid, the cylinder is sequentially moved from the upstream side toward the downstream side, A raw material input port, an injection port for injecting a subcritical or supercritical resin plasticizing gas, and a vent port for separating and removing the resin plasticizing gas from the melted and kneaded stereocomplex polylactic acid are provided. An extruder, a mold for extruding a resin from the extruder attached to the extruder, and a gas supply device for supplying a resin plasticizing gas to the extruder in a subcritical or supercritical state An apparatus for producing an extrusion-molded product of stereocomplex polylactic acid characterized by having: Of course, since it is an extruder, each section is preferably capable of temperature measurement and temperature adjustment. The stereocomplex polylactic acid extrusion molded product here refers to a film / sheet, a strand, a profile extrusion material, and the like.
上記装置内で生成したステレオコンプレックスポリ乳酸から樹脂可塑化ガスの脱ガスは十分行う必要がある。脱ガスしないと、金型からでたステレオコンプレックスポリ乳酸成形品中に樹脂可塑化ガスが閉じ込められたまま残り、成形品中に気泡が残るためである。
更にストランド状の成形品を裁断してペレット化する等することにより、ペレット化したステレオコンプレックスポリ乳酸を用いて射出成形するとやはり射出成型品中に気泡が残る。成形品中に気泡が残れば機械物性等の品質が損なわれるためである。
It is necessary to sufficiently degas the resin plasticizing gas from the stereocomplex polylactic acid produced in the apparatus. This is because if the gas is not degassed, the resin plasticizing gas remains trapped in the stereocomplex polylactic acid molded product from the mold and bubbles remain in the molded product.
Further, when injection molding is performed using the stereocomplex polylactic acid pelletized by cutting the strand-shaped molded product into pellets or the like, bubbles remain in the injection molded product. This is because if bubbles remain in the molded product, quality such as mechanical properties is impaired.
ベント付き押出機としては、多軸でも1軸でも使用できる。混練効率から二軸押出機が好ましい。又、ベント口はステレオコンプレックスポリ乳酸が生成された後、確実に脱ガスするため複数設けることが好ましく、またベント方法も強制脱気することがより確実に脱気できるため好ましい。 As the extruder with a vent, either a multi-axis or a single-axis can be used. A twin screw extruder is preferred from the viewpoint of kneading efficiency. In addition, it is preferable to provide a plurality of vent ports in order to surely degas after the stereocomplex polylactic acid is produced, and it is also preferable that the venting method be more surely degassed.
得られたストランド等のステレオコンプレックスポリ乳酸の成形品はそのまま用いてもよいし、ペレタイザー等によりペレットにして、可塑化ガスを用いることなく通常の射出成形機で射出成形することもできる。 The obtained molded product of stereocomplex polylactic acid such as a strand may be used as it is, or may be formed into pellets by a pelletizer or the like and injection molded by a normal injection molding machine without using a plasticizing gas.
以下図を用いてより詳細に説明する。図1は、本発明に用いられる押出機1の一例を示す模式的な説明図である。押出機1は、押出機本体2(なお、押出機のモータ部分は図示せず)、ホッパ3、シリンダ4、スクリュー5、樹脂可塑化ガス注入口6、樹脂可塑化ガス注入装置11、開放ベント口7、強制排気ベント口8、アダプタ9、ダイ10からなる。図1の押出機1の上方にC1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13として示したものは押出機1のシリンダ4を長さ方向に13分割して示した各区画を示し、Aはアダプタ、Dieは金型(ダイ)を示すものである。上記シリンダ4の各区画C1〜C13及び、アダプタ、ダイなどは、それぞれヒータなどにより、独立して温度調節が可能とされている。またシリンダ、アダプタ9、ダイ10にそれぞれ設けられた温度調節用の温度検知センサーとは別に、それぞれに内壁近くまで穿設された孔が開けられており孔中内壁近くに温度検知センサーが設けられているので、間接的ではあるが樹脂温度の検出が可能とされている(以下特段の記載のない限り樹脂温度とはこの間接的に測定された温度をいうものとする)。樹脂可塑化ガスは樹脂可塑化ガス注入装置11により樹脂可塑化ガス注入口6を介して注入される。 This will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an example of an extruder 1 used in the present invention. The extruder 1 includes an extruder body 2 (the motor portion of the extruder is not shown), a hopper 3, a cylinder 4, a screw 5, a resin plasticizing gas injection port 6, a resin plasticizing gas injection device 11, and an open vent. It consists of a port 7, a forced exhaust vent port 8, an adapter 9 and a die 10. In the upper part of the extruder 1 in FIG. 1, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, and C13 indicate the cylinder 4 of the extruder 1 in the length direction. Each of the sections divided into 13 is shown, A is an adapter, and Die is a die (die). The compartments C1 to C13 of the cylinder 4 and adapters, dies, and the like can be independently adjusted in temperature by a heater or the like. Further, apart from the temperature detection sensors for adjusting the temperature provided in the cylinder, adapter 9 and die 10, respectively, holes are formed so as to be close to the inner wall, and the temperature detection sensor is provided near the inner wall in the hole. Therefore, it is possible to detect the resin temperature indirectly (the resin temperature means the indirectly measured temperature unless otherwise specified). The resin plasticizing gas is injected through the resin plasticizing gas injection port 6 by the resin plasticizing gas injection device 11.
ダイは限定されずストランド用ダイ、フィルム用ダイ等が使用可能である。ストランド用ダイを用いた場合は、ストランドを冷却して、その後カットしてペレット化するペレタイザーを接続すれば、ペレット化がライン内でできる。
ダイから押出されてくる樹脂中に直接温度測定機の測温部先端を差し込み樹脂温度を測ることも可能である。
モータによる回転は、必要に応じて、減速機を介して減速し、トルクアップしてスクリューに伝達されて用いられる。
The die is not limited, and a strand die, a film die, or the like can be used. When a strand die is used, pelletization can be performed in the line by connecting a pelletizer that cools the strand and then cuts and pelletizes the strand.
It is also possible to insert the temperature measuring unit tip directly into the resin extruded from the die and measure the resin temperature.
The rotation by the motor is decelerated through a speed reducer as necessary, and torque is increased and transmitted to the screw for use.
押出機1を用いてステレオコンプレックスポリ乳酸は以下に示すようにして製造される。ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸がホッパ3からシリンダ4内に投入される。ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸は予め乾燥、秤量、混合されていることが好ましい。シリンダ4の区画C1〜C3では上流側よりも下流側の方の温度が高くされている。シリンダ4に入ったポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸は、加熱されたシリンダ4の熱により加熱されると共に、スクリュー5により混合攪拌されつつ下流側へと移動する。 Using the extruder 1, stereocomplex polylactic acid is produced as follows. Poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are put into the cylinder 4 from the hopper 3. It is preferable that poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are previously dried, weighed and mixed. In the sections C1 to C3 of the cylinder 4, the temperature on the downstream side is higher than the upstream side. The poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid that have entered the cylinder 4 are heated by the heat of the heated cylinder 4 and are moved downstream while being mixed and stirred by the screw 5.
シリンダ4の区画C4〜C6では、区画C1〜C3よりも温度が高くされており、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸は、更に、加熱混合攪拌されそれぞれの融点以上の温度で混練される。この混練された一体となった状態にすることにより、この後、樹脂可塑化ガスを注入してももはやペレットの間の空隙から上流側(ホッパ側)にガスが漏洩したりすることがないからである。 In the sections C4 to C6 of the cylinder 4, the temperature is higher than in the sections C1 to C3, and the poly-L-lactic acid and the poly-D-lactic acid are further heated and mixed and stirred and kneaded at a temperature equal to or higher than their melting points. The By making this kneaded and integrated state, even if the resin plasticizing gas is injected after that, gas will no longer leak from the gap between the pellets to the upstream side (hopper side). It is.
次に、区画C7に設けられた樹脂可塑化ガス注入口6から、樹脂可塑化ガス注入装置11により超臨界又は亜臨界状態の樹脂可塑化ガスが注入される。樹脂可塑化ガス注入装置11としては、例えば、注入バルブ、圧力調整バルブを備えた、ガスボンベ、ポンプ等にてなる樹脂可塑化ガス注入装置が挙げられる。区画C7〜C10中で、ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸が樹脂可塑化ガスにより一層可塑化され、混練されることによりステレオコンプレックスポリ乳酸が生成される。分子レベル又は分子ブロックレベル又はそれに近い状態で混合されるためと推測される。ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを樹脂可塑化ガスの存在下混練する部分の樹脂温度は180℃以上220℃未満であることが好ましい。後述するが、生成したステレオコンプレックスポリ乳酸が熱分解を受けず、かつ、単独ポリマーの結晶化を生じないためである。 Next, a resin plasticizing gas in a supercritical or subcritical state is injected from the resin plasticizing gas injection port 6 provided in the section C7 by the resin plasticizing gas injection device 11. Examples of the resin plasticizing gas injection device 11 include a resin plasticizing gas injection device including a gas cylinder, a pump, and the like provided with an injection valve and a pressure adjustment valve. In the compartments C7 to C10, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are further plasticized with a resin plasticizing gas and kneaded to produce stereocomplex polylactic acid. This is presumed to be due to mixing at or near the molecular level or molecular block level. The resin temperature of the part where poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are kneaded in the presence of a resin plasticizing gas is preferably 180 ° C. or higher and lower than 220 ° C. As will be described later, the generated stereocomplex polylactic acid does not undergo thermal decomposition and does not cause crystallization of a single polymer.
区画C11に設けられた開放ベント口7から超臨界又は亜臨界状態の樹脂可塑化ガスがガス化されて分離除去される。更に、区画C12に設けられた強制排気ベント口8から樹脂可塑化ガスを減圧(例ゲージ圧760mmHg)で抜気することにより強制的に排気することも可能である。尚、強制的に減圧せずに、単に開放することも可能であり、粉状の状態の樹脂が詰まらない様に開放で運転することもできる。 The superplastic or subcritical resin plasticizing gas is gasified and separated and removed from the open vent port 7 provided in the section C11. Furthermore, it is also possible to forcibly exhaust the resin plasticizing gas from the forced exhaust vent port 8 provided in the section C12 by venting at a reduced pressure (eg, gauge pressure 760 mmHg). It should be noted that it is possible to simply open without reducing the pressure forcibly, and it is possible to operate in an open state so that the powdery resin is not clogged.
樹脂可塑化ガスが除去されたステレオコンプレックスポリ乳酸はアダプタ9を通過し、ダイ10により例えばストランド、フィルム等に成形される。この時のダイ温度は、生成したステレオコンプレックスの融点よりも低いことが好ましい。ダイから出る瞬間は、過冷却になっているため、あるいは、結晶率が低くあるいは、結晶が小さいためであると推測されるが、ステレオコンプレックスの融点以下でも押出できる。このような押出を安定して行うためには高いトルクが必要である。トルク値は、生成するステレオコンプレックスポリ乳酸の融点と金型の温度にも関係にするが、当然押出量が多くなれば押出量に応じてそれだけ高いトルクが必要になる。押出機のトルク値の余裕が大きければ、高い押出量での安定生産が可能でなる。安定してステレオコンプレックスポリ乳酸を押出量2〜4kg/hrで押し出すには、1スクリュー当たりトルク値は50N・m以上、更に好ましくは100N・m以上あることが好ましい。上限は特にはないが装置の構造上、装置生産コスト上、ステレオコンプレックスポリ乳酸の生産コスト上、500N・m以下が好ましい。
ダイ温度を生成するステレオコンプレックスポリ乳酸の融点よりも低くするのは、本発明者が発見したことであるが、生成したステレオコンプレックスポリ乳酸には、融点以上の高温での熱履歴を与えない方が、ステレオコンプレックスが単独ポリマーの結晶化することが防がれるため、好ましいからである。このため高トルクで低温で押し出すことが好ましい。この後ストランドは空冷または水冷されて、ペレタイザーにてペレット化され、二次加工用原料にされてもよい。
The stereocomplex polylactic acid from which the resin plasticizing gas has been removed passes through the adapter 9 and is formed into a strand, a film, or the like by the die 10. The die temperature at this time is preferably lower than the melting point of the generated stereocomplex. The moment of exit from the die is presumed to be due to supercooling, low crystal ratio, or small crystals, but extrusion can be performed even below the melting point of the stereo complex. A high torque is required to perform such extrusion stably. The torque value is also related to the melting point of the stereocomplex polylactic acid to be produced and the temperature of the mold. Naturally, if the amount of extrusion increases, a higher torque is required depending on the amount of extrusion. If the margin of the torque value of the extruder is large, stable production with a high extrusion amount is possible. In order to stably extrude stereocomplex polylactic acid at an extrusion rate of 2 to 4 kg / hr, the torque value per screw is preferably 50 N · m or more, more preferably 100 N · m or more. Although there is no particular upper limit, 500 N · m or less is preferable in terms of the structure of the apparatus, the apparatus production cost, and the production cost of the stereocomplex polylactic acid.
The inventors discovered that the melting point of the stereocomplex polylactic acid that generates the die temperature is lower than the melting point of the stereocomplex polylactic acid, but the generated stereocomplex polylactic acid does not give a thermal history at a temperature higher than the melting point. However, the stereocomplex is preferable because it prevents the single polymer from crystallizing. For this reason, it is preferable to extrude at a low temperature with a high torque. Thereafter, the strand may be air-cooled or water-cooled, pelletized by a pelletizer, and used as a raw material for secondary processing.
請求項1に記載の発明によれば、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とが、樹脂可塑化ガスの亜臨界又は超臨界状態で圧入された樹脂可塑化ガスの存在下、押出機中で混練されるので、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とが分子レベルで混合して会合することができ、ステレオコンプレックスポリ乳酸を効率よく製造できる。また押出機のベント口より樹脂可塑化ガスを脱ガスするので、生成されたステレオコンプレックスポリ乳酸中にガスによる気泡が残らない。色相変化が小さく、製造が容易であり、製造装置が簡易である。 According to the invention described in claim 1, in the presence of a resin plasticizing gas in which poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are injected in a subcritical or supercritical state of the resin plasticizing gas, an extruder is used. Since it is kneaded in, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid can be mixed and associated at the molecular level, and stereocomplex polylactic acid can be produced efficiently. Moreover, since the resin plasticizing gas is degassed from the vent port of the extruder, no bubbles are left in the produced stereocomplex polylactic acid. The hue change is small, the manufacturing is easy, and the manufacturing apparatus is simple.
請求項2に記載のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法によれば、押出機中でポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを融点以上の温度で溶融混練し、得られた溶融混合物に亜臨界または超臨界状態の樹脂可塑化ガスを圧入混練するので、圧入ガスが押出機のホッパ側に漏れることがない。ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを樹脂可塑化ガスの存在下混練する部分の樹脂温度が180℃以上220℃未満であるので、ステレオコンプレックスポリ乳酸が簡易に効率よく製造でき高温下において生じるステレオコンプレックスからの単独ポリマーの結晶化を簡易に効率よく抑止でき、黄変を生じにくい。押出機に取り付けた金型の温度が生成したステレオコンプレックスポリ乳酸の融点以下であるので、高温下において生じるステレオコンプレックスからの単独ポリマーの結晶化を簡易に効率よく抑止できる。 According to the method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product according to claim 2, poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are melt-kneaded at a temperature equal to or higher than the melting point in an extruder, and the resulting molten mixture is obtained. In addition, since the subplastic or supercritical resin plasticizing gas is press-kneaded, the press-fit gas does not leak to the hopper side of the extruder. Since the resin temperature of the part where poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid are kneaded in the presence of the resin plasticizing gas is 180 ° C. or higher and lower than 220 ° C., stereocomplex polylactic acid can be produced easily and efficiently at high temperatures. Crystallization of a single polymer from a stereocomplex occurring in can be easily and efficiently inhibited, and yellowing is unlikely to occur. Since the temperature of the mold attached to the extruder is equal to or lower than the melting point of the generated stereocomplex polylactic acid, crystallization of a single polymer from the stereocomplex occurring at a high temperature can be easily and efficiently suppressed.
請求項3に記載のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法によれば前記樹脂可塑化ガスが二酸化炭素であるので、装置が簡単で、製造が容易で、安全性に優れかつ、溶解性に優れるため効率的にステレオコンプレックスポリ乳酸成形品が製造できる。 According to the method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product according to claim 3, since the resin plasticizing gas is carbon dioxide, the apparatus is simple, the production is easy, the safety is excellent, and the solubility is excellent. Therefore, a stereocomplex polylactic acid molded product can be produced efficiently.
請求項4に記載のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造装置によれば、装置が簡単で、製造が容易である。 According to the stereo complex polylactic acid molded product manufacturing apparatus of claim 4, the apparatus is simple and the manufacturing is easy.
以下、本発明の実施例を挙げて本発明を更に説明する。 Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples of the present invention.
ポリ−L−乳酸(PLLA)として、株式会社武蔵野化学研究所製の光学純度99.5%、TM=180℃、Mn=130,000、Mw=338,000、Mw/Mn=2.6のものを使用した。ここで光学純度とは、全乳酸単位中主たる光学異性の乳酸単位の比率を示す。すなわち、ポリ−L−乳酸であれば、全乳酸単位中のL−乳酸単位の比率を示す。ポリ−D−乳酸(PDLA)として、東洋紡績株式会社製の光学純度99.5%、TM=180℃、Mn=106,000、Mw=238,000、Mw/Mn=2.5のものを使用した。 As poly-L-lactic acid (PLLA), an optical purity of 99.5%, TM = 180 ° C., Mn = 130,000, Mw = 338,000, Mw / Mn = 2.6, manufactured by Musashino Chemical Laboratory, Inc. I used something. Here, optical purity refers to the ratio of lactic acid units of the main optical isomerism in all lactic acid units. That is, if it is poly-L-lactic acid, the ratio of the L-lactic acid unit in all the lactic acid units is shown. Poly-D-lactic acid (PDLA) manufactured by Toyobo Co., Ltd. with an optical purity of 99.5%, TM = 180 ° C., Mn = 106,000, Mw = 238,000, Mw / Mn = 2.5 used.
PLLAとPDLAを重量比1:1で混合し、図1に示した2軸押出機1のホッパ3に投入し押出成形した。シリンダ4の区画C1の温度を130℃、区画C2の温度を170℃、区画C3の温度を190℃、区画C4〜C6の温度を240℃に設定した。区画C7〜C13の温度は実測される樹脂温度が205℃となるように調整した。アダプタおよびダイの温度は210℃に設定したが、210℃ではアダプタおよびダイにおいて急激なステレオコンプレックスポリ乳酸の結晶化が進むことがあり、その場合は押出機のスクリューを回転させるモータの負荷が急上昇して、過負荷状態に陥ることがあり、その際にはアダプタおよびダイの温度を220℃にあげて、アダプタ及びダイにおけるステレオコンプレックスポリ乳酸の形成を緩やかにして対応した。 PLLA and PDLA were mixed at a weight ratio of 1: 1, charged into the hopper 3 of the twin-screw extruder 1 shown in FIG. 1, and extruded. The temperature of the section C1 of the cylinder 4 was set to 130 ° C, the temperature of the section C2 was set to 170 ° C, the temperature of the section C3 was set to 190 ° C, and the temperatures of the sections C4 to C6 were set to 240 ° C. The temperatures of the sections C7 to C13 were adjusted so that the actually measured resin temperature was 205 ° C. The temperature of the adapter and the die was set to 210 ° C, but at 210 ° C, the crystallization of the stereocomplex polylactic acid might suddenly progress in the adapter and the die. In this case, the load on the motor that rotates the screw of the extruder rapidly increases. In this case, the temperature of the adapter and the die was increased to 220 ° C., and the formation of the stereocomplex polylactic acid in the adapter and the die was moderated.
ベクトルインバータモータによる回転は減速機を介したが減速比は1:1に設定したため実質的には減速せずに、押出機のスクリューの回転に用いた。前述のようにモータの定格出力は75KW、定格回転数は2000rpm、定格トルクは358N・mであり、二軸押出機のためスクリュー1本当たりのトルクは最大で179N・mであった。押出中モータが過負荷になる場合はモータ電流は330Aにも及ぶことがあり、236Aでは安定運転したが、その時回転速度は100rpmであり、トルクはスクリュー2本当たり256N・mであった。
因みにトルクT(kgf・m)=975P(kW)/N(rpm)を更にN・mに換算することにより求められる。この値を押出機のスクリューの数で除せばスクリュー1本当たりのトルク値が求められる。
Although the rotation by the vector inverter motor was via a reduction gear, the reduction ratio was set to 1: 1, so that it was not substantially reduced and used for the rotation of the screw of the extruder. As described above, the rated output of the motor is 75 KW, the rated rotational speed is 2000 rpm, the rated torque is 358 N · m, and the maximum torque per screw is 179 N · m because of the twin-screw extruder. When the motor was overloaded during extrusion, the motor current could reach as high as 330 A, and stable operation was performed at 236 A. At that time, the rotational speed was 100 rpm, and the torque was 256 N · m per two screws.
Incidentally, the torque T (kgf · m) = 975 P (kW) / N (rpm) is obtained by further converting to N · m. Dividing this value by the number of screws in the extruder gives the torque value per screw.
区画C7に設けられた樹脂可塑化ガス注入口6から樹脂可塑化ガス注入装置11により高圧の二酸化炭素を注入した。注入量は樹脂100重量部に対して二酸化炭素が10重量部となるようにした。区画C7〜C10中で、PLLA、PDLAが混合され溶融混練されたものに二酸化炭素を圧入して混練した。区画C11に設けられた開放ベント口7から二酸化炭素をガス化して分離除去した。更に、区画C12に設けられた強制排気ベント口8から二酸化炭素を強制的に排気した。二酸化炭素が除去された樹脂を、アダプタ9を通して、ダイ10(孔径4mmの単孔)からストランドを押し出した。ストランドの直径は約3mmであった、ペレタイザーでカットしてペレットを得た。ペレットは黄変していなかった。 High-pressure carbon dioxide was injected from the resin plasticizing gas injection port 6 provided in the section C7 by the resin plasticizing gas injection device 11. The amount of carbon dioxide was 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin. In compartments C7 to C10, carbon dioxide was injected into the kneaded mixture of PLLA and PDLA and melt kneaded. Carbon dioxide was gasified and separated and removed from the open vent port 7 provided in the section C11. Further, carbon dioxide was forcibly exhausted from the forced exhaust vent port 8 provided in the section C12. The strand from which the carbon dioxide had been removed was extruded from the die 10 (single hole having a hole diameter of 4 mm) through the adapter 9. The strand had a diameter of about 3 mm, and was cut with a pelletizer to obtain pellets. The pellets were not yellowed.
なお、2軸押出機1のスクリューの直径は30mm、区画C1〜C13までの全長は1800mmであった。2軸押出機1のスクリュー回転数は100rpmとした。押出量は4kg/hr、区画C9で測定した圧力は5.0MPaであった。したがって二酸化炭素の亜臨界状態で樹脂の溶融、混練がなされた。 In addition, the diameter of the screw of the twin screw extruder 1 was 30 mm, and the total length from the sections C1 to C13 was 1800 mm. The screw rotation speed of the twin screw extruder 1 was 100 rpm. The amount of extrusion was 4 kg / hr, and the pressure measured in section C9 was 5.0 MPa. Therefore, the resin was melted and kneaded in the subcritical state of carbon dioxide.
得られたペレットの結晶構造、結晶化度を調べるために、WAXD(広角X線回折)を行った。
WAXDの測定装置は株式会社リガク社製のリガク2500VHFを用いた。CuKαX線光源(波長0.154nm、電圧40kV、40A)にて、2θ=10°〜30°、速度4°/minで測定した。得られたチャート図を図2に示した。図2において横軸は2θ(°)であり、縦軸はintensity(回折強度)である。これより、押出成形で得られたペレットはステレオコンプレックスポリ乳酸のみが生成しており、単独ポリマーの結晶が存在しないことが分かった。
上記のように判断した理由は、以下の通りである。
2θ=12、21、24°付近にみられる回折ピークはポリ乳酸のステレオコンプレックスポリ乳酸特有のピークである。得られたペレットにはステレオコンプレックスポリ乳酸が形成されている。単独ポリマーの結晶が形成された場合には、16°付近に強い回折ピークが観測されるが、得られたペレットでは観測されていない。よって、得られたペレットでは選択的にステレオコンプレックスが形成されたことがわかる。
また、結晶に由来する回折ピークの面積と、非晶に由来するハローピークの面積を比較して結晶化度をもとめた結果、面積比が1:1であったため、結晶化度は50%であった。
また、ペレットの色相を観察すると、原料であったPLLA、PDLAと比べて顕著な色相の変化はみられず、乳白色のペレットであった。
DSCによる融点測定の結果、ピーク温度から求めた融点は220℃であった。各原料の単独ポリマーの結晶の融点は180℃であったので、220℃はステレオコンプレックスポリ乳酸が生成したことによるものである。なお、上記のDSCによる融点測定方法の詳細は後述する。
In order to investigate the crystal structure and crystallinity of the obtained pellets, WAXD (wide angle X-ray diffraction) was performed.
As a measuring apparatus for WAXD, Rigaku 2500VHF manufactured by Rigaku Corporation was used. Measurement was performed at 2θ = 10 ° to 30 ° and a speed of 4 ° / min with a CuKα X-ray light source (wavelength 0.154 nm, voltage 40 kV, 40 A). The obtained chart is shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis is 2θ (°), and the vertical axis is intensity (diffraction intensity). From this, it was found that the pellets obtained by extrusion molding produced only stereocomplex polylactic acid and no single polymer crystals existed.
The reason for the determination as described above is as follows.
The diffraction peaks seen in the vicinity of 2θ = 12, 21, and 24 ° are peaks specific to polylactic acid stereocomplex polylactic acid. Stereocomplex polylactic acid is formed in the obtained pellet. When a single polymer crystal is formed, a strong diffraction peak is observed at around 16 °, but it is not observed in the obtained pellet. Therefore, it can be seen that a stereocomplex was selectively formed in the obtained pellet.
Moreover, as a result of comparing the area of the diffraction peak derived from the crystal and the area of the halo peak derived from the amorphous to determine the crystallinity, the area ratio was 1: 1, so the crystallinity was 50%. there were.
Moreover, when the hue of the pellet was observed, no significant change in hue was observed as compared with PLLA and PDLA which were raw materials, and the pellet was milky white.
As a result of measuring the melting point by DSC, the melting point determined from the peak temperature was 220 ° C. Since the melting point of the single polymer crystal of each raw material was 180 ° C., 220 ° C. is due to the formation of stereocomplex polylactic acid. Details of the melting point measurement method by DSC will be described later.
ポリ−L−乳酸(PLLA)とポリ−D−乳酸(PDLA)は、実施例1と同じものを用いた。PLLAとPDLAを重量比1:1で混合し、実施例1で用いたものと同じ2軸押出機1のホッパ3に投入し押出成形した。シリンダ4の区画C1の温度を130℃、区画C2の温度を170℃、区画C3の温度を190℃、区画C4〜C6の温度を240℃に設定した。区画C7〜C13の温度は実測される樹脂温度が205℃となるように調整した。アダプタおよびダイの温度は210℃〜220℃に設定した。 The same poly-L-lactic acid (PLLA) and poly-D-lactic acid (PDLA) as in Example 1 were used. PLLA and PDLA were mixed at a weight ratio of 1: 1, charged into the hopper 3 of the same twin-screw extruder 1 used in Example 1, and extruded. The temperature of the section C1 of the cylinder 4 was set to 130 ° C, the temperature of the section C2 was set to 170 ° C, the temperature of the section C3 was set to 190 ° C, and the temperatures of the sections C4 to C6 were set to 240 ° C. The temperatures of the sections C7 to C13 were adjusted so that the actually measured resin temperature was 205 ° C. Adapter and die temperatures were set between 210 ° C and 220 ° C.
区画C7に設けられた樹脂可塑化ガス注入口6から樹脂可塑化ガス注入装置11により臨界流体状態の二酸化炭素を注入した。注入量は樹脂100重量部に対して二酸化炭素が10重量部となるようにした。区画C7〜C10中で、ポリ−L−乳酸(PLLA)とポリ−D−乳酸(PDLA)が混合され溶融混練されたものに二酸化炭素を圧入して混練した。区画C11に設けられた開放ベント口7から二酸化炭素を排気除去した。更に、区画C12に設けられた強制排気ベント口8から二酸化炭素を強制的に排気した。二酸化炭素が除去された樹脂を、アダプタ9を通し、ダイ10でストランドに成形した。ストランドの直径は約3mmであった。 Carbon dioxide in a critical fluid state was injected from the resin plasticizing gas injection port 6 provided in the section C7 by the resin plasticizing gas injection device 11. The amount of carbon dioxide was 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin. In sections C7 to C10, poly-L-lactic acid (PLLA) and poly-D-lactic acid (PDLA) were mixed and melt-kneaded, and carbon dioxide was injected and kneaded. Carbon dioxide was exhausted and removed from the open vent port 7 provided in the section C11. Further, carbon dioxide was forcibly exhausted from the forced exhaust vent port 8 provided in the section C12. The resin from which carbon dioxide was removed was passed through the adapter 9 and formed into a strand with the die 10. The strand diameter was about 3 mm.
2軸押出機1のスクリュー回転数は100rpm、押出量は4kg/hrであった。区画C7で測定した圧力は4.9MPa、区画C9で測定した圧力は4.7MPa、区画C13とアダプタの間で測定した圧力は2.4MPaであった。したがって二酸化炭素の亜臨界状態で樹脂の溶融、混練がなされた。 The screw rotation speed of the twin screw extruder 1 was 100 rpm, and the extrusion rate was 4 kg / hr. The pressure measured in the section C7 was 4.9 MPa, the pressure measured in the section C9 was 4.7 MPa, and the pressure measured between the section C13 and the adapter was 2.4 MPa. Therefore, the resin was melted and kneaded in the subcritical state of carbon dioxide.
上記の押出成形が定常状態で安定して行われているところで、押出機中のステレオコンプレックスポリ乳酸の生成の状態を観察するため、押出機を停止し、樹脂が巻き付いたスクリューを取り出し、スクリューからシリンダの区画C1〜C13相当部分に巻き付いている樹脂を素早く剥ぎ取り回収した。同様にアダプタ中の樹脂も回収した。 When the above extrusion molding is performed stably in a steady state, in order to observe the state of stereocomplex polylactic acid formation in the extruder, the extruder is stopped, the screw wrapped with resin is taken out, and the screw is removed from the screw. The resin wound around the cylinders corresponding to the sections C1 to C13 was quickly peeled off and collected. Similarly, the resin in the adapter was also collected.
回収した樹脂の結晶構造、結晶化度を調べるために、WAXD(広角X線回折)を行った。WAXDに用いた装置・条件等は実施例1と同じである。
図3は区画C11から回収した樹脂のチャート図である。
この図より、区画C11では、ステレオコンプレックスポリ乳酸と単独ポリマーの結晶の比率が、ステレオコンプレックスポリ乳酸:単独ポリマーの結晶=2:1であることが分かった。押出成形の工程の途中では十分に選択的なステレオコンプレックスポリ乳酸の形成が達成されていない。
上記のように判断した理由は、以下の通りである。
2θ=12、21、24°付近にみられる回折ピークはステレオコンプレックスポリ乳酸特有のピークである。一方、2θ=16°付近に強い回折ピークが観測されるが、これはPLLAとPDLAの単独ポリマーの結晶の回折ピークである。これらのピークの面積比より、ステレオコンプレックスポリ乳酸と単独ポリマーの結晶の比は2:1であることが分かる。
In order to investigate the crystal structure and crystallinity of the collected resin, WAXD (wide angle X-ray diffraction) was performed. The apparatus and conditions used for WAXD are the same as those in the first embodiment.
FIG. 3 is a chart of the resin recovered from the section C11.
From this figure, it was found that in the section C11, the ratio of stereocomplex polylactic acid and homopolymer crystals was stereocomplex polylactic acid: monopolymer crystals = 2: 1. In the course of the extrusion process, formation of a sufficiently selective stereocomplex polylactic acid has not been achieved.
The reason for the determination as described above is as follows.
The diffraction peaks seen in the vicinity of 2θ = 12, 21, 24 ° are peaks characteristic of stereocomplex polylactic acid. On the other hand, a strong diffraction peak is observed in the vicinity of 2θ = 16 °, which is a diffraction peak of a crystal of a single polymer of PLLA and PDLA. From the area ratio of these peaks, it can be seen that the ratio of the crystals of the stereocomplex polylactic acid and the homopolymer is 2: 1.
また、ステレオコンプレックスポリ乳酸と単独ポリマーの結晶の回折ピーク面積の総和(結晶に由来する回折ピークの面積)と、非晶に由来するハローピークの面積を比較して結晶化度をもとめた結果、面積比が25.8:74.2のため、結晶化度は25.8%であった。
DSCによる融点測定の結果、融点は180℃と220℃であった。180℃は単独ポリマーの結晶によるもので、220℃はステレオコンプレックスポリ乳酸によるものである。
In addition, the sum of diffraction peak areas of stereocomplex polylactic acid and single polymer crystals (area of diffraction peaks derived from crystals) was compared with the area of halo peaks derived from amorphous to determine the crystallinity, Since the area ratio was 25.8: 74.2, the crystallinity was 25.8%.
As a result of measuring the melting point by DSC, the melting points were 180 ° C. and 220 ° C. 180 ° C. is due to crystals of a single polymer, and 220 ° C. is due to stereocomplex polylactic acid.
図4はアダプタから回収した樹脂のチャート図である。
この図より、アダプタから回収した樹脂は、ステレオコンプレックスポリ乳酸のみが生成しており、単独ポリマーの結晶が存在しないことが分かった。
上記のように判断した理由は、以下の通りである。
2θ=12、21、24°付近にみられる回折ピークはステレオコンプレックスポリ乳酸特有のピークであり、得られた樹脂はステレオコンプレックスポリ乳酸で形成されている。単独ポリマーの結晶が形成された場合には、16°付近に強い回折ピークが観測されるが、得られた樹脂では観測されていない。よって、得られた樹脂は選択的にステレオコンプレックスポリ乳酸を形成したことがわかる。
FIG. 4 is a chart of the resin recovered from the adapter.
From this figure, it was found that the resin recovered from the adapter produced only stereocomplex polylactic acid and no single polymer crystal was present.
The reason for the determination as described above is as follows.
The diffraction peaks seen in the vicinity of 2θ = 12, 21, and 24 ° are peaks specific to stereocomplex polylactic acid, and the resulting resin is formed of stereocomplex polylactic acid. When a single polymer crystal is formed, a strong diffraction peak is observed at around 16 °, but not in the obtained resin. Therefore, it can be seen that the obtained resin selectively formed stereocomplex polylactic acid.
また、ステレオコンプレックスポリ乳酸に由来する回折ピークの面積と、非晶に由来するハローピークの面積を比較して結晶化度をもとめた結果、結晶化度は58%であった。
DSCによる融点測定の結果、融点は220℃であった。220℃はステレオコンプレックスポリ乳酸によるものである。
Moreover, as a result of comparing the area of the diffraction peak derived from stereocomplex polylactic acid with the area of the halo peak derived from amorphous, the crystallinity was found to be 58%.
As a result of measuring the melting point by DSC, the melting point was 220 ° C. 220 ° C. is due to stereocomplex polylactic acid.
(比較例1)
ポリ−L−乳酸(PLLA)およびポリ−D−乳酸(PDLA)として、実施例1で用いたものと同じものを用い、PLLAとPDLAを重量比1:1で混合し、実施例1と同様に、図1に示した2軸押出機1のホッパ3に投入し押出成形した。シリンダ4の区画C1の温度を130℃、区画C2の温度を170℃、区画C3の温度を190℃、区画C4〜C13の温度を240℃に設定した。アダプタおよびダイの温度は210℃に設定した。
(Comparative Example 1)
As poly-L-lactic acid (PLLA) and poly-D-lactic acid (PDLA), the same ones used in Example 1 were used, and PLLA and PDLA were mixed at a weight ratio of 1: 1, and the same as in Example 1 Then, it was put into the hopper 3 of the twin-screw extruder 1 shown in FIG. The temperature of the section C1 of the cylinder 4 was set to 130 ° C, the temperature of the section C2 was set to 170 ° C, the temperature of the section C3 was set to 190 ° C, and the temperatures of the sections C4 to C13 were set to 240 ° C. The adapter and die temperatures were set at 210 ° C.
区画C7に設けられた二酸化炭素注入口6は密閉しておき、二酸化炭素を注入しなかった。区画C11に設けられた開放ベント口7も、区画C12に設けられた強制排気ベント口も密閉しておいた。区画C1〜C13で混合、溶融、混練した樹脂をアダプタ9を通して、ダイ10からストランドを押し出し、ペレタイザーでカットしてペレットを得た。ストランドの直径は約3mmであった。ペレットは黄変が認められた。 The carbon dioxide inlet 6 provided in the section C7 was sealed and carbon dioxide was not injected. Both the open vent port 7 provided in the section C11 and the forced exhaust vent port provided in the section C12 were sealed. The resin mixed, melted and kneaded in the sections C1 to C13 was passed through the adapter 9 to extrude the strand from the die 10 and cut with a pelletizer to obtain pellets. The strand diameter was about 3 mm. The pellet was yellowed.
2軸押出機1のスクリュー回転数は100rpmとした。押出量は4kg/hrであった。 The screw rotation speed of the twin screw extruder 1 was 100 rpm. The extrusion rate was 4 kg / hr.
得られたペレットの結晶構造、結晶化度を調べるために、実施例1と同様にWAXD(広角X線回折)を行った。WAXDに用いた装置・条件等は実施例1と同じである。
図5は得られたペレットのチャート図である。
In order to investigate the crystal structure and crystallinity of the obtained pellets, WAXD (wide angle X-ray diffraction) was performed in the same manner as in Example 1. The apparatus and conditions used for WAXD are the same as those in the first embodiment.
FIG. 5 is a chart of the obtained pellet.
図5より、このペレットは、ステレオコンプレックスポリ乳酸と単独ポリマーの結晶の比率が、ステレオコンプレックスポリ乳酸:単独ポリマーの結晶=1:4であることが分かった。
上記のように判断した理由は、以下の通りである。
2θ=12、21、24°付近にみられる回折ピークはポリ乳酸のステレオコンプレックスポリ乳酸特有のピークである。一方、2θ=16°付近に強い回折ピークが観測されるが、これは単独ポリマーの結晶の回折ピークである。これらのピークの面積比より、ステレオコンプレックスポリ乳酸と単独ポリマーの結晶の比は1:4であることが分かる。
From FIG. 5, it was found that the ratio of stereocomplex polylactic acid to homopolymer crystals in this pellet was stereocomplex polylactic acid: monopolymer crystals = 1: 4.
The reason for the determination as described above is as follows.
The diffraction peaks seen in the vicinity of 2θ = 12, 21, and 24 ° are peaks specific to polylactic acid stereocomplex polylactic acid. On the other hand, a strong diffraction peak is observed around 2θ = 16 °, which is a diffraction peak of a single polymer crystal. From the area ratio of these peaks, it can be seen that the ratio of stereocomplex polylactic acid to homopolymer crystals is 1: 4.
また、ステレオコンプレックスポリ乳酸と単独ポリマーの結晶の回折ピーク面積の総和(結晶に由来する回折ピークの面積)と、非晶に由来するハローピークの面積を比較して結晶化度をもとめた結果、面積比が21.8:78.2のため、結晶化度は21.8%であった。
DSCによる融点測定の結果、融点は180℃と220℃であった。180℃はホモポリ乳酸によるもので、220℃はステレオコンプレックスポリ乳酸によるものである。
In addition, the sum of diffraction peak areas of stereocomplex polylactic acid and single polymer crystals (area of diffraction peaks derived from crystals) was compared with the area of halo peaks derived from amorphous to determine the crystallinity, Since the area ratio was 21.8: 78.2, the crystallinity was 21.8%.
As a result of measuring the melting point by DSC, the melting points were 180 ° C. and 220 ° C. 180 ° C. is due to homopolylactic acid, and 220 ° C. is due to stereocomplex polylactic acid.
ポリ−L−乳酸(PLLA)として、島津製作所社製の光学純度95.0%、TM=162℃、Mn=92,000、Mw=184,000、Mw/Mn=2.0のものを使用した。ポリ−D−乳酸(PDLA)として、東洋紡績株式会社製の光学純度99.5%、TM=180℃、Mn=106,000、Mw=238,000、Mw/Mn=2.5のものを使用した。
PLLAとPDLAを重量比1:1で混合し、実施例1で用いたものと同様の、図1に示した2軸押出機1のホッパ3に投入し押出成形した。シリンダ4の区画C1の温度を120℃、区画C2の温度を160℃、区画C3の温度を180℃、区画C4〜C6の温度を205℃に設定した。区画C7〜C13の温度は実測される樹脂温度が185℃となるように調整した。アダプタおよびダイの温度は200℃に設定した。
Poly-L-lactic acid (PLLA) manufactured by Shimadzu Corporation with an optical purity of 95.0%, TM = 162 ° C., Mn = 92,000, Mw = 184,000, Mw / Mn = 2.0 is used. did. Poly-D-lactic acid (PDLA) manufactured by Toyobo Co., Ltd. with an optical purity of 99.5%, TM = 180 ° C., Mn = 106,000, Mw = 238,000, Mw / Mn = 2.5 used.
PLLA and PDLA were mixed at a weight ratio of 1: 1, and the mixture was put into the hopper 3 of the twin-screw extruder 1 shown in FIG. The temperature of the section C1 of the cylinder 4 was set to 120 ° C, the temperature of the section C2 was set to 160 ° C, the temperature of the section C3 was set to 180 ° C, and the temperatures of the sections C4 to C6 were set to 205 ° C. The temperatures of the sections C7 to C13 were adjusted so that the actually measured resin temperature was 185 ° C. The adapter and die temperatures were set at 200 ° C.
区画C7に設けられた樹脂可塑化ガス注入口6から樹脂可塑化ガス注入装置11により臨界流体状態の二酸化炭素を注入した。注入量は樹脂100重量部に対して二酸化炭素が10重量部となるようにした。区画C7〜C10中で、PLLA、PDLA、生成したステレオコンプレックスポリ乳酸などの樹脂成分と臨界状態の二酸化炭素を溶融、混練した。区画C11に設けられた開放ベント口7から二酸化炭素をガス化して分離除去した。更に、区画C12に設けられた強制排気ベント口8から二酸化炭素を強制的に排気した。二酸化炭素が除去された樹脂を、アダプタ9を通して、ダイ10からストランドを押し出し、ペレタイザーでカットしてペレットを得た。ストランドの直径は約3mmであった。ペレットは黄変していなかった。 Carbon dioxide in a critical fluid state was injected from the resin plasticizing gas injection port 6 provided in the section C7 by the resin plasticizing gas injection device 11. The amount of carbon dioxide was 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin. In compartments C7 to C10, resin components such as PLLA, PDLA, and generated stereocomplex polylactic acid and carbon dioxide in a critical state were melted and kneaded. Carbon dioxide was gasified and separated and removed from the open vent port 7 provided in the section C11. Further, carbon dioxide was forcibly exhausted from the forced exhaust vent port 8 provided in the section C12. The resin from which carbon dioxide had been removed was extruded from the die 10 through the adapter 9 and cut with a pelletizer to obtain pellets. The strand diameter was about 3 mm. The pellets were not yellowed.
なお、2軸押出機1のスクリューの直径は30mm、区画C1〜C13までの全長は1800mmであった。2軸押出機1のスクリュー回転数は100rpmとした。押出量は4kg/hr、区画C9で測定した圧力は5.2MPaであった。したがって二酸化炭素の亜臨界状態で樹脂の溶融、混練がなされた。 In addition, the diameter of the screw of the twin screw extruder 1 was 30 mm, and the total length from the sections C1 to C13 was 1800 mm. The screw rotation speed of the twin screw extruder 1 was 100 rpm. The extrusion rate was 4 kg / hr, and the pressure measured in section C9 was 5.2 MPa. Therefore, the resin was melted and kneaded in the subcritical state of carbon dioxide.
得られたペレットの結晶構造、結晶化度を調べるために、WAXD(広角X線回折)を行った。WAXDに用いた装置・条件等は実施例1と同じである。
図6は得られたペレットのチャート図である。
この図より、実施例3で得られたペレットはステレオコンプレックスポリ乳酸のみが生成しており、単独ポリマーの結晶が存在しないことが分かった。
上記のように判断した理由は、以下の通りである。
2θ=12、21、24°付近にみられる回折ピークはステレオコンプレックスポリ乳酸特有のピークであり、得られたペレットはステレオコンプレックスポリ乳酸で形成されている。単独ポリマーの結晶が形成された場合には、16°付近に強い回折ピークが観測されるが、得られたペレットでは観測されていない。よって、得られたペレットは選択的にステレオコンプレックスを形成したことがわかる。
また、結晶に由来する回折ピークの面積と、非晶に由来するハローピークの面積を比較して結晶化度をもとめた結果、面積比が24:76であるため、結晶化度は24%であった。
DSCによる融点測定の結果、融点は206℃であった。206℃はステレオコンプレックスポリ乳酸によるものである。
In order to investigate the crystal structure and crystallinity of the obtained pellets, WAXD (wide angle X-ray diffraction) was performed. The apparatus and conditions used for WAXD are the same as those in the first embodiment.
FIG. 6 is a chart of the obtained pellet.
From this figure, it was found that the pellets obtained in Example 3 produced only stereocomplex polylactic acid and no single polymer crystals existed.
The reason for the determination as described above is as follows.
The diffraction peaks seen in the vicinity of 2θ = 12, 21, and 24 ° are peaks peculiar to stereocomplex polylactic acid, and the obtained pellets are formed of stereocomplex polylactic acid. When a single polymer crystal is formed, a strong diffraction peak is observed at around 16 °, but it is not observed in the obtained pellet. Therefore, it can be seen that the obtained pellet selectively formed a stereocomplex.
Moreover, as a result of comparing the area of the diffraction peak derived from the crystal and the area of the halo peak derived from the amorphous to determine the crystallinity, the area ratio was 24:76, so the crystallinity was 24%. there were.
As a result of measuring the melting point by DSC, the melting point was 206 ° C. 206 ° C. is due to stereocomplex polylactic acid.
(比較例2)
ポリ−L−乳酸(PLLA)およびポリ−D−乳酸(PDLA)として、実施例3で用いたものと同様のものを用い、PLLAとPDLAを重量比1:1で混合し、実施例1で用いたものと同様の、図1に示した2軸押出機1のホッパ3に投入し押出成形した。
シリンダ4の区画C1の温度を120℃、区画C2の温度を160℃、区画C3の温度を240℃、区画C4〜C6の温度を240℃に設定した。区画C7〜C13の温度は実測される樹脂温度が240℃となるように調整した。アダプタおよびダイの温度は200℃に設定した。
(Comparative Example 2)
As poly-L-lactic acid (PLLA) and poly-D-lactic acid (PDLA), the same one as used in Example 3 was used, and PLLA and PDLA were mixed at a weight ratio of 1: 1. The same thing as what was used was thrown into the hopper 3 of the twin-screw extruder 1 shown in FIG. 1, and extrusion-molded.
The temperature of the section C1 of the cylinder 4 was set to 120 ° C, the temperature of the section C2 was set to 160 ° C, the temperature of the section C3 was set to 240 ° C, and the temperatures of the sections C4 to C6 were set to 240 ° C. The temperatures of the sections C7 to C13 were adjusted so that the actually measured resin temperature was 240 ° C. The adapter and die temperatures were set at 200 ° C.
区画C7に設けられた二酸化炭素注入口6は密閉しておき、二酸化炭素を注入しなかった。区画C11に設けられた開放ベント口7も、区画C12に設けられた強制排気ベント口も密閉しておいた。区画C1〜C13で混合、溶融、混練した樹脂をアダプタ9を通して、ダイ10からストランドを押し出し、ペレタイザーでカットしてペレットを得た。ストランドの直径は約3mmであった。ペレットは黄変が認められた The carbon dioxide inlet 6 provided in the section C7 was sealed and carbon dioxide was not injected. Both the open vent port 7 provided in the section C11 and the forced exhaust vent port provided in the section C12 were sealed. The resin mixed, melted and kneaded in the sections C1 to C13 was passed through the adapter 9 to extrude the strand from the die 10 and cut with a pelletizer to obtain pellets. The strand diameter was about 3 mm. The pellet was yellowed
2軸押出機1のスクリュー回転数は100rpm、押出量は4kg/hrであった。 The screw rotation speed of the twin screw extruder 1 was 100 rpm, and the extrusion rate was 4 kg / hr.
得られたペレットの結晶構造、結晶化度を調べるために、実施例1と同様にWAXD(広角X線回折)を行った。WAXDに用いた装置・条件等は実施例1と同じである。
図7は得られたペレットのチャート図である。
In order to investigate the crystal structure and crystallinity of the obtained pellets, WAXD (wide angle X-ray diffraction) was performed in the same manner as in Example 1. The apparatus and conditions used for WAXD are the same as those in the first embodiment.
FIG. 7 is a chart of the obtained pellet.
図7より、このペレットは、ステレオコンプレックスポリ乳酸と単独ポリマーの結晶の比率が、ステレオコンプレックスポリ乳酸:単独ポリマーの結晶=3:1であることが分かった。
上記のように判断した理由は、以下の通りである。
2θ=12、21、24°付近にみられる回折ピークはポリ乳酸のステレオコンプレックスポリ乳酸特有のピークである。一方、2θ=16°付近に強い回折ピークが観測されるが、これは単独ポリマーの結晶の回折ピークである。これらのピークの面積比より、ステレオコンプレックスポリ乳酸と単独ポリマーの結晶の比は3:1であることが分かる。
From FIG. 7, it was found that in this pellet, the ratio of stereocomplex polylactic acid to homopolymer crystals was stereocomplex polylactic acid: monopolymer crystals = 3: 1.
The reason for the determination as described above is as follows.
The diffraction peaks seen in the vicinity of 2θ = 12, 21, and 24 ° are peaks specific to polylactic acid stereocomplex polylactic acid. On the other hand, a strong diffraction peak is observed around 2θ = 16 °, which is a diffraction peak of a single polymer crystal. From the area ratio of these peaks, it can be seen that the ratio of the crystals of the stereocomplex polylactic acid and the homopolymer is 3: 1.
また、ステレオコンプレックス結晶と単独ポリマーの結晶の回折ピーク面積の総和(結晶に由来する回折ピークの面積)と、非晶に由来するハローピークの面積を比較して結晶化度をもとめた結果、面積比が22.0:78.0のため、結晶化度は22.0%であった。
DSCによる融点測定の結果、融点は170℃と206℃であった。170℃は単独ポリマーの結晶によるものであり、206℃はステレオコンプレックスポリ乳酸によるものである。
低い融点のPLLAと高融点のPDLAが混ざって単独ポリマーの結晶の融点が下がったと推測される。
In addition, as a result of calculating the degree of crystallinity by comparing the sum of the diffraction peak areas of the stereocomplex crystal and the single polymer crystal (the area of the diffraction peak derived from the crystal) with the area of the halo peak derived from the amorphous, the area The crystallinity was 22.0% because the ratio was 22.0: 78.0.
As a result of measuring the melting point by DSC, the melting points were 170 ° C. and 206 ° C. 170 ° C. is due to single polymer crystals, and 206 ° C. is due to stereocomplex polylactic acid.
It is presumed that the melting point of the single polymer crystal decreased due to the mixture of the low melting point PLLA and the high melting point PDLA.
ポリ−L−乳酸(PLLA)として、Synbra Technology B.V.社製のPLLA 1010(Mn=58,000、Mw=129,000、Mw/Mn 2.2のものを使用した。後述するDSC測定によるピークから求めた融点は182.5℃、結晶化度は53.3%(単独ポリマーの結晶)、ΔHは49.9(J/g)であった。
ポリ−D−乳酸(PDLA)として、Synbra Technology B.V.社製のPDLA 1010(Mn=81,500、Mw=162,000、Mw/Mn 2.0のものを使用した。後述するDSC測定によるピークから求めた融点は190.2℃、結晶化度は63.7%(単独ポリマーの結晶)、ΔHは59.7(J/g)であった。
As poly-L-lactic acid (PLLA), Synbra Technology B.I. V. PLLA 1010 (Mn = 58,000, Mw = 129,000, Mw / Mn 2.2) manufactured by the company was used. The melting point determined from the peak by DSC measurement described later was 182.5 ° C., and the crystallinity was It was 53.3% (crystals of a single polymer) and ΔH was 49.9 (J / g).
As poly-D-lactic acid (PDLA), Synbra Technology B.I. V. PDLA 1010 (Mn = 81,500, Mw = 162,000, Mw / Mn 2.0) manufactured by the company was used. The melting point determined from the peak by DSC measurement described later was 190.2 ° C., and the crystallinity was 63.7% (crystals of a single polymer) and ΔH was 59.7 (J / g).
PLLAとPDLAを温風乾燥機中で乾燥したものを重量比1:1で混合し、図1に示した2軸押出機1のホッパ3に投入し押出成形した。シリンダ4の区画C1の温度を130℃、区画C2の温度を170℃、区画C3の温度を190℃、区画C4〜C6の温度を240、240、230℃に設定した。上記区画における設定温度と実測された樹脂温度との差は、実測値が185℃で差が5℃あった区画C3、設定温度が240℃に対し樹脂実測温度が234.6℃であった区画C4以外は全て1℃以内であった。 A mixture of PLLA and PDLA dried in a hot air dryer was mixed at a weight ratio of 1: 1, and charged into the hopper 3 of the twin-screw extruder 1 shown in FIG. The temperature of the section C1 of the cylinder 4 was set to 130 ° C, the temperature of the section C2 was set to 170 ° C, the temperature of the section C3 was set to 190 ° C, and the temperatures of the sections C4 to C6 were set to 240, 240, and 230 ° C. The difference between the set temperature in the section and the actually measured resin temperature is the section C3 in which the actually measured value is 185 ° C. and the difference is 5 ° C., and the section in which the actually measured resin temperature is 234.6 ° C. with respect to the set temperature of 240 ° C. All except C4 were within 1 ° C.
区画C7〜C13のシリンダ部分の温度は実測される樹脂温度が197〜199℃となるように当該シリンダの温度を調整したが、区画C7においては、設定値198℃に対し実測値194.2℃区画、C11では設定値198℃に対し194.5と差があったがその他の区画では、上記設定温度と実測樹脂温度との差は1℃以内であった。 The temperature of the cylinder part of the sections C7 to C13 was adjusted so that the actually measured resin temperature was 197 to 199 ° C., but in the section C7, the measured value 194.2 ° C. with respect to the set value 198 ° C. In the section C11, there was a difference of 194.5 with respect to the set value 198 ° C., but in the other sections, the difference between the set temperature and the actually measured resin temperature was within 1 ° C.
区画C7に設けられた樹脂可塑化ガス注入口6から樹脂可塑化ガス注入装置11により臨界流体状態の二酸化炭素を注入した。注入量は樹脂100重量部に対して二酸化炭素が10重量部となるようにした。二酸化炭素のボンベ圧は8MPa、注入圧は13.3MPa、内圧(弁圧)は14MPa、二酸化炭素供給量は0.2kg/時であった。 Carbon dioxide in a critical fluid state was injected from the resin plasticizing gas injection port 6 provided in the section C7 by the resin plasticizing gas injection device 11. The amount of carbon dioxide was 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin. The cylinder pressure of carbon dioxide was 8 MPa, the injection pressure was 13.3 MPa, the internal pressure (valve pressure) was 14 MPa, and the carbon dioxide supply amount was 0.2 kg / hour.
区画C7〜C10中で、ポリ−L−乳酸(PLLA)とポリ−D−乳酸(PDLA)が混合され溶融混練されたものに二酸化炭素を圧入して混練した。区画C11に設けられた開放ベント口7から二酸化炭素をガス化して分離除去した。更に、区画C12に設けられた強制排気ベント口8から二酸化炭素をゲージ圧760mmHgにて強制的に排気し、生成したステレオコンプレックスポリ乳酸から二酸化炭素を脱ガスした。
二酸化炭素が除去されたステレオコンプレックスポリ乳酸を、アダプタ9を通して、ダイ10からストランドを押し出し、ペレタイザーでカットしてペレットを得た。ストランドの直径は約3mmであった。
In sections C7 to C10, poly-L-lactic acid (PLLA) and poly-D-lactic acid (PDLA) were mixed and melt-kneaded, and carbon dioxide was injected and kneaded. Carbon dioxide was gasified and separated and removed from the open vent port 7 provided in the section C11. Further, carbon dioxide was forcibly exhausted at a gauge pressure of 760 mmHg from the forced exhaust vent port 8 provided in the section C12, and carbon dioxide was degassed from the generated stereocomplex polylactic acid.
The stereocomplex polylactic acid from which carbon dioxide was removed was extruded from the die 10 through the adapter 9 and cut with a pelletizer to obtain pellets. The strand diameter was about 3 mm.
実施例1、2、3では、押出機のスクリュー回転用モータの電流値が、許容アンペア値の上限値一杯であったので、スクリューを回転させるトルク値が上げられるように実施例4では減速比を1/2にし2倍のトルクが得られる様に改良して高トルク押出を可能にした。ベクトルインバーターモータによる回転は減速機を介し減速比を1/2に設定した。モータの定格出力は75KW、定格回転数は2000rpm、定格トルクは358N・mであるため、二軸押出機のためスクリュー1本当たりのトルクは最大で358N・mにした。
アダプタ9およびダイ10の温度を215℃に設定し、その樹脂温度でストランドの押出成形をした。アダプタ、ダイ中に設けた樹脂温は215℃であったがダイから押し出された樹脂に直接温度端子先端部を突きさし測定した温度は219℃であった。スクリューの回転数は65rpmでモータの電流値は187〜193Aでありスクリュー2本当たりのの回転トルク値は206N・mであった。約3mm径のストランドをその後ペレタイザーにてペレタイズしペレットを得た。ペレットは黄変していなかった。
押出量は2kg/hr、区画C9で測定した圧力は6.3MPaであった。したがって二酸化炭素の亜臨界状態で樹脂の溶融、混練がなされたと思われる。
In Examples 1, 2, and 3, since the current value of the screw rotation motor of the extruder was full of the upper limit of the allowable amperage value, the reduction ratio in Example 4 was increased so that the torque value for rotating the screw could be increased. The torque was halved and improved so that twice the torque was obtained, enabling high torque extrusion. For the rotation by the vector inverter motor, the reduction ratio was set to 1/2 through the reduction gear. Since the rated output of the motor is 75 kW, the rated rotational speed is 2000 rpm, and the rated torque is 358 N · m, the maximum torque per screw is 358 N · m for the twin-screw extruder.
The temperature of the adapter 9 and the die 10 was set to 215 ° C., and the strand was extruded at the resin temperature. The temperature of the resin provided in the adapter and the die was 215 ° C., but the temperature measured by directly sticking the tip of the temperature terminal to the resin extruded from the die was 219 ° C. The rotational speed of the screw was 65 rpm, the current value of the motor was 187 to 193 A, and the rotational torque value per two screws was 206 N · m. A strand having a diameter of about 3 mm was then pelletized with a pelletizer to obtain a pellet. The pellets were not yellowed.
The extrusion rate was 2 kg / hr, and the pressure measured in section C9 was 6.3 MPa. Therefore, it seems that the resin was melted and kneaded in the subcritical state of carbon dioxide.
得られたペレットを用いて、通常の射出成型機(東洋機械金属株式会社製Si−80IV)にて射出成型した。尚、成型と成形とは同義であるが、慣例上射出の場合は成型という用語を用いられることが多いため以下の実施例における射出に関する説明をする場合は便宜的に成型を用いた。成型条件は金型に近いスクリュー先端側から、HEN(ノズルの金型側)が230℃、HIN(ノズルのシリンダ側)が230℃、シリンダーは4つに区画されノズルに近い方から順にH1〜H3が230℃、ホッパが取り付けられている区画部分のH4が40℃、金型温度が110℃、射出位置が42mm、冷却タイマーが180秒、充填圧力が100MPa、射出速度が40mm/sec、保圧が50MPa、保圧時間が10秒、SC回転数が30rpm、背圧が2MPa、VP切替が10mmであった。
射出成型品の形状は、引張試験用にJISK7113の1号ダンベル形状に、成型した。厚さは3mm、幅は10mmであった。曲げ試験用にはJISK7203に準じ曲げ試験用短冊形状に成型した。厚さは5mm、幅は12.7mmであった。
Using the obtained pellets, injection molding was performed with a normal injection molding machine (Si-80IV manufactured by Toyo Machine Metal Co., Ltd.). Molding and molding are synonymous. However, in the case of injection, the term “molding” is often used for customary purposes. Therefore, molding is used for convenience when explaining the injection in the following examples. Molding conditions are from the screw tip side near the die, HEN (nozzle die side) is 230 ° C, HIN (nozzle cylinder side) is 230 ° C, the cylinder is divided into four, and from H1 H3 is 230 ° C, H4 in the section where the hopper is attached is 40 ° C, mold temperature is 110 ° C, injection position is 42 mm, cooling timer is 180 seconds, filling pressure is 100 MPa, injection speed is 40 mm / sec, The pressure was 50 MPa, the holding time was 10 seconds, the SC rotation speed was 30 rpm, the back pressure was 2 MPa, and the VP switching was 10 mm.
The shape of the injection-molded product was molded into a JISK7113 No. 1 dumbbell shape for a tensile test. The thickness was 3 mm and the width was 10 mm. For the bending test, it was molded into a strip shape for bending test according to JISK7203. The thickness was 5 mm and the width was 12.7 mm.
引っ張り試験装置にて、つかみ具間距離100mm、引っ張り速度5mm/minにて引張試験を行った。
射出成型品の引張強さは24.7MPaであった。
A tensile test was performed using a tensile test apparatus at a distance between grips of 100 mm and a tensile speed of 5 mm / min.
The tensile strength of the injection molded product was 24.7 MPa.
曲げ試験装置にて、下部支点間距離80mmにて曲げ試験を行った。
射出成型品の曲げ強さは31.0MPaであった。
A bending test was performed with a bending test apparatus at a distance between lower fulcrums of 80 mm.
The bending strength of the injection molded product was 31.0 MPa.
一方押出で得られたペレットを実施例1と同様にDSC測定した。図8にチャートを示す。図8の横軸は温度(℃)である。ピークは245.75℃であった。尚、同図には比較のため、二酸化炭素の圧入を行わなかった比較例3のDSCチャートも参考のため同時に掲載している。
前述の方法にてWAXD(広角X線回折)を行った。結果を図9に示す。横軸は2θ(°)である。結晶化度は52%、Sc率(ステレオコンプレックス結晶の割合)は100%(単独ポリマーの結晶が0%)であった。
On the other hand, DSC measurement was performed on the pellets obtained by extrusion in the same manner as in Example 1. FIG. 8 shows a chart. The horizontal axis of FIG. 8 is temperature (° C.). The peak was 245.75 ° C. For comparison, the DSC chart of Comparative Example 3 in which carbon dioxide was not injected is also shown in the figure for reference.
WAXD (wide angle X-ray diffraction) was performed by the method described above. The results are shown in FIG. The horizontal axis is 2θ (°). The degree of crystallinity was 52%, and the Sc ratio (ratio of stereocomplex crystals) was 100% (single polymer crystals were 0%).
また、得られたペレット10gをホットプレス機を用い250℃でメルト(5分)し、12〜13MPaにてプレスし、水冷にて5分間急冷し、フィルム化した。
このフィルムをXRD(X線回析)による結晶構造を解析した。図10に結果を示す。図10の横軸は2θ(°)である。100%非晶質であった。
さらにこのフィルムを100℃で30分間アニーリングした。アニーリングしたフィルム
につきWAXD(広角X線回折)を行った。結果を図11に示す。横軸は2θ(°)である。結晶化度は56%、Sc率(ステレオコンプレックス結晶の割合)は5%(単独ポリマーの結晶の割合が95%)であった。
Moreover, 10 g of the obtained pellets were melted at 250 ° C. using a hot press machine (5 minutes), pressed at 12 to 13 MPa, quenched with water cooling for 5 minutes, and formed into a film.
The crystal structure of this film was analyzed by XRD (X-ray diffraction). The results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 10 is 2θ (°). It was 100% amorphous.
The film was then annealed at 100 ° C. for 30 minutes. The annealed film was subjected to WAXD (wide angle X-ray diffraction). The results are shown in FIG. The horizontal axis is 2θ (°). The degree of crystallinity was 56%, and the Sc ratio (stereo complex crystal ratio) was 5% (single polymer crystal ratio was 95%).
すなわち、一旦ステレオコンプレックスポリ乳酸が形成されたものがその後の高温下におくことにより、単独ポリマーの結晶化が進行していることを示す。したがってステレオコンプレックスポリ乳酸成形品を本法により直接押出成形する場合は問題ないが、押出成形後に更に熱プレス、アニール等の加熱成形をする場合には、その条件を適切に選ばねばならないことが示唆されていると思われる。 That is, once the stereocomplex polylactic acid is formed, the single polymer is crystallized by placing it at a high temperature thereafter. Therefore, there is no problem when a stereocomplex polylactic acid molded product is directly extruded by this method, but it is suggested that the conditions must be appropriately selected when performing heat molding such as hot pressing and annealing after extrusion molding. Seems to have been.
実施例4で用いたポリ―L―乳酸及びポリ―D―乳酸樹脂を1:1で合計した重量100重量部に対し、重合触媒の不活剤として太平化学産業株式会社のメタリン酸ナトリウム商品名「ヘキサメタリン酸ソーダ」を0.2%、加水分解抑制剤として日清紡ケミカル社の商品名「カルボジライトLA−1(登録商標)」」を0.2%、ポリ乳酸結晶核剤として日産化学工業社の商品名「エコプロモート(登録商標)」を3%の割合にて加え、ドライブレンド(手混ぜ)して、ホッパに供給した。以下特記した事項以外は実施例5と同様に行いステレオコンプレックスポリ乳酸を得た。
区画C4においては、設定値240℃に対し実測値234.9℃と差があったがその他の区画では、上記設定温度と実測樹脂温度との差は1℃以内であった。
二酸化炭素のボンベ圧は8.5MPa、注入圧は11.5MPa、内圧(弁圧)は12MPa、二酸化炭素供給量は0.2kg/時であった。
Sodium metaphosphate trade name of Taihei Chemical Sangyo Co., Ltd. as a polymerization catalyst inactivator for 100 parts by weight of the total of 1: 1 poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid resin used in Example 4 “Sodium hexametaphosphate” is 0.2%, Nisshinbo Chemical's trade name “Carbodilite LA-1 (registered trademark)” is 0.2% as a hydrolysis inhibitor, and Polylactic acid crystal nucleating agent is manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. The trade name “Eco Promote (registered trademark)” was added at a rate of 3%, dry blended (hand-mixed), and supplied to the hopper. A stereocomplex polylactic acid was obtained in the same manner as in Example 5 except for the items specifically mentioned below.
In the section C4, there was a difference from the measured value 234.9 ° C. with respect to the set value 240 ° C., but in the other sections, the difference between the set temperature and the measured resin temperature was within 1 ° C.
The cylinder pressure of carbon dioxide was 8.5 MPa, the injection pressure was 11.5 MPa, the internal pressure (valve pressure) was 12 MPa, and the amount of carbon dioxide supplied was 0.2 kg / hour.
ダイから押し出された樹脂温度測定値は218.4℃であった。スクリューの回転数は同じ65rpmであったがモータの電流値は197〜203Aであった。ストランドをその後ペレタイザーにてペレタイズしペレットを得た。ペレットは黄変していなかった。
押出量は2kg/hrであった。区画C9で測定した圧力は7.2MPaであった。したがって二酸化炭素の亜臨界状態で樹脂の溶融、混練がなされたと思われる。
(比較例3)
The measured temperature of the resin extruded from the die was 218.4 ° C. The number of rotations of the screw was the same 65 rpm, but the current value of the motor was 197 to 203A. The strand was then pelletized with a pelletizer to obtain pellets. The pellets were not yellowed.
The extrusion rate was 2 kg / hr. The pressure measured in the section C9 was 7.2 MPa. Therefore, it seems that the resin was melted and kneaded in the subcritical state of carbon dioxide.
(Comparative Example 3)
実施例4で用いたL―及びD―ポリ乳酸樹脂を用い、二酸化炭素を注入せずに高温で加熱混練してステレオコンプレックスポリ乳酸を得た。
以下特記した事項以外は実施例4と同様に行った。
シリンダ4の区画C1の温度を130℃、区画C2の温度を170℃、区画C3の温度を190℃、区画C4の温度を240℃、区画C5〜C13、アダプタ、金型を230℃に設定した。区画C3において、設定値240℃に対し実測値234.9℃、区画C4において、設定値240℃に対し実測値232.8℃、区画C8において、設定値230℃に対し実測値226.8℃と差があったが、その他の区画では、上記設定温度と実測樹脂温度との差は1〜2℃以内であった。
二酸化炭素は圧入せず、ベント口は二つとも開放しておいた。
ダイ10からストランドを押出、その後ペレタイズしてペレットを得た。
スクリューの回転数は65rpmでモータの電流値は56A、押出量は2kg/hr
であった。ストランドをその後ペレタイザーにてペレタイズしペレットを得た。
The L- and D-polylactic acid resins used in Example 4 were heated and kneaded at a high temperature without injecting carbon dioxide to obtain stereocomplex polylactic acid.
The same procedures as in Example 4 were performed except for the items specifically described below.
The temperature of the section C1 of the cylinder 4 is set to 130 ° C, the temperature of the section C2 is set to 170 ° C, the temperature of the section C3 is set to 190 ° C, the temperature of the section C4 is set to 240 ° C, the sections C5 to C13, the adapter, and the mold are set to 230 ° C. . In section C3, measured value 234.9 ° C. for set value 240 ° C., in section C4, measured value 232.8 ° C. for set value 240 ° C., in section C8, measured value 226.8 ° C. for set value 230 ° C. However, in the other sections, the difference between the set temperature and the actually measured resin temperature was within 1 to 2 ° C.
Carbon dioxide was not injected, and both vent ports were open.
A strand was extruded from the die 10 and then pelletized to obtain pellets.
Screw speed is 65rpm, motor current is 56A, extrusion rate is 2kg / hr
Met. The strand was then pelletized with a pelletizer to obtain pellets.
<成形品中の残存気泡量の測定>
スイス メトラー・トレド社製密度測定キットを用い、ペレットの密度を浮力法により2回の測定の平均値として求めた。
発泡倍率を比較例3で得られたペレットの密度を実施例4で得られたペレットの密度で除して求めた。発泡倍率は1.00であった。すなわち実施例4で得られたペレットは気泡を含まない中実体であり、ベントにより完全に脱ガスされていた。
<Measurement of amount of remaining bubbles in molded product>
Using a density measurement kit manufactured by METTLER TOLEDO, Switzerland, the density of the pellet was determined as an average value of two measurements by the buoyancy method.
The expansion ratio was obtained by dividing the density of the pellet obtained in Comparative Example 3 by the density of the pellet obtained in Example 4. The expansion ratio was 1.00. That is, the pellet obtained in Example 4 was a solid body containing no bubbles, and was completely degassed by the vent.
ポリ−L−乳酸(PLLA)として、Synbra Technology B.V.社製の押出グレードである PLLA 1510(後述の分子量測定の結果Mn=104,000、Mw=238,000、Mw/Mn=2.3)を使用した。
ポリ−D−乳酸(PDLA)として、Synbra Technology B.V.社製の押出グレードである PDLA 1510(後述の分子量測定の結果Mn=72,900、Mw=157,000、Mw/Mn=2.2)を使用した。
As poly-L-lactic acid (PLLA), Synbra Technology B.I. V. PLLA 1510 (extrusion grade Mn = 104,000, Mw = 238,000, Mw / Mn = 2.3 as a result of molecular weight measurement described later) was used.
As poly-D-lactic acid (PDLA), Synbra Technology B.I. V. PDLA 1510 (extrusion grade Mn = 72,900, Mw = 157,000, Mw / Mn = 2.2 as a result of molecular weight measurement described below), which is an extrusion grade manufactured by the company, was used.
上記原料を用い以下特記した事項以外は実施例4と同様に行った。
シリンダ4の区画C1の温度を130℃、区画C2の温度を170℃、区画C3の温度を190℃、区画C4の温度を240℃、区画C5、C6を230℃、区画C7〜C13を198℃、アダプタ、金型を215℃に設定した。区画C3において、設定値190℃に対し実測値191.2℃、区画C7において、設定値198℃に対し実測値191.8℃、区画C8において、区画C9において、設定値198℃に対し実測値201.2℃、と差があったが、その他の区画では、上記設定温度と実測樹脂温度との差は1〜2℃以内であった。
二酸化炭素のボンベ圧は7.5MPa、注入圧は10.8MPa、内圧(弁圧)は11MPa、二酸化炭素供給量は0.2kg/時であった。
The same procedure as in Example 4 was performed except for the items specified below using the above raw materials.
The temperature of the section C1 of the cylinder 4 is 130 ° C, the temperature of the section C2 is 170 ° C, the temperature of the section C3 is 190 ° C, the temperature of the section C4 is 240 ° C, the sections C5 and C6 are 230 ° C, and the sections C7 to C13 are 198 ° C. The adapter and mold were set at 215 ° C. In section C3, the measured value 191.2 ° C. for the set value 190 ° C., in section C 7 the measured value 191.8 ° C. for the set value 198 ° C., in section C 8 the measured value for the set value 198 ° C. in section C 9 Although the difference was 201.2 ° C., the difference between the set temperature and the actually measured resin temperature was within 1 to 2 ° C. in the other sections.
The cylinder pressure of carbon dioxide was 7.5 MPa, the injection pressure was 10.8 MPa, the internal pressure (valve pressure) was 11 MPa, and the carbon dioxide supply amount was 0.2 kg / hour.
スクリューの回転数は65rpmであったがモータの電流値は149〜153Aであった。尚 トルク値はスクリュー2本当たり163N・mであった。ストランドをその後ペレタイザーにてペレタイズしペレットを得た。ペレットは黄変していなかった。
押出量は2kg/hrであった。したがって二酸化炭素の超臨界状態で樹脂の溶融、混練がなされたと思われる。
得られたステレオコンプレックスポリ乳酸ペレットにつき後述の方法でDSCを測定したところ、単独ポリマーの結晶によるピークは無く、ステレオコンプレックスのみのピークがみられ、ピーク値から求めた融点は239.6℃、ΔHは85.7J/g(ステレオコンプレックス結晶のみ)、であった。結晶は全てステレオコンプレックスの結晶で、結晶化度は69.1%であった。図12にDSCチャートを示す。横軸は温度(℃)である。図中sc1510とは得られたステレオコンプレックスポリ乳酸を示す。
The number of rotations of the screw was 65 rpm, but the current value of the motor was 149 to 153A. The torque value was 163 N · m per two screws. The strand was then pelletized with a pelletizer to obtain pellets. The pellets were not yellowed.
The extrusion rate was 2 kg / hr. Therefore, it seems that the resin was melted and kneaded in the supercritical state of carbon dioxide.
When DSC was measured by the method described later for the obtained stereocomplex polylactic acid pellets, there was no peak due to single polymer crystals, only a stereocomplex peak was observed, and the melting point determined from the peak value was 239.6 ° C., ΔH Was 85.7 J / g (stereo complex crystals only). The crystals were all stereocomplex crystals, and the crystallinity was 69.1%. FIG. 12 shows a DSC chart. The horizontal axis is temperature (° C.). In the figure, sc1510 represents the obtained stereocomplex polylactic acid.
因みに原料のPLLA1510の融点は177.5℃、結晶化度は44.0%、PDLA1510の融点は182.0℃、結晶化度は53.8%であった。
前述の方法にてWAXD(広角X線回折)を行った。結果を図13に示す。横軸は2θ(°)である。図中sc1510とは得られたステレオコンプレックスポリ乳酸を示す。本チャートのピーク面積から求めた結晶化度は38%であった。
Incidentally, the melting point of the starting material PLLA1510 was 177.5 ° C., the crystallinity was 44.0%, the melting point of PDLA1510 was 182.0 ° C., and the crystallinity was 53.8%.
WAXD (wide angle X-ray diffraction) was performed by the method described above. The results are shown in FIG. The horizontal axis is 2θ (°). In the figure, sc1510 represents the obtained stereocomplex polylactic acid. The degree of crystallinity obtained from the peak area of this chart was 38%.
得られたペレットを以下特記した事項以外は実施例4と同様にして射出成型した。
射出条件はHENが230℃、HIN、H1〜H3が230℃、H4が40℃、金型温度が110℃、射出位置が45mm、冷却タイマーが230秒、充填時間が、0.75秒、充填圧力が100MPa、射出速度が50mm/sec、保圧が30MPa、保圧時間が100秒、SC回転数が60rpm、背圧が3.5MPa、VP切替が10mmであった。以上は射出成型品が結晶化する様に設定した射出条件である。
The obtained pellets were injection-molded in the same manner as in Example 4 except for the items specified below.
Injection conditions are HEN 230 ° C, HIN, H1-H3 230 ° C, H4 40 ° C, mold temperature 110 ° C, injection position 45mm, cooling timer 230 seconds, filling time 0.75 seconds, filling The pressure was 100 MPa, the injection speed was 50 mm / sec, the holding pressure was 30 MPa, the holding pressure time was 100 seconds, the SC rotation speed was 60 rpm, the back pressure was 3.5 MPa, and the VP switching was 10 mm. The above are the injection conditions set so that the injection molded product crystallizes.
尚参考用に射出成型品が非晶になる以下の条件でも射出した。
シリンダ温度が金型に近いスクリュー先端側から、HENが230℃、HIN、H1〜H3が230℃、ホッパ部分のH4が40℃、金型温度が30℃、射出位置が45mm、冷却タイマーが40秒、充填時間が、0.75秒、充填圧力が100MPa、射出速度が50mm/sec、保圧が30MPa、保圧時間が20秒、SC回転数が60rpm、背圧が3.5MPa、VP切替が10mmであった。
For reference, the injection molded product was also injected under the following conditions.
From the screw tip side where the cylinder temperature is close to the mold, HEN is 230 ° C, HIN, H1 to H3 are 230 ° C, hopper part H4 is 40 ° C, mold temperature is 30 ° C, injection position is 45mm, cooling timer is 40 Seconds, filling time 0.75 seconds, filling pressure 100 MPa, injection speed 50 mm / sec, holding pressure 30 MPa, holding pressure 20 seconds, SC rotation speed 60 rpm, back pressure 3.5 MPa, VP switching Was 10 mm.
射出成型品の形状は、引張試験用にJISK7113の1号ダンベル形状に、成型した。厚さは3mm、幅は10mmであった。曲げ試験用にはJISK7203の曲げ試験用短冊形状に成型した。厚さは5mm、幅は12.7mmであった。 The shape of the injection-molded product was molded into a JISK7113 No. 1 dumbbell shape for a tensile test. The thickness was 3 mm and the width was 10 mm. For the bending test, it was molded into a strip shape for bending test of JISK7203. The thickness was 5 mm and the width was 12.7 mm.
引っ張り試験装置にて、つかみ具間距離100mm、引っ張り速度5mm/minにて引張試験を行った。
結晶性射出成型品の引張強さは23.2MPa、非晶性射出成型品の引張強さは57.5MPaであった。
A tensile test was performed using a tensile test apparatus at a distance between grips of 100 mm and a tensile speed of 5 mm / min.
The tensile strength of the crystalline injection molded product was 23.2 MPa, and the tensile strength of the amorphous injection molded product was 57.5 MPa.
上記引っ張り試験で弾性率を求めた。結晶性射出成型品の弾性率は3510MPa、非晶性射出成型品の弾性率は3290MPaであった。 The elastic modulus was determined by the tensile test. The elastic modulus of the crystalline injection molded product was 3510 MPa, and the elastic modulus of the amorphous injection molded product was 3290 MPa.
曲げ試験装置にて、下部支点間距離80mmにて曲げ試験を行った。
結晶性射出成型品の曲げ強さは35.3MPa、非晶性射出成型品の曲げ強さは61.3MPaであった。
A bending test was performed with a bending test apparatus at a distance between lower fulcrums of 80 mm.
The bending strength of the crystalline injection molded product was 35.3 MPa, and the bending strength of the amorphous injection molded product was 61.3 MPa.
比較のため、原料のPLLA 1510単独、PDLA 1510単独を、それぞれ、実施例4に用いた押出機にて下記条件で押出し、ペレット化したものを射出成形した。二酸化炭素の注入は行わず、C1を130℃、C2を170℃、C3を190℃、C4を240℃、C5とC6を230℃、C7〜C13を198℃、アダプタ、金型を215℃に設定した。回転数は65rpm、電流値はPLLA 1510は96A、PDLA 1510は68Aであり、押出量は共に2kg/hrであった。 For comparison, the raw materials PLLA 1510 alone and PDLA 1510 alone were respectively extruded under the following conditions by the extruder used in Example 4, and pelletized. No injection of carbon dioxide, C1 130 ° C, C2 170 ° C, C3 190 ° C, C4 240 ° C, C5 and C6 230 ° C, C7-C13 198 ° C, adapter and mold 215 ° C Set. The number of revolutions was 65 rpm, the current values were 96 A for PLLA 1510 and 68 A for PDLA 1510, and the extrusion rates were both 2 kg / hr.
結晶性の射出成型品を得るための射出条件はシリンダ温度が金型に近いスクリュー先端側から、HENが200℃、HIN、H1〜H3が200℃、ホッパ部分のH4が40℃、金型温度が110℃、射出位置が45mm、冷却タイマーが150秒、充填時間が、0.75秒、充填圧力が100MPa、射出速度が50mm/sec、保圧が30MPa、保圧時間が100秒、SC回転数が60rpm、背圧が3.5MPa、VP切替が10mmであった。 The injection conditions for obtaining a crystalline injection-molded product are: HEN 200 ° C, HIN, H1-H3 200 ° C, hopper part H4 40 ° C, mold temperature 110 ° C., injection position 45 mm, cooling timer 150 seconds, filling time 0.75 seconds, filling pressure 100 MPa, injection speed 50 mm / sec, holding pressure 30 MPa, holding pressure 100 seconds, SC rotation The number was 60 rpm, the back pressure was 3.5 MPa, and the VP switching was 10 mm.
一方非晶性の射出成型品を得るための条件は、シリンダ温度が金型に近いスクリュー先端側から、HENが200℃、HIN、H1〜H3が200℃、ホッパ部分のH4が40℃、金型温度が31℃、射出位置が45mm、冷却タイマーが40秒、充填時間が、0.75秒、充填圧力が100MPa、射出速度が50mm/sec、保圧が30MPa、保圧時間が20秒、SC回転数が60rpm、背圧が3.5MPa、VP切替が10mmであった。 On the other hand, the conditions for obtaining an amorphous injection-molded product are as follows: HEN is 200 ° C., HIN, H1 to H3 are 200 ° C., and hopper portion H4 is 40 ° C. Mold temperature is 31 ° C., injection position is 45 mm, cooling timer is 40 seconds, filling time is 0.75 seconds, filling pressure is 100 MPa, injection speed is 50 mm / sec, holding pressure is 30 MPa, holding pressure time is 20 seconds, The SC rotation speed was 60 rpm, the back pressure was 3.5 MPa, and the VP switching was 10 mm.
これらの原料樹脂単独の押出品についても上記ステレオコンプレックスポリ乳酸と同様にして引張試験、曲げ試験を行った。
更にIzod,荷重たわみ温度についても比較試験を行ったが、射出成型品においては機械物性に関しては、ステレオコンプレックスに特に優位性はみられなかった。一旦押出を経てペレット化した物を更に230℃のシリンダ温度で射出成型したことに起因するものと推測される。
The extruded products of these raw material resins alone were also subjected to a tensile test and a bending test in the same manner as the stereocomplex polylactic acid.
Furthermore, a comparative test was conducted with respect to Izod and the deflection temperature under load. However, in the injection molded product, no particular advantage was found in the stereo complex with respect to mechanical properties. It is presumed that the product once pelletized through extrusion was injection-molded at a cylinder temperature of 230 ° C.
一方、実施例6で押出されて得られたステレオコンプレックスポリ乳酸の、ペレタイズしないままのストランド(直径約3mm)に対し引っ張り試験を行った。引っ張り強度は34MPaであった。 On the other hand, a tensile test was performed on the strand (diameter: about 3 mm) of the stereocomplex polylactic acid obtained by extrusion in Example 6 without being pelletized. The tensile strength was 34 MPa.
<ステレオコンプレックスポリ乳酸生成による分子量の変化>
1)分子量の測定は以下の方法で行った。
ポリマーの重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び分子量分布(Mw/Mn):ポリマーの重量平均分子量および数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定、標準ポリメタクリル酸メチルに換算した。
GPC測定は以下の装置及び条件にて行った。
ポンプ:島津製作所製LC10AD
検出器:島津製作所製RID−10A
解析装置:GPC for Windows(登録商標)
(検出データA/D変換装置(データ出力装置):pico ADC−216)
カラム:SHODEX HFIP−806カラム
ヘキサフルオロイソプロパノール(5mMトリフルオロ酢酸ナトリウム塩含有)を
溶離液とし温度40℃、流速0.6ml/minにて、濃度10mg/ml
の試料を10μl注入し測定した。
<Change in molecular weight due to stereocomplex polylactic acid production>
1) The molecular weight was measured by the following method.
Polymer weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn), and molecular weight distribution (Mw / Mn): polymer weight average molecular weight and number average molecular weight are measured by gel permeation chromatography (GPC), standard polymethacryl Converted to methyl acid.
GPC measurement was performed with the following apparatus and conditions.
Pump: LC10AD manufactured by Shimadzu Corporation
Detector: RID-10A manufactured by Shimadzu Corporation
Analysis device: GPC for Windows (registered trademark)
(Detection data A / D converter (data output device): pico ADC-216)
Column: SHODEX HFIP-806 column Hexafluoroisopropanol (containing 5 mM sodium trifluoroacetate) as eluent, temperature 40 ° C, flow rate 0.6 ml / min, concentration 10 mg / ml
10 μl of the sample was injected and measured.
2)測定結果1
実施例1及び実施例2の押出成形前の分子量
ポリ−L−乳酸(PLLA):Mn=130,000。Mw=338,000。
Mw/Mn=2.6
ポリ−D−乳酸(PDLA):Mn=106,000。Mw=238,000。
Mw/Mn=2.5
実施例1の押出成形後(ペレット)の分子量
Mn=108,000。Mw=310,000。
Mw/Mn=2.8
実施例2のアダプタから回収した樹脂の分子量
Mn=102,000。Mw=256,000。
Mw/Mn=2.6
この結果、ステレオコンプレックスポリ乳酸の生成時に分子量の低下はないものと判断できる。
2) Measurement result 1
Molecular weight poly-L-lactic acid (PLLA) before extrusion molding of Examples 1 and 2: Mn = 130,000. Mw = 338,000.
Mw / Mn = 2.6
Poly-D-lactic acid (PDLA): Mn = 106,000. Mw = 238,000.
Mw / Mn = 2.5
Molecular weight Mn = 108,000 after extrusion molding (pellet) in Example 1. Mw = 310,000.
Mw / Mn = 2.8
Molecular weight Mn of the resin recovered from the adapter of Example 2 = 102,000. Mw = 256,000.
Mw / Mn = 2.6
As a result, it can be determined that there is no decrease in molecular weight during the production of stereocomplex polylactic acid.
3)測定結果2
実施例3の押出成形前の分子量
ポリ−L−乳酸(PLLA):Mn=92,000。Mw=184,000。
Mw/Mn=2.0
ポリ−D−乳酸(PDLA):Mn=106,000。Mw=238,000。
Mw/Mn=2.5
実施例3の押出成形後(ペレット)の分子量
Mn=110,000。Mw=264,000。
Mw/Mn=2.4
この結果、ステレオコンプレックスポリ乳酸の生成時に分子量の低下はないものと判断できる。
3) Measurement result 2
Molecular weight poly-L-lactic acid (PLLA) before extrusion molding of Example 3: Mn = 92,000. Mw = 184,000.
Mw / Mn = 2.0
Poly-D-lactic acid (PDLA): Mn = 106,000. Mw = 238,000.
Mw / Mn = 2.5
Molecular weight Mn after extrusion molding (pellet) of Example 3 = 110,000. Mw = 264,000.
Mw / Mn = 2.4
As a result, it can be determined that there is no decrease in molecular weight during the production of stereocomplex polylactic acid.
実施例4の押出成形前の分子量
ポリ−L−乳酸(PLLA):Mn=58,000。Mw=129,000。
Mw/Mn=2.2
ポリ−D−乳酸(PDLA):Mn=81,500。Mw=162,000。
Mw/Mn=2.0
実施例4の押出成形後(ペレット)の分子量
Mn=52,200。Mw=94,000。
Mw/Mn=1.8
Molecular weight poly-L-lactic acid (PLLA) before extrusion molding of Example 4: Mn = 58,000. Mw = 129,000.
Mw / Mn = 2.2
Poly-D-lactic acid (PDLA): Mn = 81,500. Mw = 162,000.
Mw / Mn = 2.0
Molecular weight Mn after extrusion (pellet) in Example 4 = 52,200. Mw = 94,000.
Mw / Mn = 1.8
比較例3の押出成形前の分子量
ポリ−L−乳酸(PLLA):Mn=58,000。Mw=129,000。
Mw/Mn=2.2
ポリ−D−乳酸(PDLA):Mn=81,500。Mw=162,000。
Mw/Mn=2.0
比較例3の押出成形後(ペレット)の分子量
Mn=55,000。Mw=101,000。
Mw/Mn=1.8
Molecular weight poly-L-lactic acid (PLLA) before extrusion molding of Comparative Example 3: Mn = 58,000. Mw = 129,000.
Mw / Mn = 2.2
Poly-D-lactic acid (PDLA): Mn = 81,500. Mw = 162,000.
Mw / Mn = 2.0
Molecular weight Mn after extrusion molding (pellet) of Comparative Example 3 = 55,000. Mw = 101,000.
Mw / Mn = 1.8
実施例6の押出成形前の分子量
ポリ−L−乳酸(PLLA):Mn=104,000。Mw=238,000。Mw/Mn=2.3
ポリ−D−乳酸(PDLA):Mn=72,900。Mw=157,000。
Mw/Mn=2.2
実施例6の押出成形後(ペレット)の分子量
Mn=67,400。Mw=134,000。
Mw/Mn=2.0
Molecular weight poly-L-lactic acid (PLLA) before extrusion molding of Example 6: Mn = 104,000. Mw = 238,000. Mw / Mn = 2.3
Poly-D-lactic acid (PDLA): Mn = 72,900. Mw = 157,000.
Mw / Mn = 2.2
Molecular weight Mn after extrusion molding (pellet) of Example 6 = 67,400. Mw = 134,000.
Mw / Mn = 2.0
<得られたステレオコンプレックスポリ乳酸の融点>
得られたステレオコンプレックスポリ乳酸の融点は、DSCのピークトップから求めたが、再掲すると、実施例1および実施例2のものが220℃、実施例3のものが206℃、実施例4では245.75℃、実施例6では239.6℃であった。
なお、DSCの測定は以下のように行った。
DSC:島津製作所製、DSC−50
サンプル調整:サンプル5.0mgを計りとり、アルミニウムパンを用いて調整。
測定条件:窒素ガス20ml/min気流化において、昇温速度10℃/minで測定を実施した。
実施例毎のステレオコンプレックスポリ乳酸の融点の違いの原因は、明らかではないが、原料の光学純度の違い、および、生成したステレオコンプレックスポリ乳酸の結晶化度および結晶サイズの差に関係すると思われ、光学純度の高いポリ乳酸を用いることで融点の高いステレオコンプレックスポリ乳酸が得られたものと思われる。
<Melting point of stereocomplex polylactic acid obtained>
The melting point of the obtained stereocomplex polylactic acid was determined from the peak top of the DSC, but again, it was 220 ° C. for Example 1 and Example 2, 206 ° C. for Example 3, and 245 for Example 4. It was .75 ° C. and 239.6 ° C. in Example 6.
The DSC measurement was performed as follows.
DSC: manufactured by Shimadzu Corporation, DSC-50
Sample adjustment: Weigh out 5.0 mg of sample and adjust using an aluminum pan.
Measurement conditions: Measurement was carried out at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas flow of 20 ml / min.
The cause of the difference in melting point of the stereocomplex polylactic acid among the examples is not clear, but it seems to be related to the difference in the optical purity of the raw material and the crystallinity and crystal size of the stereocomplex polylactic acid produced. It is considered that stereocomplex polylactic acid having a high melting point was obtained by using polylactic acid having high optical purity.
<成形による着色>
ペレットを測色用可視分光光度計にて色相測定し、着色を調べた。
測定には 高速測色計 日立製作所製 C−2000S型を用いた。
硝子製の5mm筒に5mm厚にペレットを入れ、裏に反射板を置き、積分球を用いて反射光を測定した。光源はD65、視野角は10°であった。
L* a* b*を測定したが、黄変度の評価にはb*を用いた。
b*は実施例4に用いたPLLAは5.91、PDLAは5.07、実施例4で得られたステレオコンプレックスは5.80、実施例4と同原料を用い、二酸化炭素を圧入せず高温で成形した比較例3にて得られたステレオコンプレックスは7.70であった。すなわち、二酸化炭素を圧入して、低温で成形した本発明による製造方法を用いた方が黄変は小さいことが測定値としても示された。
<Coloring by molding>
The hue of the pellet was measured with a visible spectrophotometer for colorimetry, and coloring was examined.
A high-speed colorimeter C-2000S manufactured by Hitachi, Ltd. was used for the measurement.
A 5 mm thick pellet was placed in a glass 5 mm cylinder, a reflector was placed on the back, and the reflected light was measured using an integrating sphere. The light source was D65 and the viewing angle was 10 °.
L * a * b * was measured, but b * was used for evaluation of the degree of yellowing.
b * is 5.91 for PLLA used in Example 4, 5.07 for PDLA, 5.80 for the stereo complex obtained in Example 4, using the same raw materials as in Example 4, and without injecting carbon dioxide. The stereocomplex obtained in Comparative Example 3 molded at high temperature was 7.70. That is, it was also shown as a measured value that yellowing is smaller when the production method according to the present invention in which carbon dioxide is injected and molded at a low temperature is used.
本発明のステレオコンプレックスポリ乳酸の製造方法によれば、得られるステレオコンプレックスポリ乳酸は、融点が高く、色相変化が小さく、生産性に優れている。本発明のステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法によれば、ステレオコンプレックス成分が多く性能が優れ安価にステレオコンプレックスポリ乳酸成形品が得られるのでステレオコンプレックスポリ乳酸成形品の製造方法として好適である。本発明のステレオコンプレックスポリ乳酸の製造装置は、簡易で生産性に優れるため、ステレオコンプレックスポリ乳酸の製造方法に好適に用いられる。 According to the method for producing stereocomplex polylactic acid of the present invention, the resulting stereocomplex polylactic acid has a high melting point, a small hue change, and excellent productivity. The method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product of the present invention is suitable as a method for producing a stereocomplex polylactic acid molded product because a stereocomplex polylactic acid molded product is obtained with many stereocomplex components and excellent performance and low cost. Since the production apparatus for stereocomplex polylactic acid of the present invention is simple and excellent in productivity, it is preferably used in a method for producing stereocomplex polylactic acid.
1 押出機
2 押出機本体
3 ホッパ
4 シリンダ
5 スクリュー
6 樹脂可塑化ガス注入口
7 開放ベント口
8 強制排気ベント口
9 アダプタ
10 ダイ
11 樹脂可塑化ガス注入装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Extruder 2 Extruder main body 3 Hopper 4 Cylinder 5 Screw 6 Resin plasticization gas injection port 7 Open vent port 8 Forced exhaust vent port 9 Adapter 10 Die 11 Resin plasticization gas injection device
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