JP2014051570A - 熱曲げ加工用樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、(A)重量平均分子量が100,000以上のポリ乳酸樹脂(A成分)100重量部に対し、(B)ガラス転移温度が−30℃以下であるエラストマー(B成分)20〜90重量部を含む熱曲げ加工用樹脂組成物である。
【選択図】なし
Description
しかしながら、ポリ乳酸樹脂を結晶化させると脆く、硬くなるため、シートや成形品の熱曲げ加工を行うには十分に成形品を温める必要があり、生産性が悪いという問題があった。また逆に生産性を上げるために、成形品を温める時間を短くすると、成形品の割れや白化などの外観不良を起こしてしまう。
このため、熱曲げ加工を行いやすくするために柔軟性を付与する必要がある。特許文献2には、生分解性ポリマーであるポリ乳酸樹脂とエラストマーと無機充填材からなる組成物が示され、柔軟性が付与されることが示されている。特許文献3には、ポリエステル系熱可塑性エラストマーを含むポリ乳酸組成物が記載され、衝撃強度が付与されることが示されている。しかしながら、両者とも熱曲げに関する課題の提示はなく、エラストマーのガラス転移温度と熱曲げ特性に関する知見も何ら示されていない。
本発明の樹脂組成物は、A成分100重量部に対し、カルボジイミド化合物(C成分)0.01〜10重量部を含むことが好ましい。またA成分100重量部に対し、ヒンダートフェノール系化合物、ホスファイト系化合物、ホスホナイト系化合物、およびチオエーテル系化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の酸化防止剤(D成分)0.01〜2重量部を含むことが好ましい。
本発明のA成分として用いるポリ乳酸樹脂は、主としてL−乳酸単位からなるポリ−L乳酸樹脂、主としてD−乳酸単位からなるポリ−D乳酸樹脂、またはその混合物の何れを用いてもよい。
本発明においてポリ−L乳酸樹脂(A−1成分)、ポリ−D乳酸樹脂(A−2成分)は、式(1)で表されるL−乳酸単位またはD−乳酸単位から実質的になる。
ポリ−L乳酸樹脂(A−1成分)は、L−乳酸単位を90モル%以上含有することが好ましい。ポリ−D乳酸樹脂(A−2成分)は、D−乳酸単位を90モル%以上含有することが好ましい。
共重合単位としては、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が例示される。
ポリL−乳酸樹脂(A−1成分)とポリD−乳酸樹脂(A−2成分)の混合物を用いる場合、その重量比(A−1成分/A−2成分)は10:90〜90:10の範囲で含有されることが好ましい。A−1成分/A−2成分は、好ましくは40:60〜60:40、さらに好ましくは45:55〜55:45の範囲で含有されることが好ましい。
すなわちA成分が、L−乳酸単位を90モル%以上含有するポリ−L乳酸樹脂(A−1成分)およびD−乳酸単位を90モル%以上含有するポリ−D乳酸樹脂(A−2成分)を含有し、A−1成分とA−2成分との重量比が10:90〜90:10の範囲にあることが好ましい。
こうして作られたポリ乳酸樹脂は、高度にステレオコンプレックス結晶が形成されたステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂となり、示差走査熱量計(DSC)測定の昇温過程におけるポリ乳酸樹脂結晶由来の融解エンタルピーを用いて下記式(1)で表されるステレオコンプレックス結晶化度が80%以上であることが好ましい。
ステレオコンプレックス結晶化度=[△Hms/(△Hms+△Hmh)]×100 (1)
[但し、式(1)中、△Hmhと△Hmsは、それぞれ示差走査熱量計(DSC)の昇温過程において、190℃未満に現れる結晶融点の融解エンタルピー(△Hmh)、および190℃以上250℃未満に現れる結晶融点の融解エンタルピー(△Hms)である。]
なお、上記△Hmhと△Hmsは樹脂組成物を示差走査熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度20℃/分で測定することにより求めた。
ステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂の融点は、好ましくは200℃以上、より好ましくは205℃以上、更に好ましくは210℃以上である。ステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂の融点が200℃より低いと、その結晶性や融点の低さから耐熱性は不十分である。
融解エンタルピーは、20J/g以上が好ましく、より好ましくは30J/g以上である。融解エンタルピーが20J/gより低いと結晶性が低く、耐熱性は不十分である。
具体的には、ステレオコンプレックス結晶化度が80%以上であり、融点が200℃以上であり、融解エンタルピーが20J/g以上であることが好ましい。
本発明においてB成分として用いられるエラストマーはガラス転移温度が−30℃以下のエラストマーである。ガラス転移温度は−120℃〜−35℃が好ましく、−100℃〜−40℃がより好ましい。ガラス転移温度が−30℃より高い場合、熱曲げ加工時に樹脂成形品を長時間温める必要があり、熱曲げ加工用の材料として適さない。ガラス転移温度が−30℃以下のエラストマーとしては、ポリエステルエラストマー、ポリエチレンエラストマー、ポリアミドエラストマーなどが例示される。
ポリエチレンエラストマーとしては、相溶性の観点から共重合されている方が好ましい。
ポリアミドエラストマーは、ポリアミドオリゴマーをハードセグメントとし、ポリエステルまたはポリエーテルエステルをソフトセグメントとするエラストマーであり、例えばT&K TOKA(株)より市販されているTPAE−32(ガラス転移温度−40℃)などが例示される。
B成分の含有量は、A成分100重量部に対し20〜90重量部であり、30〜90重量部が好ましく、50〜80重量部がより好ましい。エラストマーの含有量が20重量部よりも少ないと熱曲げ加工時に、長時間ヒーターで成形体を温める必要があり、90重量部よりも多いと顕著な耐熱性の低下が見られる。
本発明の樹脂組成物は、A成分100重量部に対し、カルボジイミド化合物(C成分)0.01〜10重量部を含むことが好ましい。C成分のカルボジイミド化合物は、環状構造を持った環状カルボジイミド化合物、環状構造を持たない線状カルボジイミドのいずれも用いることが出来る。
本発明に用いる環状カルボジイミドの環状構造は、カルボジイミド基(−N=C=N−)を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている。一つの環状構造中には、1個のカルボジイミド基のみを有する。環状構造中の原子数は好ましくは8〜50であり、より好ましくは10〜30、さらに好ましくは10〜20、最も好ましいのは10〜15である。
ここで、環状構造中の原子数とは、環構造を直接構成する原子の数を意味し、例えば、8員環であれば8、50員環であれば50である。環状構造中の原子数が8より小さいと、環状カルボジイミド化合物の安定性が低下して、保管、使用が困難となる場合があるためである。また反応性の観点よりは環員数の上限値に関しては特別の制限はないが、50を超える原子数の環状カルボジイミド化合物は合成上困難となり、コストが大きく上昇することがある。かかる観点より環状構造中の原子数は好ましくは10〜30、より好ましくは10〜20、最も好ましくは10〜15の範囲が選択される。
<環状カルボジイミド(1)>
環状構造は、下記式(5)で表される構造である。
R1およびR2は各々独立に、それぞれヘテロ原子ならびに置換基を含んでいてもよい、2〜4価の炭素数1〜20の脂肪族基、2〜4価の炭素数3〜20の脂環族基、およびこれらの組み合わせ、またはこれら脂肪族基、脂環族基と2〜4価の炭素数5〜15の芳香族基の組み合わせである。
X1およびX2は各々独立に、それぞれヘテロ原子ならびに置換基を含んでいてもよい、2〜4価の炭素数1〜20の脂肪族基、2〜4価の炭素数3〜20の脂環族基、2〜4価の炭素数5〜15の芳香族基、またはこれらの組み合わせである。
X3は、それぞれヘテロ原子ならびに置換基を含んでいてもよい、2〜4価の炭素数1〜20の脂肪族基、2〜4価の炭素数3〜20の脂環族基、2〜4価の炭素数5〜15の芳香族基、またはこれらの組み合わせである。
本発明で用いる環状カルボジイミドとして、下記式(5)、(7)および(8)で表される化合物が挙げられる。
環状カルボジイミド化合物は従来公知の方法により製造することができる。例として、アミン体からイソシアネート体を経由して製造する方法、アミン体からイソチオシアネート体を経由して製造する方法、アミン体からトリフェニルホスフィン体を経由して製造する方法、アミン体から尿素体を経由して製造する方法、アミン体からチオ尿素体を経由して製造する方法、カルボン酸体からイソシアネート体を経由して製造する方法、ラクタム体を誘導して製造する方法などが挙げられる。
Tetrahedron Letters,Vol.34,No.32,515−5158,1993.
Medium−and Large−Membered Rings from Bis(iminophosphoranes):An Efficient Preparation of Cyclic Carbodiimides, Pedro Molina et al.
Journal of Organic Chemistry,Vol.61,No.13,4289−4299,1996.
New Models for the Study of the Racemization Mechanism of Carbodiimides.Synthesis and Structure(X−ray Crystallography and 1H NMR) of Cyclic Carbodiimides, Pedro Molina et al.
Journal of Organic Chemistry,Vol.43,No8,1944−1946,1978.
Macrocyclic Ureas as Masked Isocyanates, Henri Ulrich et al.
Journal of Organic Chemistry,Vol.48,No.10,1694−1700,1983.
Synthesis and Reactions of Cyclic Carbodiimides,
R.Richteret al.
Journal of Organic Chemistry,Vol.59,No.24,7306−7315,1994.
A New and Efficient Preparation of Cyclic Carbodiimides from Bis(iminophosphoranea)and the System Boc2O/DMAP,Pedro Molina et al.
製造する化合物に応じて、適切な製法を採用すればよいが、例えば、(1)下記式(a−1)で表されるニトロフェノール、下記式(a−2)で表されるニトロフェノールおよび下記式(b)で表される化合物を反応させ、下記式(c)で表されるニトロ体を得る工程、
C成分の含有量は、A成分100重量部に対し、0.01〜10重量部であることが好ましく、より好ましくは、0.01〜5重量部、さらに好ましくは0.1〜3重量部である。含有量が0.01重量部未満ではカルボキシル末端に対する末端封鎖剤の添加量が少なすぎ、十分な耐加水分解性が得られない場合があり、10重量部を超えるとゲル化などを起し、流動性が著しく低下する場合がある。
本発明の樹脂組成物には、酸化防止剤(D成分)として、ヒンダードフェノール系化合物、ホスファイト系化合物、ホスホナイト系化合物、およびチオエーテル系化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の酸化防止剤を使用することができる。酸化防止剤(D成分)を配合する事により、成形加工時の色相や流動性が安定するだけでなく、耐加水分解性の向上にも効果がある。
また、前記ヒンダードフェノール系化合物とホスファイト系化合物、ホスホナイト系化合物、チオエーテル系化合物のいずれか1種類以上を組み合わせて使用することが好ましい。ヒンダードフェノール系化合物とホスファイト系化合物、ホスホナイト系化合物、チオエーテル系化合物のいずれか1種類以上を組み合わせて使用することで、安定剤としての相乗効果が発揮され、より成形加工時の色相、流動性の安定化、耐加水分解性の向上に効果がある。
<ハイドロタルサイト>
本発明ではハイドロタルサイトを含むことができる。本発明で使用するハイドロタルサイトは、下記一般式(9)で表される合成ハイドロタルサイトが好ましい。
式(9)中の[M2+ 1−XN3+ x(OH)2]は水酸化物シートで、金属イオンを6つのOHが取り囲んで形成する八面体が互いに陵を共有することによって作られる。この水酸化物シートが重なって層状構造を形成している。式中(9)中の[An− x/n・mH2O]は、水酸化物シートの間に入るn価の陰イオンと結晶水を表す。
ハイドロタルサイトがポリ乳酸樹脂の耐加水分解性を向上させるメカニズムは定かでは無いが、熱分解および加水分解によって発生した乳酸など、ポリ乳酸樹脂の加水分解反応の触媒となる酸を吸着するためと考えられる。
脱水処理、表面処理のされていないハイドロタルサイトとしては、DHT−6(協和化学工業(株)製)、脱水処理のみされているハイドロタルサイトとしては、DHT−4C(協和化学工業(株)製)、表面処理のみされているハイドロタルサイトとしては、DHT−4A(協和化学工業(株)製)、脱水処理、表面処理の両方がされているハイドロタルサイトとしては、DHT−4A−2(協和化学工業(株)製)がそれぞれ市販品として入手することが出来る。
ハイドロタルサイトの含有量は、A成分100重量部に対し、0.01〜0.3重量部が好ましく、0.03〜0.2重量部がより好ましく、0.05〜0.2重量部が最も好ましい。ハイドロタルサイトの添加量が0.01重量部未満では、耐加水分解性向上の効果が得られず、ハイドロタルサイトの添加量が0.3重量部超では、ポリ乳酸樹脂の熱分解などを引き起し、かえって耐加水分解性が悪化する場合がある。
本発明の樹脂組成物は光安定剤を含有していてもよい。光安定剤としては、具体的には例えば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、芳香族ベンゾエート系化合物、蓚酸アニリド系化合物、シアノアクリレート系化合物およびヒンダードアミン系化合物等を挙げることができる。
蓚酸アニリド系化合物としては、2−エトキシ−2’−エチルオキザリックアシッドビスアニリド、2−エトキシ−5−tert−ブチル−2’−エチルオキザリックアシッドビスアニリド、2−エトキシ−3’−ドデシルオキザリックアシッドビスアニリド等が挙げられる。
シアノアクリレート系化合物としては、エチル−2−シアノ−3,3’−ジフェニルアクリレート、2−エチルヘキシル−シアノ−3,3’−ジフェニルアクリレート等が挙げられる。
光安定剤の含有量は、A成分100重量部に対し、好ましくは0.01〜3重量部、より好ましくは0.03〜2重量部である。
本発明の樹脂組成物は結晶化促進剤を含有していてもよい。結晶化促進剤を含有することで、機械的特性、耐熱性および成形性に優れた成形品を得ることができる。
即ち結晶化促進剤の適用により、ポリ乳酸樹脂(A成分)の成形性、結晶性が向上し、通常の射出成形においても十分に結晶化し耐熱性、耐湿熱安定性に優れた成形品を得ることができる。加えて、成形品を製造する製造時間を大幅に短縮でき、その経済的効果は大きい。
結晶化促進剤として、無機系の結晶化核剤および有機系の結晶化核剤のいずれをも使用することができる。
結晶化促進剤の含有量は、A成分100重量部に対し、好ましくは0.01〜30重量部、より好ましくは0.05〜20重量部である。
本発明の樹脂組成物は、有機充填剤を含有することができる。有機充填剤を含有することで、機械的特性、耐熱性および成形性に優れた樹脂組成物を得ることができる。
紙粉は成形性の観点から接着剤、取り分け紙を加工する際に通常使用される酢酸ビニル樹脂系エマルジョンやアクリル樹脂系エマルジョン等のエマルジョン系接着剤、ポリビニルアルコール系接着剤、ポリアミド系接着剤等のホットメルト接着剤等を含むものが好ましく例示される。
本発明の樹脂組成物は離型剤を含有していてもよい。離型剤として具体的には、脂肪酸、脂肪酸金属塩、オキシ脂肪酸、パラフィン、低分子量のポリオレフィン、脂肪酸アミド、アルキレンビス脂肪酸アミド、脂肪族ケトン、脂肪酸部分鹸化エステル、脂肪酸低級アルコールエステル、脂肪酸多価アルコールエステル、脂肪酸ポリグリコールエステル、変性シリコーン等を挙げることができる。これらを配合することで機械特性、成形性、耐熱性に優れたポリ乳酸樹脂成形品を得ることができる。
脂肪酸としては炭素数6〜40のものが好ましく、具体的には、オレイン酸、ステアリン酸、ラウリン酸、ヒドロキシステアリン酸、ベヘン酸、アラキドン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、パルミチン酸、モンタン酸およびこれらの混合物等が挙げられる。脂肪酸金属塩としては炭素数6〜40の脂肪酸のアルカリ(土類)金属塩が好ましく、具体的にはステアリン酸カルシウム、モンタン酸ナトリウム、モンタン酸カルシウム、等が挙げられる。
低分子量のポリオレフィンとしては例えば分子量5000以下のものが好ましく、具体的にはポリエチレンワックス、マレイン酸変性ポリエチレンワックス、酸化タイプポリエチレンワックス、塩素化ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等が挙げられる。脂肪酸アミドとしては炭素数6以上のものが好ましく、具体的にはオレイン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘン酸アミド等が挙げられる。
アルキレンビス脂肪酸アミドとしては炭素数6以上のものが好ましく、具体的にはメチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)ステアリン酸アミド等が挙げられる。脂肪族ケトンとしては炭素数6以上のものが好ましく、高級脂肪族ケトン等が挙げられる。
脂肪酸多価アルコールエステルとしては、グリセロールトリステアレート、グリセロールジステアレート、グリセロールモノステアレート、ペンタエリスルトールテトラステアレート、ペンタエリスルトールトリステアレート、ペンタエリスルトールジミリステート、ペンタエリスルトールモノステアレート、ペンタエリスルトールアジペートステアレート、ソルビタンモノベヘネート等が挙げられる。脂肪酸ポリグリコールエステルとしてはポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリトリメチレングリコール脂肪酸エステル、ポリプロピレングリコール脂肪酸エステル等が挙げられる。
そのうち脂肪酸、脂肪酸金属塩、オキシ脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸部分鹸化エステル、パラフィン、低分子量ポリオレフィン、脂肪酸アミド、アルキレンビス脂肪酸アミド、が好ましく、脂肪酸部分鹸化エステル、アルキレンビス脂肪酸アミドがより好ましい。なかでもモンタン酸エステル、モンタン酸部分鹸化エステル、ポリエチレンワックス、酸価ポリエチレンワックス、ソルビタン脂肪酸エステル、エルカ酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドが好ましく、特にモンタン酸部分鹸化エステル、エチレンビスステアリン酸アミドが好ましい。
離型剤は、1種類で用いても良いし2種以上を組み合わせて用いても良い。離型剤の含有量は、A成分100重量部に対し、好ましくは0.01〜3重量部、より好ましくは0.03〜2重量部である。
本発明の樹脂組成物は帯電防止剤を含有していてもよい。帯電防止剤として、(β−ラウラミドプロピオニル)トリメチルアンモニウムスルフェート、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの第4級アンモニウム塩系、スルホン酸塩系化合物、アルキルホスフェート系化合物等が挙げられる。
帯電防止剤は1種類で用いても良いし2種以上を組み合わせて用いても良い。帯電防止剤の含有量は、A成分100重量部に対し、好ましくは0.05〜5重量部、より好ましくは0.1〜5重量部である。
また本発明においては、本発明の趣旨に反しない範囲において、フェノール樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス転移温度が−30℃より高いポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶性ポリエステル樹脂、ガラス転移温度が−30℃より高いポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル/スチレン共重合体(AS樹脂)、ポリスチレン樹脂、高衝撃ポリスチレン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂などの熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。また有機、無機系の染料、顔料を含む着色剤、例えば、二酸化チタン等の酸化物、アルミナホワイト等の水酸化物、硫化亜鉛等の硫化物、紺青等のフェロシアン化物、ジンククロメート等のクロム酸塩、硫酸バリウム等の硫酸塩、炭酸カルシウム等の炭酸塩、群青等の珪酸塩、マンガンバイオレット等のリン酸塩、カーボンブラック等の炭素、ブロンズ粉やアルミニウム粉等の金属着色剤等を含有させても良い。また、ナフトールグリーンB等のニトロソ系、ナフトールイエローS等のニトロ系、ナフトールレッド、クロモフタルイエローどのアゾ系、フタロシアニンブルーやファストスカイブルー等のフタロシアニン系、インダントロンブルー等の縮合多環系着色剤等、グラファイト、フッソ樹脂等の摺動性改良剤等の添加剤を含有させても良い。これらの添加剤は単独であるいは2種以上を併用することもできる。
i)共存組成物の調製
本発明において、ポリ乳酸樹脂(A成分)としてポリ−L乳酸樹脂(A−1成分)、ポリ−D乳酸樹脂(A−2成分)との混合物を用いる場合、他の添加剤成分と溶融混合する前に、式(3)および/または式(4)で表される燐酸エステル金属塩、ポリ−L乳酸樹脂(A−1成分)並びにポリ−D乳酸樹脂(A−2成分)を予め共存させておくのが好ましい。共存させる方法としては、ポリ−L乳酸樹脂(A−1成分)と、ポリ−D乳酸樹脂(A−2成分)とをできるだけ均一に混合させる方法が、それらを熱処理したときにステレオコンプレックス結晶を効率的に生成させることが可能となるため好ましい。かかる共存組成物の調製は、それらが熱処理されたときに均一に混合される方法であれば、いかなる方法をもとることができ、溶媒の存在下で行う方法、溶媒の非存在下で行う方法などが例示される。
上記共存組成物の調製を溶媒の存在下で行う方法としては、溶液に溶解した状態からの再沈殿により共存組成物を得る方法、加熱によって溶媒を除去することにより共存組成物を得る方法などが好適に挙げられる。
溶媒は、ポリ乳酸樹脂(A−1成分、A−2成分)が溶解するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、フェノール、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ブチロラクトン、トリオキサン、ヘキサフルオロイソプロパノール等の単独あるいは2種以上混合したものが好ましい。
特にカルボジイミド化合物(C成分)を共存組成物の調製の段階で添加しておくことは、末端封鎖剤とポリ乳酸樹脂(A成分)との混合がより均一となることで、ポリ乳酸樹脂の酸性末端がより効率的に封鎖されるために、得られた最終樹脂組成物の耐加水分解性を向上させる上で好ましい。また、ヒンダードフェノール系化合物、ホスファイト系化合物、ホスホナイト系化合物、チオエーテル系化合物などの酸化防止剤を共存組成物の調製の段階で添加しておくことも、後に続く共存組成物の熱処理段階における熱安定性を向上させる上で特に好ましい。
本発明において、ポリ乳酸樹脂(A成分)としてポリ−L乳酸樹脂(A−1成分)、ポリ−D乳酸樹脂(A−2成分)との混合物を用いる場合、他の添加剤成分と溶融混合する前に、ポリ乳酸樹脂(A−1成分、A−2成分)と式(3)または式(4)で表される燐酸エステル金属塩の共存組成物を熱処理するのが好ましい。かかる熱処理とは、その組成物を240〜300℃の温度領域で一定時間保持することをいう。熱処理の温度は好ましくは250〜300℃、より好ましくは260〜290℃である。300℃を超えると、分解反応を抑制するのが難しくなるので好ましくなく、240℃未満の温度では熱処理による均一混合が進まず、ステレオコンプレックス結晶が効率的に生成しにくくなるので好ましくない。熱処理の時間は特に限定されるものではないが、0.2〜60分、好ましくは1〜20分である。熱処理時の雰囲気は、常圧の不活性雰囲気下、または減圧のいずれも適用可能である。熱処理に用いる装置、方法としては、雰囲気調整を行いながら加熱できる装置、方法であればいかなる方法をも用いることができるが、たとえば、バッチ式の反応器、連続式の反応器、二軸あるいは一軸のエクストルーダーなど、またはプレス機、流管式の押出機を用いて、成形しながら処理する方法をとることも出来る。ここで、ポリ乳酸樹脂(A−1成分、A−2成分)並びに、式(3)または式(4)で表される燐酸エステル金属塩の共存組成物の調製を、溶媒の非存在下にて溶融混合する方法により行う場合には、かかる共存組成物の調製と同時に、該共存組成物の熱処理をも達成できる。
本発明の樹脂組成物は、ポリ乳酸樹脂(A成分)(前記熱処理された共存組成物を含む)、エラストマー(B成分)、カルボジイミド化合物(C成分)、酸化防止剤(D成分)、並びにその他添加剤成分を混合することによって製造される。(ただし、共存組成物中に含有されている成分は除く。)
その他添加剤成分としては、ハイドロタルサイト、無機充填材折れ抑制剤、滑剤、紫外線吸収剤、光安定剤、離型剤、流動改質剤、着色剤、光拡散剤、蛍光増白剤、蓄光顔料、蛍光染料、帯電防止剤、抗菌剤、結晶核剤等、任意の添加剤成分が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、通常前記方法で製造されたペレットとして得られ、これを原料として射出成形、押出成形など、各種成形方法による製品を製造することができる。すなわち本発明は、熱曲げ加工用樹脂組成物を、射出成形、押出成形、熱成形、ブロー成形または発泡成形により成形した成形品を熱曲げ加工した成形品を包含する。
押出成形においては、各種異形押出成形品、シート、フィルムなどの製品を得ることができる。またシート、フィルムの成形にはインフレーション法や、カレンダー法、キャスティング法なども使用可能である。さらに特定の延伸操作をかけることにより熱収縮チューブとして成形することも可能である。
本発明の樹脂組成物を回転成形やブロー成形などに供することにより、中空成形品を得ることも可能である。
下記の製造例に示す方法により、ポリ乳酸樹脂の製造を行った。また製造例中における各値は下記の方法で求めた。
(1)ポリマーの重量平均分子量(Mw)
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、標準ポリスチレンに換算した。GPC測定機器は、検出器として、示差屈折計島津RID−6Aを用い、カラムとして東ソ−TSKgelG3000HXLを使用した。測定は、クロロホルムを溶離液とし温度40℃、流速1.0ml/minにて、濃度1mg/ml(1%ヘキサフルオロイソプロパノールを含むクロロホルム)の試料を10μl注入することにより行った。
(2)カルボキシル基濃度
試料を精製o−クレゾールに窒素気流下で溶解した後、ブロモクレゾールブルーを指示薬とし、0.05規定水酸化カリウムのエタノール溶液で滴定した。
(3)ステレオコンプレックス結晶化度
DSC(TAインスルメント社製 TA−2920)測定の昇温過程におけるポリ乳酸樹脂(A成分)結晶由来の融解エンタルピーを用いて、下記式(1)より、ステレオコンプレックス結晶化度のパラメーターを評価した。
ステレオコンプレックス結晶化度=[△Hms/(△Hms+△Hmh)]×100 (1)
[但し、式(1)中、△Hmhと△Hmsは、それぞれ示差走査熱量計(DSC)の昇温過程において、190℃未満に現れる結晶融点の融解エンタルピー(△Hmh)、および190℃以上250℃未満に現れる結晶融点の融解エンタルピー(△Hms)である。]
なお、上記△Hmhと△Hmsは樹脂組成物を示差走査熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度20℃/分で測定することにより求めた。
本発明の実施例、比較例においては、以下の材料を使用した。
[製造例1−1]
L−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所製、光学純度100%)100重量部に対し、オクチル酸スズを0.005重量部加え、窒素雰囲気下、攪拌翼のついた反応機にて、180℃で2時間反応し、オクチル酸スズに対し1.2倍当量の燐酸を添加しその後、13.3Paで残存するラクチドを除去し、ペレット化し、ポリL−乳酸樹脂(A−1)を得た。得られたポリL−乳酸樹脂の重量平均分子量は15.2万、融解エンタルピー(ΔHmh)は49J/g、融点(Tmh)は175℃、ガラス転移点(Tg)55℃、カルボキシル基含有量は14eq/tonであった。
[製造例1−2]
製造例1−1のL−ラクチドのかわりにD−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所製、光学純度100%)を使用する以外は製造例1−1と同様の操作を行い、ポリD−乳酸樹脂(A−2)を得た。得られたポリD−乳酸樹脂の重量平均分子量は15.1万、融解エンタルピー(ΔHmh)は48J/g、融点(Tmh)は175℃、ガラス転移点(Tg)55℃、カルボキシル基含有量は15eq/ton、であった。
[製造例1−3]
製造例1−1および1−2で得られたPLLA,PDLAの各50重量部よりなるポリ乳酸樹脂計100重量部並びに燐酸−2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチルフェニル)ナトリウム(アデカスタブNA−11:(株)ADEKA製)0.1重量部をブレンダーで混合後、110℃で5時間乾燥し、径30mmφのベント式二軸押出機[(株)日本製鋼所製TEX30XSST]に供給し、シリンダー温度250℃、スクリュー回転数250rpm、吐出量9kg/h、およびベント減圧度3kPaで溶融押出してペレット化し、ステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂(A−3)を得た。得られたステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂の重量平均分子量は13万、融解エンタルピー(ΔHms)は56J/g、融点(Tms)は220℃、ガラス転移点(Tg)58℃、カルボキシル基含有量は17eq/ton、式(1)を用いて算出したステレオコンプレックス結晶化度は、100%であった。
[製造例1−4]
製造例1−1および1−2で得られたPLLA,PDLAの各50重量部よりなるポリ乳酸樹脂計100重量部並びに燐酸−2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチルフェニル)ナトリウム(アデカスタブNA−11:(株)ADEKA製)0.1重量部をブレンダーで混合後、110℃で5時間乾燥し、径30mmφのベント式二軸押出機[(株)日本製鋼所製TEX30XSST]に供給し、シリンダー温度280℃、スクリュー回転数250rpm、吐出量8kg/h、およびベント減圧度3kPaで溶融押出してペレット化し、ステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂(A−4)を得た。得られたステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂の重量平均分子量は10.5万、融解エンタルピー(ΔHms)は59J/g、融点(Tms)は217℃、ガラス転移点(Tg)57℃、カルボキシル基含有量は23eq/ton、式(1)を用いて算出したステレオコンプレックス結晶化度は、100%であった。
[製造例1−5]
製造例1−1および1−2で得られたPLLA,PDLAの各50重量部よりなるポリ乳酸樹脂計100重量部並びに燐酸−2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチルフェニル)ナトリウム(アデカスタブNA−11:(株)ADEKA製)0.1重量部をブレンダーで混合後、110℃で5時間乾燥し、径30mmφのベント式二軸押出機[(株)日本製鋼所製TEX30XSST]に供給し、シリンダー温度290℃、スクリュー回転数250rpm、吐出量5kg/h、およびベント減圧度3kPaで溶融押出してペレット化し、ステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂(A’−1)を得た。得られたステレオコンプレックスポリ乳酸樹脂の重量平均分子量は9.2万、融解エンタルピー(ΔHms)は59J/g、融点(Tms)は214℃、ガラス転移点(Tg)56℃、カルボキシル基含有量は29eq/ton、式(1)を用いて算出したステレオコンプレックス結晶化度は、100%であった。
下記の製造例に示す方法により、環状カルボジイミドの製造を行った。また製造例中における各値は下記の方法で求めた。
(1)環状カルボジイミド構造のNMRによる同定
合成した環状カルボジイミド化合物のNMRによる同定は、日本電子(株)製JNR−EX270を使用し、1H−NMR、13C−NMRによって確認した。尚、溶媒は重クロロホルムを用いた。
(2)環状カルボジイミドのカルボジイミド骨格のIRによる同定
合成した環状カルボジイミド化合物のカルボジイミド骨格の同定は、ニコレー(株)製Magna−750を使用し、FT−IRよってカルボジイミドに特徴的な2100〜2200cm−1の吸収ピークを確認することで行った。
本発明の実施例において、以下の材料を使用した。
[製造例2]
o−ニトロフェノール(0.11mol)と1,2−ジブロモエタン(0.05mol)、炭酸カリウム(0.33mol)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)200mlを攪拌装置および加熱装置を設置した反応装置にN2雰囲気下仕込み、130℃で12時間反応後、DMFを減圧により除去し、得られた固形物をジクロロメタン200mlに溶かし、水100mlで3回分液を行った。有機層を硫酸ナトリウム5gで脱水し、ジクロロメタンを減圧により除去し、中間生成物A(ニトロ体)を得た。
B−1:クラレ(株)製 SEPTON8006 [ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)ブロック−ポリスチレン/ガラス転移温度−55℃]
B−2:東レ・デュポン(株)製 ハイトレル4057 [ポリブチレンテレフタレート−ポリテトラメチレングリコール ブロック共重合体/ガラス転移温度−30℃]
B−3:T&K TOKA(株)製 TPAE−32 [ポリエーテルエステルアミド系エラストマー/ガラス転移温度−40℃]
B−4:住友化学(株)製 ボンドファースト7M [エチレン−グリシジルメタクリレート−アクリル酸メチル共重合体/ガラス転移温度−33℃]
B’−1:東レ・デュポン(株)製 ハイトレル5557 [ポリブチレンテレフタレート−ポリテトラメチレングリコールブロック共重合体/ガラス転移温度−20℃]
B’−2:クレイトンポリマージャパン(株)製 G1641HU [ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)ブロック−ポリスチレン/ガラス転移温度−25℃]
D−1:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製 Irganox1076 [n−オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]
D−2:(株)アデカ製 PEP−24G [ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト]
D−3:クラリアントジャパン(株)製 サンドスタブP−EPQ[テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)[1,1−ビフェニル]−4,4’−ジイルビスホスホナイト]
D−4:(株)アデカ製 アデカスタブAO―412S[3−ラウリルチオプロピオネート]
下記の実施例、比較例に示す方法により、ポリ乳酸樹脂(A成分)と添加剤との樹脂組成物ペレットの製造を行った。また実施例中における各値は下記の方法で求めた。
(1)荷重たわみ温度
組成物を射出成形機(東芝機械(株)製:IS−150EN)を使用して、シリンダー温度230℃、金型温度120℃、成形サイクル70秒にて、80mm×10mm×4mmのISO規格に準拠した試験片を成形し、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間放置した後、ISO75−1および2に準拠して、荷重0.45MPaにて測定した。
(2)熱曲げ試験
樹脂組成物を射出成形機(東芝機械(株)製:IS−150EN)を使用して、シリンダー温度230℃、金型温度120℃、成形サイクル70秒にて、ISO527−2記載の1A形の成形片を作成した。次に、成形片の中心をニシムラオプティカル製のNo.169電子ヒーターの熱風口から20mmの位置に所定時間静置して成形品を温めた。次に、成形品を熱風口から遠ざけた後、成形品を引っ繰り返し、成形品の両端を持って熱風を当てた面と反対方向に成形品の両端が完全に付くまで素早く曲げた。そのまま10分間静置した後、成形品表面が白化したかを目視にて判定した。なお、成形品を電子ヒーターで温める時間は、10秒から180秒まで10秒毎に増やしていき、完全に白化が見られなくなった時間を評価した。
(3)耐加水分解性
樹脂組成物を射出成形機(東芝機械(株)製:IS−150EN)を使用して、シリンダー温度230℃、金型温度120℃、成形サイクル70秒にて、ISO527−2記載の1A形の成形片を作成した。次に、この成形片を80℃×95%RH条件にて200h、湿熱処理を行った。ISO527−1、ISO527−2に準拠して、引張試験を実施し、湿熱処理前の引張最大応力と湿熱処理後の引張最大応力から保持率[(湿熱処理後の引張最大応力/湿熱処理前の引張最大応力)×100]を算出した。
ポリ乳酸樹脂として製造例1−1で製造したポリ乳酸樹脂A−1成分を用いて、表2の組成をドライブレンドにて均一に予備混合した後、かかる予備混合物を第1供給口より供給し、溶融押出してペレット化した。ここで、第一供給口とは根元の供給口のことである。溶融押出は、径30mmφのベント式二軸押出機[(株)日本製鋼所製TEX30XSST]を用い実施した。また、押出温度は、C1/C2〜C11/D=10℃/230℃/240℃とし、スクリュー回転数は150rpm、吐出量は20kg/h、ベント減圧度は3kPaとした。
得られたペレットを100℃で5時間、熱風循環式乾燥機により乾燥し、射出成形機(東芝機械(株)製:IS−150EN)にて成形を実施し、評価を行った。結果を表2に示す。
ポリ乳酸樹脂として製造例1−2で製造したポリ乳酸樹脂A−2成分を用いた以外は実施例1と同様の方法でペレット化し、その評価を実施した。結果を表2に示す。
ポリ乳酸樹脂として製造例1−3で製造したポリ乳酸樹脂A−3成分を用いた以外は実施例1と同様の方法でペレット化し、その評価を実施した。結果を表2〜表4に示す。
ポリ乳酸樹脂として製造例1−4で製造したポリ乳酸樹脂A−4成分を用いた以外は実施例1と同様の方法でペレット化し、その評価を実施した。結果を表2に示す。
ポリ乳酸樹脂として製造例1−5で製造したポリ乳酸樹脂A’−1成分を用いた以外は実施例1と同様の方法でペレット化し、その評価を実施した。結果を表3に示す。
重量平均分子量100,000以上のポリ乳酸樹脂とガラス転移温度が−30℃以下のエラストマーを用いた実施例1〜13は、熱曲げ試験時に白化しなくなる時間が短く、熱曲げ用の材料として適したものであった。
ポリ乳酸樹脂のみを用いた場合は、熱曲げ試験時に成形片を180秒以上電子ヒーターで温めても白化が起こった。
重量平均分子量が100,000未満のポリ乳酸樹脂を用いた場合は、熱曲げ試験時に成形片を180秒以上電子ヒーターで温めても白化が起こった。
ガラス転移温度が−30℃以下のエラストマーの添加量が少なすぎたために、熱曲げ試験時に白化が起こらなくなるまで、長い時間電子ヒーターで温める必要があった。
ガラス転移温度が−30℃以下のエラストマーの添加量が多すぎたために、荷重たわみ温度の大きな低下が見られた。
ガラス転移温度が−30℃より高いエラストマーを用いた場合、ガラス転移温度が−30℃以下のエラストマーを用いた場合と比較して、熱曲げ試験時に白化が起こらなくなるまで、長い時間電子ヒーターで温める必要があった。
更にカルボジイミド化合物を組み合わせることで、良好な熱曲げ加工性を維持したまま高い耐加水分解性を付与することが出来た。また、カルボジイミド化合物と酸化防止剤を組み合わせると、良好な熱曲げ加工性を維持したまま更に高い耐加水分解性を付与することが可能であった。
Claims (6)
- 重量平均分子量が100,000以上のポリ乳酸樹脂(A成分)100重量部に対し、ガラス転移温度が−30℃以下であるエラストマー(B成分)20〜90重量部を含む熱曲げ加工用樹脂組成物。
- A成分が、L−乳酸単位を90モル%以上含有するポリ−L乳酸樹脂(A−1成分)およびD−乳酸単位を90モル%以上含有するポリ−D乳酸樹脂(A−2成分)を含有し、A−1成分とA−2成分との重量比が10:90〜90:10の範囲にある請求項1に記載の熱曲げ加工用樹脂組成物。
- A成分は、示差走査熱量計(DSC)測定の昇温過程における融解エンタルピーを用いて下記式(1)で表されるステレオコンプレックス結晶化度が80%以上である請求項1または2に記載の熱曲げ加工用樹脂組成物。
ステレオコンプレックス結晶化度=[△Hms/(△Hms+△Hmh)]×100 (1)
[但し、式(1)中、△Hmhと△Hmsは、それぞれ示差走査熱量計(DSC)の昇温過程において、190℃未満に現れる結晶融点の融解エンタルピー(△Hmh)、および190℃以上250℃未満に現れる結晶融点の融解エンタルピー(△Hms)である。] - A成分100重量部に対し、カルボジイミド化合物(C成分)0.01〜10重量部を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱曲げ加工用樹脂組成物。
- A成分100重量部に対し、ヒンダートフェノール系化合物、ホスファイト系化合物、ホスホナイト系化合物、およびチオエーテル系化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の酸化防止剤(D成分)0.01〜2重量部を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱曲げ加工用樹脂組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱曲げ加工用樹脂組成物を、射出成形、押出成形、熱成形、ブロー成形または発泡成形により成形した成形品を熱曲げ加工した成形品。
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