JP2016534203A - ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法、発泡シート形成用コロイド組成物、発泡シートおよび発泡シートの製造方法 - Google Patents

ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法、発泡シート形成用コロイド組成物、発泡シートおよび発泡シートの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を粉砕して得た平均直径１〜１００μｍのポリ乳酸樹脂粒子を含む発泡シート形成用コロイド組成物を提供する。

Description

本発明は、ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法、発泡シート形成用コロイド組成物、発泡シートおよび発泡シートの製造方法に関する。
ポリ乳酸を使用した製品は、数回の熱加工過程を経て生産される。ポリ乳酸は、熱に敏感で、高い温度で加水分解が進められるものと報告されている。かかるポリ乳酸の特性によりポリ乳酸の製品の加工中に熱による加水分解によって分子量に変化が生じ、これは、生産された完成品の状態にも影響を及ぼす。
本発明の一具現例は、ポリ乳酸樹脂を含み、且つ寿命が向上した発泡シートを製造することができる発泡シート形成用コロイド組成物を提供する。
本発明の他の具現例は、前記発泡シート形成用コロイド組成物を製造するためのポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法を提供する。
本発明のさらに他の具現例は、前記発泡シート形成用コロイド組成物を使用して製造された発泡シートを提供する。
本発明のさらに他の具現例は、前記発泡シート形成用コロイド組成物を使用して発泡シートを製造する方法を提供する。
本発明の一具現例において、ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を粉砕して得た平均直径約１〜約１００μｍのポリ乳酸樹脂粒子を含む発泡シート形成用コロイド組成物を提供する。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子のアスペクト比が約２０〜約１００であることができる。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子の縦断面の平均直径が約１０μｍ〜約３００μｍであることができる。
本発明の他の具現例において、前記発泡シート形成用コロイド組成物を発泡させて形成したポリ乳酸発泡層を含む発泡シートを提供する。
前記ポリ乳酸樹脂粒子は、約１００，０００〜約２００，０００の重量平均分子量を有するポリ乳酸樹脂を含むことができる。
本発明のさらに他の具現例において、ポリ乳酸樹脂を投入した後、溶融ポリ乳酸噴射液を形成するステップと、前記溶融ポリ乳酸噴射液を溶融スプレー法により噴射すると同時に冷却させてポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を得るステップと、を含むポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法を提供する。
前記ポリ乳酸樹脂を押出機に投入した後、噴射ノズルに移動させて前記噴射ノズルで加温し、前記溶融ポリ乳酸噴射液を形成することができる。
ペレット状のポリ乳酸樹脂または粉末状のポリ乳酸樹脂を前記押出機に投入することができる。
前記噴射ノズルに空気をともに注入して前記溶融ポリ乳酸噴射液が吐出されることができる。
前記噴射ノズルに注入される空気の温度が約３００〜約５００℃であり、圧力が約１００〜約１０００ｐｓｉであり、注入速度が約１０〜約５０ｍ／ｓであることができる。
前記噴射ノズルの温度が約２００〜約４００℃であることができる。
前記噴射ノズルの圧力が約１０ｐｓｉ〜約１０００ｐｓｉであることができる。
前記噴射ノズルの直径が約０．５〜約３．０ｍｍであることができる。
前記噴射液の粘度が約２５０℃で約１５００〜約３０００ｃｐであることができる。
前記噴射液は、可塑剤を含んでいないこともできる。
前記噴射ノズルに約１０，０００〜約５０，０００Ｖの電圧を印加して溶融静電スプレー法を行うことができる。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子のアスペクト比が約２０〜約１００であることができる。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子の縦断面の直径が約１０μｍ〜約３００μｍであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、縦断面の直径が約１０μｍ〜約３００μｍであるポリ乳酸樹脂の繊維状樹脂粒子を溶融スプレー法により得るステップと、前記ポリ乳酸樹脂の繊維状樹脂粒子を平均直径約１〜約１００μｍのポリ乳酸樹脂粒子に粉砕するステップと、前記粉砕されたポリ乳酸樹脂粒子および溶媒を混合してコロイド組成物で発泡性樹脂組成物を製造し、前記発泡性樹脂組成物を塗布して層を形成するステップと、前記発泡性樹脂組成物から形成された層を発泡してポリ乳酸発泡層を形成するステップと、を含むポリ乳酸発泡層を含む発泡シートの製造方法を提供する。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子のアスペクト比が約２０〜約１００であることができる。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を使用して製造された発泡シートは、耐久性、表面特性に優れ、向上した寿命を有する。
以下、本発明の具現例について詳細に説明する。ただし、これは例示として提示されるものであって、これにより本発明が制限されず、本発明は後述する請求項の範疇により定義されるだけである。
本発明の一具現例において、ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を平均直径約１〜約１００μｍの粒子に粉砕したポリ乳酸樹脂粒子を含む発泡シート形成用コロイド組成物を提供する。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子のアスペクト比が約２０〜約１００であることができる。前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子の縦断面の平均直径が約１０μｍ〜約３００μｍであることができる。
前記アスペクト比を有するポリ乳酸樹脂の繊維状粒子は、溶融スプレー法により製造されることができる。また、溶融スプレー法を行う際に噴射ノズルに高温高圧の空気をともに入れることで、より均一なポリ乳酸粒子を得ることができる。前記溶融スプレー法は、溶融スプレー法を行う際に電圧を印加する溶融静電スプレー法（ｍｅｌｔ ＥＳＤ、ｍｅｌｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｓｐｒａｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によることもできる。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する具体的な製造方法については後述する。前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造することに前記溶融スプレー法を適用することにより、粒子の形状を容易に調節し、また粒子径分布を均一にすることができるという利点がある。
本発明のさらに他の具現例では、ポリ乳酸樹脂を投入した後、溶融ポリ乳酸噴射液を形成するステップと、前記溶融ポリ乳酸噴射液を溶融スプレー法により噴射すると同時に冷却させてポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を得るステップと、を含むポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法を提供する。
前記方法により、上述の発泡シート形成用コロイド組成物に含まれる前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造することができる。具体的に、前記方法により製造されたポリ乳酸樹脂の繊維状粒子の縦断面の直径が約１０μｍ〜約３００μｍであることができる。また、具体的に、前記方法により製造されたポリ乳酸樹脂の繊維状粒子のアスペクト比が約２０〜約１００であることができる。
前記溶融スプレー法を行うために、まず、ペレット状または粉末状のポリ乳酸を噴射ノズルを備えた押出機（ｅｘｔｒｕｄｅｒ）に投入し、高温の噴射ノズルでペレット状または粉末状のポリ乳酸が溶融されて溶融ポリ乳酸噴射液に形成され、この溶融ポリ乳酸噴射液が高温のマイクロサイズの液滴状に噴射される。また、前記噴射は、クーリングチャンバー内で行われることから、噴射と同時に前記液滴が冷却されてポリ乳酸樹脂の繊維状ナノウェブ（ｗｅｂ）を形成する。
前記溶融スプレー法は、選択的に、前記噴射ノズルに電圧を印加して溶融静電スプレー法で行うことができる。
前記噴射ノズルに空気をともに注入することで前記溶融ポリ乳酸噴射液が吐出される。
前記噴射ノズルに注入される空気の温度と圧力および速度を調節することで吐出される溶融ポリ乳酸噴射液の液滴のサイズおよび形状を調節することができ、これにより、最終的に形成しようとするポリ乳酸樹脂の粒子径を調節することができる。
例えば、前記噴射ノズルに注入される空気の温度は約３００〜約５００℃であることができ、注入される空気の圧力は約１０〜約１０００ｐｓｉであることができ、空気の注入速度は約１０〜約５０ｍ／ｓであることができる。
前記溶融スプレー法の工程条件は、特に制限されず、公知の工程条件、例えば、前記噴射ノズルの圧力を約１００ｐｓｉ〜約１０００ｐｓｉとして行うことができる。
ただし、前記溶融スプレー法は、ポリ乳酸が溶融される温度範囲で行われなければならない。例えば、前記噴射ノズルの温度が約２００〜約４００℃であることができる。
また、上述のように、マイクロ粒子状のポリ乳酸樹脂を形成するために噴射ノズルの直径を約０．５ｍｍ〜約３．０ｍｍにすることができる。前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子が上述の範囲の繊維状粒子の縦断面の直径を有するように噴射ノズルの直径を調節することができる。
前記溶融スプレー法は、例えば、約１０，０００Ｖ〜約５０，０００Ｖの電圧を前記噴射ノズルに印加して溶融静電スプレー法で行われることができる。
前記噴射液の粘度により前記液滴が冷却されて形成されるポリ乳酸樹脂の粒子の形状が決定されることができる。繊維状粒子を形成するために前記塗布液の粘度は、具体的に、約２５０℃で約１５００〜約３０００ｃｐであることができる。
前記噴射液が前記範囲の粘度を有するようにするために別の可塑剤などの添加剤を使用しなくても容易に製造することができる。
前記噴射液は、必要に応じて、溶融強度補強材、滑剤、耐加水分解剤などの添加剤をさらに含むことができる。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を粉砕して、コロイドを形成することができる微粒子として、前記ポリ乳酸樹脂粒子を形成することができる。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を粉砕する方法は、特に制限されず、公知の粉砕方法により無定形の微粒子として粉砕されることができ、例えば、ディスクリファイナー（ｄｉｓｃ ｒｅｆｉｎｅｒ）を使用して微細な粒子として粉砕されることができる。
前記粉砕されたポリ乳酸樹脂粒子は、発泡シートの製造に使用されることができる。
前記粉砕されたポリ乳酸樹脂粒子で前記コロイド組成物を形成することができる。
一具現例において、前記粉砕されたポリ乳酸樹脂粒子に添加剤を投入し攪拌して、ゾル（ｓｏｌ）溶液を製造することができる。
前記コロイド組成物は、発泡シートに製造されるために、特別な製造方法に制限されず、公知の方法により製造されることができる。
一具現例において、前記のように形成されたコロイド組成物としてゾル（ｓｏｌ）を製造し、基材上に塗布してゾル（ｓｏｌ）コーティングを行った後、発泡させて発泡層を製造することができる。
本発明のさらに他の具現例では、前記コロイド組成物を発泡させて形成された発泡層を含む発泡シートを提供する。
一般的に、ポリ乳酸発泡層を含んでなる発泡シートは、様々な工程を経て生産が行われている。例えば、まず、ポリ乳酸樹脂の粉末を混練（ｋｎｅａｄｉｎｇ）し押出してペレット状のポリ乳酸樹脂を製造した後、また、Ｔダイ（Ｔ‐ｄｉｅ）押出加工、貼り合わせおよび発泡工程を行う。かかる工程により一般的に発泡シートが製造されるまで少なくとも３〜４回程度の熱による加工工程を経ることになる。
しかし、ポリ乳酸樹脂は、高い温度で加水分解されることから熱処理に敏感であると知られている。かかるポリ乳酸樹脂の特性により、ポリ乳酸樹脂を適用した発泡シートは、加工中に熱による加水分解によってポリ乳酸樹脂の分子量に影響を及ぼし、これは、製品の劣化をもたらす。
前記発泡シートの発泡層は、前記コロイド組成物を発泡させて製造されることから、通常行われる熱処理工程の回数を低減することができ、熱処理によるポリ乳酸の劣化が防止されてポリ乳酸の分子量をより高く維持することができる。その結果、前記発泡シートは、より高い分子量を有するポリ乳酸発泡体で形成されて耐久性を向上させることができる。
具体的に、前記発泡シートは、約１００，０００〜約２００，０００の重量平均分子量を有するポリ乳酸樹脂を含むことができる。
本発明のさらに他の具現例では、発泡シートの製造に前記ナノポリ乳酸樹脂の繊維状樹脂粒子を使用して、熱による加工工程の回数を低減することができる発泡シートの製造方法を提供する。
前記ポリ乳酸発泡層を含む発泡シートの製造方法は、縦断面が約１０μｍ〜約３００μｍのポリ乳酸樹脂の繊維状樹脂粒子を溶融スプレー法により得るステップと、前記ポリ乳酸樹脂の繊維状樹脂粒子を平均直径１〜１００μｍのポリ乳酸樹脂粒子に粉砕するステップと、前記粉砕されたポリ乳酸樹脂粒子および溶媒を混合してコロイド組成物で発泡性樹脂組成物を製造し、前記発泡性樹脂組成物を塗布して層を形成するステップと、前記発泡性樹脂組成物から形成された層を発泡してポリ乳酸発泡層を形成するステップと、を含む。
前記ポリ乳酸樹脂の繊維状樹脂粒子は、上述のように溶融静電スプレー法により製造されて使用されることができる。
前記のように形成された発泡層は、前記ポリ乳酸樹脂のナノ粒子が均一に分散される。このようにポリ乳酸樹脂が均一に分散されて存在することから最終的に生成された発泡シートの製品表面の特性を向上させることができ、発泡シートの耐久性も向上する。
前記発泡シートの製造方法は、上述のように、一般的に公知の発泡シートの製造工程に比べて熱による加工回数が減少するため、ポリ乳酸樹脂の加水分解による損傷を著しく低減することができ、したがって、ポリ乳酸樹脂の加水分解による分子量の低下を抑制することができる。これにより、前記発泡シートの製造方法により製造された発泡シートは、熱による加工工程による製品の劣化を著しく改善することで寿命が向上する。
前記発泡シートの製造方法により製造された発泡シートは、使用されるポリ乳酸樹脂の分子量を加水分解によって大幅に減少させることなく維持させることができる。例えば、前記発泡シートの製造方法により製造された発泡シートは、約１００，０００〜約２００，０００の重量平均分子量を有するポリ乳酸樹脂を含むことができる。
以下、本発明の実施例および比較例を記述する。かかる下記の実施例は、本発明の一実施例であって、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
ペレット状のポリ乳酸樹脂を用いて溶融静電スプレー法で縦断面の平均直径が約１５０μｍ、アスペクト比が５０である繊維状粒子を製造した。溶融静電スプレー法を行う際に、噴射ノズルの温度が２５０℃、噴射ノズルの圧力が５００ｐｓｉであり、噴射ノズルの直径が１ｍｍであり、噴射ノズルに２０，０００Ｖの電圧を印加しており、溶融ポリ乳酸噴射液の粘度が２３０℃で２２００ｃｐであった。
前記製造したポリ乳酸樹脂の繊維状粒子であるウェブ（ｗｅｂ）をディスクリファイナー（ｄｉｓｃ ｒｅｆｉｎｅｒ）を使用して微細な粒子として粉砕し、平均直径８０μｍのサイズを有する粒子を製造した。
前記製造されたポリ乳酸粒子と可塑剤、安定剤、滑剤などの添加剤を投入し攪拌してポリ乳酸樹脂含有ゾルを製造した。製造されたポリ乳酸樹脂含有ゾルを基材にゾル‐ゲル法でコーティングした後、乾燥（発泡）させて、厚さが約０．５ｍｍである発泡シートサンプルを製造した。
（比較例１）
実施例１と同じペレット状のポリ乳酸樹脂に可塑剤、安定剤、滑剤などの添加剤を投入し混合してポリ乳酸樹脂含有混合組成物を製造した。前記ポリ乳酸樹脂含有混合組成物をバンバリーミキサーを使用して１５０℃で混練し、１５０℃の２本ロールを使用して１、２次混合を行った。これにより製造された混合原料をカレンダー加工して発泡し、厚さが０．５ｍｍである発泡シートサンプルを製造した。
（評価）
（実験例１：ポリ乳酸の分子量の測定）
前記実施例１および比較例１で製造した発泡シートサンプルに対して、ＧＰＣ（ｇｅｌ ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）（ｅ２６９５、Ｗａｔｅｒｓ社製）を使用して重量平均分子量を測定し、下記の表１に記載した。
（実験例２：耐久性の評価）
前記実施例１および比較例１で製造したシートをＡＳＴＭ Ｄ２５６の方式に準じて耐衝撃強度を測定し、下記の表１に記載した。
（実験例３：表面特性の評価）
前記実施例１および比較例１で製造したシートに対して、表面特性を目視で評価し、下記の表１に記載した。評価基準は、目視判定であり、５点尺度とし、５点（優秀）〜１点（ＮＧ）と判定した。
Figure 2016534203

Claims (20)

  1. ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を粉砕して得た平均直径１〜１００μｍのポリ乳酸樹脂粒子を含む、発泡シート形成用コロイド組成物。
  2. 前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子のアスペクト比が２０〜１００である、請求項１に記載の発泡シート形成用コロイド組成物。
  3. 前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子の縦断面の平均直径が１０μｍ〜３００μｍである、請求項１に記載の発泡シート形成用コロイド組成物。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の発泡シート形成用コロイド組成物を発泡させて形成したポリ乳酸発泡層を含む、発泡シート。
  5. 前記ポリ乳酸樹脂粒子は、１００，０００〜２００，０００の重量平均分子量を有するポリ乳酸樹脂を含む、請求項４に記載の発泡シート。
  6. ポリ乳酸樹脂を投入した後、溶融ポリ乳酸噴射液を形成するステップと、
    前記溶融ポリ乳酸噴射液を溶融スプレー法により噴射すると同時に冷却させてポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を得るステップと、を含む、ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  7. 前記ポリ乳酸樹脂を押出機に投入した後、噴射ノズルに移動させて前記噴射ノズルで加温し、前記溶融ポリ乳酸噴射液を形成する、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  8. ペレット状のポリ乳酸樹脂または粉末状のポリ乳酸樹脂を前記押出機に投入する、請求項７に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  9. 前記溶融ポリ乳酸噴射液が前記噴射ノズルに空気をともに注入されて吐出される、請求項８に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  10. 前記噴射ノズルに注入される空気の温度が３００〜５００℃であり、圧力が１００〜１０００ｐｓｉであり、注入速度が１０〜５０ｍ／ｓである、請求項９に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  11. 前記噴射ノズルの温度が２００〜４００℃である、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  12. 前記噴射ノズルの圧力が１０ｐｓｉ〜１０００ｐｓｉである、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  13. 前記噴射ノズルの直径が０．５〜３．０ｍｍである、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  14. 前記噴射液の粘度が２５０℃で１５００〜３０００ｃｐである、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  15. 前記噴射液は、可塑剤を含んでいない、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  16. 前記噴射ノズルに１０，０００〜５０，０００Ｖの電圧を印加して溶融静電スプレー法を行う、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  17. 前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子のアスペクト比が１〜５である、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  18. 前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子の縦断面の直径が１０μｍ〜３００μｍである、請求項６に記載のポリ乳酸樹脂の繊維状粒子を製造する方法。
  19. 縦断面の直径が１０μｍ〜３００μｍであるポリ乳酸樹脂の繊維状樹脂粒子を溶融スプレー法により得るステップと、
    前記ポリ乳酸樹脂の繊維状樹脂粒子を平均直径１〜１００μｍのポリ乳酸樹脂粒子に粉砕するステップと、
    前記粉砕されたポリ乳酸樹脂粒子および溶媒を混合してコロイド組成物で発泡性樹脂組成物を製造し、前記発泡性樹脂組成物を塗布して層を形成するステップと、
    前記発泡性樹脂組成物から形成された層を発泡してポリ乳酸発泡層を形成するステップと、を含む、ポリ乳酸発泡層を含む発泡シートの製造方法。
  20. 前記ポリ乳酸樹脂の繊維状粒子のアスペクト比が１〜５である、請求項１９に記載の発泡シートの製造方法。
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