JP2019523799A

JP2019523799A - 膨張可能なポリ乳酸含有顆粒の製造方法

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Publication number: JP2019523799A
Application number: JP2018563922A
Authority: JP
Inventors: ダルマプリスリラムルサンパスバンガル; ローマンジェローム; グートマンペーター
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: JP6918025B2; EP3464433A1; CA3026811C; KR20190015758A; CN109312093A; ES2854976T3; CN109312093B; KR102326407B1; BR112018074284B1; BR112018074284A2; US20190127545A1; AU2017276585B2; AU2017276585A1; US10787554B2; CA3026811A1; EP3464433B1; WO2017211660A1

Abstract

本発明は、工程：ａ）成分：ｉ）ポリ乳酸、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として６５〜９５質量％、ここで、ポリ乳酸は、按分比でｉａ）０．３〜５％のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸６５〜９５質量％と、ｉｂ）１０〜１８％のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸５〜３５質量％とからなる、ｉｉ）ポリブチレンスクシナート、ポリブチレンスクシナート−コアジパート、およびポリブチレンスクシナート−コセバカートからなる群から選択される脂肪族ポリエステル、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として１５〜３５質量％、ｉｉｉ）相溶化剤、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として０〜２質量％、ｉｖ）添加物、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として０．１〜５質量％を溶融しかつ混合すること、ｂ）ｖ）有機発泡剤、成分ｉ〜ｉｖの全質量を基準として１〜７質量％、およびｖｉ）窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの混合物の群から選択される補助発泡剤０．０１〜５質量％をポリマー溶融物内へスタティックミキサーまたは駆動式ミキサーを用いて少なくとも１４０℃の温度で混入すること、ｃ）ノズル出口での直径が最大で１．５ｍｍである穿孔を有するノズルプレートを通して排出すること、およびｄ）発泡剤含有の溶融物を、ノズルプレートの直後で、１〜２１ｂａｒの範囲内の圧力で水中で造粒することを含む、膨張可能なポリ乳酸含有顆粒の製造方法に関する。

Description

本発明は、工程：
ａ）成分：
ｉ）ポリ乳酸、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として６５〜９５質量％、ここで、ポリ乳酸は、按分比でｉａ）０．３〜５％のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸６５〜９５質量％と、ｉｂ）１０〜１８％のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸５〜３５質量％とからなる、
ｉｉ）ポリブチレンスクシナート、ポリブチレンスクシナート−コアジパート、およびポリブチレンスクシナート−コセバカートからなる群から選択される脂肪族ポリエステル、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として１５〜３５質量％、
ｉｉｉ）相溶化剤、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として０〜２質量％、
ｉｖ）添加物、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として０．１〜５質量％
を溶融しかつ混合すること、
ｂ）
ｖ）有機発泡剤、成分ｉ〜ｉｖの全質量を基準として１〜７質量％、および
ｖｉ）窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの混合物の群から選択される補助発泡剤０．０１〜５質量％を
ポリマー溶融物内へスタティックミキサーまたは駆動式ミキサーを用いて少なくとも１４０℃の温度で混入すること、
ｃ）ノズル出口での直径が最大で１．５ｍｍである穿孔を有するノズルプレートを通して排出すること、および
ｄ）発泡剤含有の溶融物を、ノズルプレートの直後で、１〜２１ｂａｒの範囲内の圧力で水中で造粒すること
を含む、膨張可能なポリ乳酸含有顆粒の製造方法に関する。

膨張可能なポリ乳酸含有顆粒（ポリ乳酸含有粒子状発泡材）の製造方法は、WO 2001/012706およびことにWO 2011/086030に記載されている。しかしながら、これらに記載された膨張可能な発泡剤含有のポリ乳酸含有顆粒は、その貯蔵安定性に関して完全には納得することはできない。

WO 2008/130226およびJP2007 169394には、１０〜１００ｇ／ｌの密度を有する膨張したまたは膨張可能な粒子状発泡材が記載されていて、この粒子状発泡材はすでに予備発泡されていてかつ発泡剤で後含浸されていてよい。この種の粒子状発泡材の場合に、貯蔵安定性が重要な役割を果たさない、というのもこの粒子状発泡材はエンドユーザーへ輸送する時点（貯蔵期間）で発泡剤が含まれていないかまたはほとんど含まれていないためである。

本発明の課題は、改善された貯蔵安定性を有する膨張可能な発泡剤含有のポリ乳酸含有顆粒を製造するための簡単な、実施可能な方法を提供することであった。

したがって、冒頭に記載された方法が見出された。

以後、本発明による方法を詳細に説明する。

工程ａ）で製造されるポリ乳酸含有ポリマーは、原則として：
ｉ）ポリ乳酸、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として６５〜９５質量％、好ましくは７０〜７９．９質量％、ここで、ポリ乳酸は、按分比でｉａ）０．３〜５％のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸６５〜９５質量％、好ましくは８０〜９５質量％と、ｉｂ）１０〜１８％のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸５〜３５質量％、好ましくは５〜２０質量％からなる、
ｉｉ）ポリブチレンスクシナート、ポリブチレンスクシナート−コアジパート、およびポリブチレンスクシナート−コセバカートからなる群から選択される少なくとも１つのポリエステル、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として１５〜３５質量％、好ましくは２０〜２９．９質量％、
ｉｉｉ）相溶化剤、好ましくはペルオキシド、またはスチレン、アクリル酸エステルおよび／またはメタクリル酸エステルを基礎とするエポキシ基含有コポリマー、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として０〜２質量％、好ましくは０．１〜１質量％、および
ｉｖ）１つ以上の核生成剤、好ましくはタルク、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として０〜５質量％、好ましくは０．１〜１質量％
からなる混合物である。

成分ｉ）として、ｉａ）０．３〜５％のＤ−乳酸割合を有する半結晶質ポリ乳酸６５〜９５質量％と、ｉｂ）１０〜１８％のＤ−乳酸割合を有する非晶質ポリ乳酸５〜３５質量％との混合物としてのポリ乳酸を使用する。

好ましくは、次の特性プロフィールを有する半結晶質ポリ乳酸が使用される：
・０．５〜１５、好ましくは１〜９、特に好ましくは２〜８ｍｌ／１０分のメルトボリュームレート（ＩＳＯ１１３３による１９０℃かつ２．１６ｋｇでのＭＶＲ）
・１８０℃未満の融点
・４０℃超のガラス点（Ｔｇ）
・１０００ｐｐｍ未満の含水率
・０．３未満のモノマー残留含有率（ラクチド）
・５００００ダルトン超の分子量。

好ましいポリ乳酸は、例えばNatureWorksの、Ingeo（登録商標）2003 D、4032 D、4042 Dおよび4043 D、3251 D、3052 D、およびことに8051 Dならびに8052 Dである。Ingeo（登録商標）8051 Dおよび8052 Dは、NatureWorks社の、次の製品特性：Ｔｇ：６５．３℃、Ｔｍ：１５３．９℃、ＭＶＲ：６．９［ｍｌ／１０分］、Ｍｗ：１８６０００、Ｍｎ：１０７０００、および５％未満のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸である。さらに、これらの生成物は、いくらか比較的高い酸価を有する。

非晶質ポリ乳酸は、１０％超の、しかしながら原則として１８％を超えないＤ−乳酸の割合を有する。特に適した非晶質ポリ乳酸は、NatureWorksから、１１〜１３％のＤ−乳酸割合を有する、商品名Ingeo（登録商標）4060 Dで得られる。NatureWorksの他のポリ乳酸の例は、Ingeo 6302 D、6362 Dおよび10361 Dである。

成分ｉｉとして、ポリブチレンスクシナート、ポリブチレンスクシナート−コアジパート、およびポリブチレンスクシナート−コセバカートからなる群から選択される脂肪族ポリエステルであると解釈される。

これらの脂肪族ポリエステルは、Showa Highpolymers社から、Bionolleの名称で、およびMitsubishiから、GSPlaまたはBioPBSの名称で販売されている。最近の開発は、WO 2010/034711に記載されている。

脂肪族ポリエステルは、原則としてＤＩＮ５３７２８による粘度数１５０〜３２０ｃｍ³／ｇ、好ましくは１５０〜２５０ｃｍ³／ｇを有する。

ＥＮＩＳＯ１１３３によるＭＶＲ（メルトボリュームレート）（１９０℃、２．１６ｋｇ重量）は、一般に０．１〜７０、好ましくは０．８〜７０、ことに１〜６０ｃｍ³／１０分である。

ＤＩＮＥＮ１２６３４による酸価は、一般に０．０１〜３ｍｇＫＯＨ／ｇ、好ましくは０．０１〜２．５ｍｇＫＯＨ／ｇである。

好ましく使用されるポリエステルｉｉは：
ａ）コハク酸、成分ａ〜ｂを基準として８０〜１００ｍｏｌ％、好ましくは９０〜９９．５ｍｏｌ％、
ｂ）アジピン酸またはセバシン酸、成分ａ〜ｂを基準として０〜２０ｍｏｌ％、好ましくは０．５〜１０ｍｏｌ％、
ｃ）１，３−プロパンジオールまたは１，４−ブタンジオール、成分ａ〜ｂを基準として８５〜１００ｍｏｌ％、好ましくは９８〜１００ｍｏｌ％、
ｄ）多官能性イソシアナート、例えば好ましくはヘキサメチレンジイソシアナート；イソシアヌラート；オキサゾリン；エポキシドおよび／または少なくとも１つの三官能性アルコール、例えば好ましくはグリセリンからなる群から選択される鎖長延長剤および／または架橋剤、成分ａ〜ｃの全質量を基準として０〜１５質量％、好ましくは０．１〜２質量％、
を含む。

相溶化剤ｉｉｉ）を、次に詳細に説明する。

ペルオキシドとは、例えばAkzo社の商品名Trigonox、例えばTrigonox 301で販売された製品であると解釈される。

エポキシドとは、ことに、スチレン、アクリル酸エステルおよび／またはメタクリル酸エステルを基礎とするエポキシ基含有コポリマーであると解釈される。エポキシ基を有する単位は、好ましくはグリシジル（メタ）アクリラートである。コポリマーの２０質量％超、特に好ましくは３０質量％超、ことに好ましくは５０質量％超のグリシジルメタクリラート割合を有するコポリマーが好ましいことが判明した。これらのポリマー中のエポキシ当量（ＥＥＷ）は、好ましくは１５０〜３０００、ことに好ましくは２００〜５００ｇ／当量である。ポリマーの平均分子量（重量平均）Ｍｗは、好ましくは２０００〜２５，０００、ことに３０００〜８，０００である。ポリマーの平均分子量（数平均）Ｍｎは、好ましくは４００〜６，０００、ことに１０００〜４，０００である。多分散性（Ｑ）は、一般に１．５〜５である。上述のタイプのエポキシ基含有コポリマーは、例えばBASF Resins B.V.からJoncryl（登録商標）ADRの商標で販売されている。相溶化剤として、Joncryl（登録商標）ADR 4368またはJoncryl ADR 4468CまたはJoncryl ADR 4468HPが特に適している。

相溶化剤は、成分ｉ〜ｉｉｉ）の全質量を基準として０〜２質量％、好ましくは０．１〜１質量％で添加される。

成分ｉｖとは、次の添加物の１つ以上０．０１〜５質量％であると解釈される：安定剤、核生成剤、滑剤および離型剤、界面活性剤、ワックス、帯電防止剤、防曇剤、染料、顔料、ＵＶ吸収剤、ＵＶ安定剤またはその他のプラスチック添加物。ことに、すでに述べたように、核生成剤、成分ｉおよびｉｉを基準として０．２〜１質量％の使用が好ましい。

核生成剤とは、ことにタルク、チョーク、カーボンブラック、黒鉛、ステアリン酸カルシウムもしくはステアリン酸亜鉛、ポリ−Ｄ−乳酸、Ｎ，Ｎ′−エチレン−ビス−１２−ヒドロキシステアラミド、またはポリグリコール酸であると解釈される。ことにタルクが核生成剤として好ましい。

カーボンブラック、チョークおよび黒鉛は、顔料と解釈することもできる；これらは、所望の色調を調節するために、酸化鉄および他の着色顔料のように、粒子状発泡材に添加してもよい。紙のような外観は、好ましくはカーボンブラック、酸化鉄および黄色顔料を含むBASF Color Solutions社のカラーバッチであるSicoversal（登録商標）の添加により達成することができる。原則として、顔料ｉｖ−２は、反応混合物を基準として０．１〜１質量％の濃度で使用される。

成分ｉｖは、他の、当業者に公知であるが、本発明において本質的ではない内容物質を含んでいてよい。例えば、プラスチック工業において通常の添加物、例えば安定剤；滑剤および離型剤、例えばステアリン酸塩（ことにステアリン酸カルシウム）；可塑剤（Plastifizer）、例えばクエン酸エステル（ことにアセチルトリブチルシトラート）、グリセリン酸エステル、例えばトリアセチルグリセリンまたはエチレングリコール誘導体、界面活性剤、例えばポリソルバート、パルミタートまたはラウラート；ワックス、例えば蜜ろうまたは蜜ろうエステル；帯電防止剤、ＵＶ吸収剤；ＵＶ安定剤；防曇剤、または染料。

発泡剤は、さらなる成分ｖと解釈することができる。

発泡剤含有のポリマー溶融物は、原則として１つ以上の発泡剤を均一に分散した形で発泡剤含有のポリマー溶融物を基準として全体で２〜１０質量％、好ましくは３〜７質量％の割合で含む。発泡剤として、通常ではＥＰＳ中で使用された物理的発泡剤、例えば２〜７の炭素原子を有する脂肪族炭化水素、アルコール、ケトン、エーテル、アミド、またはハロゲン化された炭化水素が適している。好ましくは、イソブタン、ｎ−ブタン、ｎ−ペンタン、ことにイソペンタンが使用される。さらに、ｎ−ペンタンとイソペンタンとの混合物が好ましい。

添加された発泡剤の量は、膨張可能な顆粒が、５００〜８００、好ましくは５８０〜７５０ｋｇ／ｍ³の予備発泡の前の嵩密度として定義される膨張能力α、および最大で１２５、好ましくは８〜１００ｋｇ／ｍ³の予備発泡後の嵩密度を有するように選択される。

充填剤の使用の際に、充填剤の種類および量に依存して、嵩密度は５９０〜１２００ｋｇ／ｍ³の範囲内で生じてよい。

本発明による膨張可能な顆粒の製造のために、発泡剤がポリマー溶融物中に混入される。この方法は、工程Ａ）溶融物作製、Ｂ）混合、Ｃ）送出およびＤ）造粒を含む。これらの工程の各々は、プラスチック加工において公知の装置または装置の組合せにより実施することができる。混合のために、スタティックミキサーまたは駆動式ミキサー、例えば押出機が適している。ポリマー溶融物は、ポリマー顆粒の溶融により直接作成することができる。必要な場合に、溶融温度を冷却器を介して低減させることができる。造粒のため、例えば圧力印加される水中造粒、回転するナイフによる造粒および調温液体のスプレー霧化による冷却が挙げられる。この方法の実施のために適した装置構成は、例えば：
ｉ）押出機−スタティックミキサー−冷却器−造粒機
ｉｉ）押出機−造粒機
である。

さらに、この構成は、添加物、例えば固体または熱に敏感な添加材料の導入のために、サイド押出機を有していてよい。

発泡剤含有のポリマー溶融物は、原則として、１４０〜３００℃の範囲内、好ましくは１６０〜２７０℃の範囲内の温度でノズルプレートを通して送出される。

市場性のある顆粒サイズを得るために、ノズル出口でのノズル穿孔の直径（Ｄ）は、０．１〜２ｍｍの範囲内、好ましくは０．１〜１．２ｍｍの範囲内、特に好ましくは０．１〜０．８ｍｍの範囲内にあることが好ましい。したがって、ストランド拡張後でも、顆粒サイズは２ｍｍ未満、ことに０．２〜１．４ｍｍの範囲内に適切に調節することができる。

ストランド拡張は、分子量分布によることを除いて、ノズル形状によって影響を及ぼすことができる。ノズルプレートは、好ましくは少なくとも２のＬ／Ｄの比率を有する複数の穿孔を有し、ここで長さ（Ｌ）は、ノズル領域の直径が最大でノズル出口での直径（Ｄ）に一致するノズル領域を表す。好ましくは、Ｌ／Ｄの比率は３〜２０の範囲内にある。

一般に、ノズルプレートのノズル入口での穿孔の直径（Ｅ）は、ノズル出口での直径（Ｄ）よりも少なくとも二倍の大きさであることが好ましい。

ノズルプレートの一実施形態は、円錐状の取込口および１８０°未満、好ましくは３０〜１２０°の入口角αを有する穿孔を有する。他の実施形態の場合に、ノズルプレートは、円錐状の排出口および９０°未満、好ましくは１５〜４５°の出口角βを有する穿孔を有する。ポリマーの適切な顆粒サイズ分布を作成するために、ノズルプレートは、多様な出口直径（Ｄ）の穿孔を備えていてよい。ノズル形状の多様な実施形態は、互いに組み合わされていてもよい。

原則として、顆粒は、０．１〜２ｍｍの範囲の平均直径、および横断面積１ｍｍ²当たり５０〜３００の空洞を有する。水中造粒における温度の低下により、嵩密度を５８０〜７５０ｋｇ／ｍ³、好ましくは５８０〜７２０ｋｇ／ｍ³の範囲に低減することができる。さらに、こうして製造された膨張可能なポリ乳酸含有顆粒は、高められた貯蔵安定性を有する。本発明により製造された顆粒の高められた貯蔵安定性は、ことにａ）有機発泡剤ｖと補助発泡剤ｖｉとの組合せを使用することによる予備核生成する方法、およびｂ）記載された狭い混合比率での半結晶質および非晶質の成分ｉの混合物の使用に起因する。この顆粒は、数週間後でも問題なく発泡させることができる。

空洞を形成する揮発性、液状／ガス状の補助発泡剤ｖｉ）の使用により、膨張可能な顆粒中の気泡構造を調節することができ、それにより後の発泡工程を改善し、かつ気泡サイズを制御することができる。

この空洞モルホロジーを調節する方法は、予備核生成ということもでき、この場合、空洞は本質的に補助発泡剤ｖｉ）により形成される。

空洞を形成する補助発泡剤ｖｉ）は、本来の発泡剤ｖ）とはポリマー内でのその可溶性の点で区別される。製造の際に、まず発泡剤ｖ）および補助発泡剤ｖｉ）はポリマー内に十分に高い圧力で完全に溶かされる。引き続き、圧力を、好ましくは短時間で低下させ、それにより補助発泡剤ｖｉ）の溶解度を低下させる。それにより、ポリマーマトリックス内で相分離が起こり、かつ予備核生成された構造が生じる。本来の発泡剤ｖ）は、そのより高い溶解度および／またはそのより低い拡散速度に基づいて、大部分がポリマー中に溶解したままである。この系の強すぎる核生成を抑制しかつ本来の発泡剤ｖ）の外方拡散を減少させるために、圧力低下と同時に、好ましくは温度低下を実施する。これは、最適な造粒条件との関連で補助発泡剤ｖｉ）により達成される。

好ましくは、補助発泡剤ｖｉ）は少なくとも８０質量％が、膨張可能な熱可塑性粒子から、２５℃、常圧および５０％の相対湿度での貯蔵の際に２４ｈ以内に抜け出る。膨張可能な熱可塑性粒子内での補助発泡剤ｖｉ）の溶解度は、好ましくは０．１質量％未満である。全ての場合において、予備核生成の際に使用される補助発泡剤ｖｉ）の添加される量は、存在するプロセス条件での最大溶解度を上回ることが好ましい。したがって、好ましくは、ポリマー中で低いが十分な溶解度を有する補助発泡剤ｖｉ）が使用される。これには、ことに、低い温度および圧力で多くのポリマー中での溶解度が低下するガス、例えば窒素、二酸化炭素、空気または希ガス、特に好ましくは窒素が含まれる。しかしながら、他の液状の添加物も考えられる。

特に好ましくは、窒素および二酸化炭素のような不活性ガスが使用される。この両方のガスは、その適切な物理特性の他に、低いコスト、良好な調達性、簡単な取り扱い性、および反応不活性もしくは不活性の挙動により優れている。例えば、この両方のガスの存在で、ほぼ全ての場合にポリマーの分解は生じない。このガス自体は大気から得られるため、これらはまた環境的に中立な挙動を有する。

この場合、補助発泡剤ｖｉ）の使用される量は、（ａ）造粒までの溶融物注入の際の所定の融点および溶融圧力で溶解するために十分に低く、（ｂ）造粒水圧および造粒温度でポリマーから凝離しかつ核生成するために十分に高いことが好ましい。好ましい実施形態の場合に、使用される発泡剤の少なくとも１つは室温でかつ常圧下でガス状である。

特に好ましくは、核生成剤ｉｖ）としてのタルクを、補助発泡剤ｖｉ）としての窒素と組み合わせて使用する。

膨張可能な顆粒の輸送および貯蔵のために、とりわけ金属バレルおよびバルクボックスを使用する。バレルを使用する場合、補助発泡剤ｖｉ）の放出により、場合によりバレル内で圧力が生じることがあることに留意しなければならない。したがって、包装手段として、好ましくは、バレルからガスの浸透により圧力低下が可能であるバルクボックスおよびバレルのような開放型コンテナを使用することができる。この場合、補助発泡剤ｖｉ）の外方拡散を可能にしかつ本来の発泡剤ｖ）の外方拡散を最小化もしくは抑制するバレルが特に好ましい。これは、例えば、発泡剤もしくは補助発泡剤ｖｉ）に関する封止材料の調節により可能にすることができる。好ましくは、補助発泡剤ｖｉ）に対する封止材料の透過性は、発泡剤ｖ）についての封止材料の透過性よりも少なくとも２０倍高い。

予備核生成により、例えば少量の窒素および／または二酸化炭素の添加により、膨張可能な発泡剤含有の顆粒中で気泡モルホロジーを調節することができる。粒子の中心での平均気泡サイズは、この場合、周辺領域内よりも大きくてよく、密度は粒子の周辺領域においてより高くてよい。それにより、発泡剤損失はできる限り最少化される。

予備核生成により、明らかにより良好な気泡サイズ分布、および予備発泡の後の気泡サイズの低減を達成することができる。さらに、最小の嵩密度を達成するために必要な量の発泡剤はより少なく、かつ材料の貯蔵安定性は改善される。少量の窒素または二酸化炭素を溶融物内へ添加する場合、一定の発泡剤含有率での予備発泡時間の明らかな短縮、または同じ発泡時間および最小の発泡密度で発泡剤の量の明らかな低減を生じることができる。さらに、予備核生成により、製品均一性およびプロセス安定性は改善される。

本発明によるポリマー顆粒を発泡剤で改めて含浸することは、さらに、同一の組成およびよりコンパクトの、つまり気泡のない構造を有する顆粒の場合よりも明らかにより迅速に可能である。一方で、拡散時間はより短くなり、他方で、直接含浸された系と同様に、発泡のためにより少ない発泡剤の量が必要である。

最終的に、予備核生成により、所定の密度を達成するために必要である発泡剤含有率は低減され、それにより成形品製造もしくはブロック製造の際の離型時間を短縮することができる。したがって、継続加工コストを低減し、かつ製品品質を改善することができる。

予備核生成の原理は、懸濁技術についても、膨張可能な粒子の製造のための溶融物含浸技術についても利用することができる。補助発泡剤ｖｉ）の添加が発泡剤を含む溶融物の排出後に圧力支援された水中造粒により達成される溶融物押出法においての適用が好ましい。造粒パラメータおよび補助発泡剤ｖｉ）の選択により、上述のように顆粒の微細構造を制御することができる。

発泡剤含有のポリマー溶融物を基準として、例えば１〜５質量％の範囲内の補助発泡剤ｖｉ）の比較的高い量の場合、融点および溶融物粘度の低下、およびそれにより明らかな処理量の向上が可能である。それにより、熱的に不安定な添加材料、例えば難燃剤を、ポリマー溶融物に温和に混和することも可能である。膨張可能な熱可塑性粒子の組成物はそれにより変化しない、というのも補助発泡剤は溶融物押出の際にほぼ抜け出るためである。この効果を利用するために、好ましくはＣＯ₂が使用される。Ｎ₂の場合、粘度に関する効果はより低い。したがって、窒素は、主に所望の気泡構造の調節のために使用される。

膨張可能な熱可塑性ポリマー粒子を造粒するための液体充填された室は、好ましくは２０〜８０℃の範囲、特に好ましくは３０〜６０℃の範囲の温度で運転される。

ポリ乳酸の熱分解をできる限り低く保つために、さらに、全ての方法工程において機械的および熱的エネルギー導入をできる限り低く保つことが合理的である。スクリュー通路内での平均剪断速度は、低いことが好ましく、好ましくは剪断速度は２５０／ｓｅｃ未満、好ましくは１００／ｓｅｃ未満に、かつ温度は２７０℃未満に、短い滞留時間は、工程ｃ）およびｄ）において２〜１０分の範囲内に維持される。滞留時間は、冷却工程なしに、原則として１．５〜４分であり、冷却工程が予定されている場合に、原則として５〜１０分である。ポリマー溶融物は、加圧ポンプ、例えばギアポンプにより送出され、かつ排出されてよい。

加工性を改善するために、仕上げられた膨張可能な顆粒をグリセリンエステル、帯電防止剤、または粘着防止剤により被覆してよい。

本発明による膨張可能な顆粒は、低分子量の可塑剤を含む顆粒と比較してわずかな粘着性を有し、かつ貯蔵の間に低いペンタン損失量により特徴付けられる。
本発明による膨張可能な顆粒は、第１の工程において熱風または水蒸気により、８〜１００ｋｇ／ｍ³の範囲内の密度を有する発泡材粒子に予備発泡させ、第２工程において閉じた型内で粒子成形品に溶接させることができる。

本発明による方法を用いて製造された顆粒は、高い生分解性と同時に、発泡の際に良好な特性を有する。本発明の意味内容で、材料または材料混合物についての「生分解性」の特徴は、この材料または材料混合物が、ＤＩＮＥＮ１３４３２により、少なくとも９０％の生分解のパーセントで示す度合いを有する場合に満たされる。

一般に、生分解性は、顆粒またはこの顆粒から製造された発泡材が、適切なかつ検出可能な期間内に崩壊することを引き起こす。この分解は、酵素、加水分解、酸化および／または電磁放射線、例えばＵＶ線の作用により行われてよく、かつ大抵は、大部分が、細菌、酵母、真菌および藻類のような微生物の作用により行われてよい。生分解性は、例えばポリエステルを堆肥と混合し、かつ所定の時間貯蔵することにより定量化することができる。例えば、ＤＩＮＥＮ１３４３２に従って、堆肥化の間にＣＯ₂不含の空気を成熟した堆肥に流すことができる。堆肥は、所定の温度プログラムに曝される。この場合、生分解性は、生分解性のパーセントで示す度合いとして、試料の正味ＣＯ₂排出量（試料なしの堆肥によるＣＯ₂排出量の減算後）の、試料の最大ＣＯ₂排出量（試料の炭素含有率から計算）に対する比率によって定義される。生分解性顆粒は、原則として、堆肥化の数日後にすでに、真菌の生長、亀裂形成および孔形成のような明らかな分解現象を示す。

生分解性を決定するための他の方法は、例えばＡＳＴＭＤ５３３８およびＡＳＴＭＤ６４００−４に記載されている。

実施例
使用した材料：
成分ｉ：
ｉ−１ａ：４．５％のＤ乳酸割合を有する、脂肪族ポリエステル、ポリラクチド、NatureWorks社のNatureworks（登録商標）8052 D
ｉ−１ｂ：１２％のＤ乳酸割合を有する、脂肪族ポリエステル、ポリラクチド、NatureWorks社のNatureworks（登録商標）4060 D
成分ｉｉ：
ｉｉ−１：脂肪族ポリエステル、ポリブチレンスクシナート、MCC社のGSPla FZ91PD
成分ｉｉｉ：
ｉｉｉ−１：BASF SE社のJoncryl（登録商標）ADR 44688 C
成分ｉｖ：
ｉｖ−１：HP 325 Chinatalk Luzenac
ｉｖ−２：カラーマスターバッチ（添加物としてカーボンブラック、酸化鉄およびモノアゾイエロー顔料２５％およびキャリアとして脂肪族ポリエステルｉｉ−１）BASF Color solutions社のSicoversal（登録商標）
成分ｖ：
ｖ−１：発泡剤：イソペンタン
成分ｖｉ：
ｖｉ−１：補助発泡剤：窒素（Ｎ₂）

比較例１：（成分ｉ−１ｂなし）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．７部と窒素（ｖｉ−１）０．１２部とを、成分ｉ−１ａ７５部、成分ｉｉ−１２５部、成分ｉｉｉ−１０．２部および成分ｉｖ−１０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。
この顆粒を室温または３７℃で所定の時間貯蔵し、その後に流動する水蒸気の作用によりこの顆粒を予備発泡させ、第２段階で閉じた型内で溶接して粒子成形品にした。
この成形品について、ＤＩＮ−ＥＮ１２０８９により曲げ強度および曲げ仕事量を決定した。

実施例２：（成分ｉ−１ｂ１０％）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．７部と窒素（ｖｉ−１）０．１２部とを、成分ｉ−１ａ６５部、成分ｉ−１ｂ１０部、成分ｉｉ−１２５部、成分ｉｉｉ−１０．２部および成分ｉｖ−１０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。
この顆粒を室温または３７℃で所定の時間貯蔵し、その後に流動する水蒸気の作用によりこの顆粒を予備発泡させ、第２段階で閉じた型内で溶接して粒子成形品にした。
この成形品について、ＤＩＮ−ＥＮ１２０８９により曲げ強度および曲げ仕事量を決定した。

比較例３：（成分ｉ−１ｂなし、成分ｉｉ−１なし）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．７部と窒素（ｖｉ−１）０．１２部とを、成分ｉ−１ａ１００部、成分ｉｉｉ−１０．２部および成分ｉｖ−１０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。
この顆粒を室温または３７℃で所定の時間貯蔵し、その後に流動する水蒸気の作用によりこの顆粒を予備発泡させた。

比較例４：（成分ｉｉ−１なし）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．７部と窒素（ｖｉ−１）０．１２部とを、成分ｉ−１ａ９０部、成分ｉ−１ｂ１０部、成分ｉｉｉ−１０．２部および成分ｉｖ−１０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。
この顆粒を室温または３７℃で所定の時間貯蔵し、その後に流動する水蒸気の作用によりこの顆粒を予備発泡させた。

比較例５：（成分ｉ−１ｂおよび成分ｖｉ−１なし）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．７部を、成分ｉ−１ａ９０部、成分ｉ−１ｂ１０部、成分ｉｉｉ−１０．２部、および成分ｉｖ−１０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。

実施例６（カラーマスターバッチあり）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．２部と窒素（ｖｉ−１）０．１２部とを、成分ｉ−１ａ６９．４部、成分ｉ−１ｂ５部、成分ｉｉ−１２４．９部、成分ｉｉｉ−１０．２部、成分ｉｖ−１０．４部、および成分ｉｖ−２０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。
この顆粒を室温または３７℃で所定の時間貯蔵し、その後に流動する水蒸気の作用によりこの顆粒を予備発泡させた。

実施例７：（カラーマスターバッチあり）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．２部と窒素（ｖｉ−１）０．１２部とを、成分ｉ−１ａ６９．４部、成分ｉ−１ｂ５部、成分ｉｉ−１２４．１部、成分ｉｉｉ−１０．２部、成分ｉｖ−１１．２部、および成分ｉｖ−２０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。
この顆粒を室温または３７℃で所定の時間貯蔵し、その後に流動する水蒸気の作用によりこの顆粒を予備発泡させた。

実施例８：（カラーマスターバッチあり）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．２部と窒素（ｖｉ−１）０．１２部とを、成分ｉ−１ａ６９．４部、成分ｉ−１ｂ５部、成分ｉｉ−１２３．３部、成分ｉｉｉ−１０．２部、成分ｉｖ−１２部、および成分ｉｖ−２０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。
この顆粒を室温または３７℃で所定の時間貯蔵し、その後に流動する水蒸気の作用によりこの顆粒を予備発泡させた。

実施例９：（カラーマスターバッチあり）
イソペンタン（成分ｖ−１）６．２部と窒素（ｖｉ−１）０．１２部とを、成分ｉ−１ａ６９．４部、成分ｉ−１ｂ５部、成分ｉｉ−１２１．３部、成分ｉｉｉ−１０．２部、成分ｉｖ−１４部、および成分ｉｖ−２０．３部からなる溶融物中に２００〜２４０℃の融点で混入した。
この溶融物を、５０の穿孔（直径０．６５ｍｍ）を有するノズルプレートを通して７０ｋｇ／ｈの処理量で、かつ２６０℃の温度で送り出した。圧力印加されかつ温度調節された水中造粒（２０ｂａｒ−４０℃）を用いて、狭い顆粒粒度分布を有する予備核生成された顆粒を製造した。
この顆粒を室温または３７℃で所定の時間貯蔵し、その後に流動する水蒸気の作用によりこの顆粒を予備発泡させた。

WO 08/130226に記載された方法（予備核生成なしでかつ本発明による成分ｉｉなしの比較例５参照）を用いても、発泡剤含有の膨張可能な顆粒に到達しなかった。WO 11/086030による明らかに改善された方法（比較例１参照）は、発泡剤含有の膨張可能な顆粒を供給し、この顆粒は室温ですでに２週間にわたり貯蔵安定性であるが、輸送の際に十分に短時間起こりかねない比較的高い温度では、この結果はあまり満足いくものではない。実施例２に示すように、本発明による方法は、比較的高い温度でも貯蔵安定性である、発泡剤含有の膨張可能な顆粒を供給する。
さらに、実施例２からの生成物は、実施例１と比較してより良好な機械特性を示す。

Claims

工程：
ａ）成分：
ｉ）ポリ乳酸、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として６５〜９５質量％、ここで、ポリ乳酸は、按分比でｉａ）０．３〜５％のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸６５〜９５質量％と、ｉｂ）１０〜１８％のＤ−乳酸割合を有するポリ乳酸５〜３５質量％とからなる、
ｉｉ）ポリブチレンスクシナート、ポリブチレンスクシナート−コアジパート、およびポリブチレンスクシナート−コセバカートからなる群から選択される脂肪族ポリエステル、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として５〜３５質量％、
ｉｉｉ）相溶化剤、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として０〜２質量％、および
ｉｖ）添加物、成分ｉ〜ｉｉｉの全質量を基準として０．１〜５質量％
を溶融しかつ混合すること、
ｂ）
ｖ）有機発泡剤、成分ｉ〜ｉｖの全質量を基準として１〜７質量％、および
ｖｉ）窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの混合物の群から選択される補助発泡剤０．０１〜５質量％を
ポリマー溶融物内へスタティックミキサーまたは駆動式ミキサーを用いて少なくとも１４０℃の温度で混入すること、
ｃ）ノズル出口での直径が最大で１．５ｍｍである穿孔を有するノズルプレートを通して排出すること、および
ｄ）発泡剤含有の溶融物を、ノズルプレートの直後で、１〜２１ｂａｒの範囲内の圧力で水中で造粒すること
を含む、膨張可能なポリ乳酸含有顆粒の製造方法。
水中造粒を２０〜８０℃で実施することを特徴とする、請求項１記載の方法。
工程ｂ）での有機発泡剤としてイソペンタンを使用することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
工程ａ）での溶融物に、酸化鉄、カーボンブラック、および有機黄色顔料を含むカラーマスターバッチを添加することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。