JP2020158608A - ポリ乳酸樹脂発泡シート、樹脂成形品、および、ポリ乳酸樹脂発泡シートの製造方法 - Google Patents

ポリ乳酸樹脂発泡シート、樹脂成形品、および、ポリ乳酸樹脂発泡シートの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】所定の形状を保持し易い樹脂成形品の形成に有用なポリ乳酸樹脂発泡シートを提供すること。【解決手段】結晶核剤と結晶化促進剤とを所定の割合で含み、結晶化度が所定の状態となるように調製されたポリ乳酸樹脂発泡シートを提供する。【選択図】 図1

Description

本発明は、ポリ乳酸樹脂発泡シート、樹脂成形品、および、ポリ乳酸樹脂発泡シートの製造方法に関する。
従来、ポリエステル樹脂発泡体は、軽量で緩衝性に優れており、しかも、多様な形状に成形加工することが容易であるため包装材などをはじめとして各種成形品の原材料として利用されている。
近年、山野、河川、或いは、海岸といった場所において不法に投棄された包装材で景観が損なわれるといった問題への対策が求められるようになってきている。
このようなことを背景として自然環境において生分解され得るポリ乳酸樹脂を使って成形品を作製することが検討されており、ポリ乳酸樹脂発泡体を種々の用途に展開することが検討されている。
例えば、ポリ乳酸樹脂発泡シートを熱成形するなどして3次元的な形状に加工した樹脂成形品が種々の用途に利用されるようになってきている。
ところで、ポリ乳酸樹脂は、結晶性を有する。
そして、結晶状態にあるポリ乳酸樹脂は、アモルファス状態のポリ乳酸樹脂に比べて高い機械的強度を発揮する。
そのため、ポリ乳酸樹脂で樹脂成形品を作製する際には、ベースポリマーとなるポリ乳酸樹脂以外に結晶核剤と結晶化促進剤とを含有させた樹脂組成物が用いられたりしている。
再表2006/121056号公報
ポリ乳酸樹脂発泡シートのように熱溶融状態からの急冷を伴うような製法で作製されると、結晶化可能な分子がアモルファスな状態でシート中に存在することになり、当該ポリ乳酸樹脂発泡シートで樹脂成形品を形成させた際には当該樹脂成形品が熱変形して所定の形状を保てなくなってしまうことがある。
一方で、ポリ乳酸樹脂発泡シートを十分な結晶化状態にしてしまうと、熱成形などを施した際に成形型への追従性が十分に発揮されずに樹脂成形品が当初から所定の形状になり難い場合がある。
即ち、従来のポリ乳酸樹脂発泡シートでは、所定の形状を保持し易い樹脂成形品を構成することが難しいという問題を有している。
そこで本発明は、所定の形状を保持し易い樹脂成形品の形成に有用なポリ乳酸樹脂発泡シートとその製造方法とを提供し、ひいては、所定の形状を保持し易い樹脂成形品を提供することを課題としている。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行い、結晶核剤と、結晶化促進剤とを所定の割合で含有させることでポリ乳酸樹脂発泡シートが熱成形などにおいて良好な成形性を示し易い結晶化度になることを見出して本発明を完成させるに至った。
即ち、上記課題を解決するための本発明は、ポリ乳酸樹脂と、結晶核剤と、結晶化促進剤とを含み、前記ポリ乳酸樹脂100質量部に対し、前記結晶核剤が0.5質量部以上3.0質量部未満の割合で含有され且つ前記結晶化促進剤が0.5質量部以上5.0質量部未満の割合で含有されており、前記ポリ乳酸樹脂が完全に結晶化しておらず、結晶化度が20%以下で且つ加熱されることによって25%以上の結晶化度を示すポリ乳酸樹脂発泡シートを提供する。
本発明は、また、上記のようなポリ乳酸樹脂発泡シートで一部又は全部が構成されている樹脂成形品を提供する。
さらに本発明は、ポリ乳酸樹脂を含む樹脂組成物を発泡剤とともに押出発泡してポリ乳酸樹脂発泡シートを作製する押出工程が行われるポリ乳酸樹脂発泡シートの製造方法であって、ラジカル開始剤である有機過酸化物を使ってポリ乳酸樹脂どうしを反応させて改質ポリ乳酸樹脂を調製する改質工程がさらに実施され、該改質工程では、前記ポリ乳酸樹脂100質量部に対して前記有機過酸化物を0.1質量部以上2質量部以下の割合で用いて190℃での溶融張力が5cN以上40cN以下の前記改質ポリ乳酸樹脂が調製され、前記押出工程では、前記ポリ乳酸樹脂の一部又は全部が前記改質ポリ乳酸樹脂で、該ポリ乳酸樹脂100質量部に対し、結晶核剤が0.5質量部以上3.0質量部未満の割合で含有され且つ結晶化促進剤が0.5質量部以上5.0質量部未満の割合で含有されている前記樹脂組成物を用いて前記ポリ乳酸樹脂発泡シートが作製されるポリ乳酸樹脂発泡シートの製造方法を提供する。
本発明によれば所定の形状を保持し易い樹脂成形品の形成に有用なポリ乳酸樹脂発泡シートとその製造方法とが提供され、所定の形状を保持し易い樹脂成形品が提供され得る。
ポリ乳酸樹脂発泡シートの製造装置の構成を示す概略図。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
以下においては、ポリ乳酸樹脂発泡シートが押出発泡法で作製される押出発泡シートである場合を主たる例として本発明について説明する。
本実施形態のポリ乳酸樹脂発泡シート(以下、単に「発泡シート」などともいう)は、上記のように押出発泡シートである。
即ち、本実施形態の発泡シートは、ポリ乳酸樹脂を主成分として含有する樹脂組成物が発泡剤とともに押出機で溶融混練された後に押出機の先端に装着されたダイを通じて大気中に押出されることによって作製されたものである。
本実施形態のポリ乳酸樹脂は、発泡シートを良好な発泡状態にする上で、分岐構造や架橋構造を導入すべく改質されていることが好ましい。
即ち、押出発泡に供する前記樹脂組成物に含有させるポリ乳酸樹脂の一部又は全部が改質されたポリ乳酸樹脂(以下「改質ポリ乳酸樹脂」ともいう)であることが好ましい。
本実施形態で前記改質ポリ乳酸樹脂の出発材料となる改質前のポリ乳酸樹脂(以下「非改質ポリ乳酸樹脂」ともいう)は、乳酸の単独重合体であっても乳酸と他のモノマーとの共重合体であってもよい。
前記共重合体での他のモノマーとしては、乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、脂肪族多価アルコール、脂肪族多価カルボン酸などが挙げられる。
前記モノマーは、例えば、多官能多糖類などであってもよい。
前記非改質ポリ乳酸樹脂を構成する乳酸は、L−体とD−体とのいずれか一方でも両方であってもよい。
即ち、前記単独重合体である前記非改質ポリ乳酸樹脂は、ポリ(L−乳酸)樹脂、ポリ(D−乳酸)樹脂、及び、ポリ(DL−乳酸)樹脂の内のいずれであってもよい。
前記共重合体を構成する脂肪族多価カルボン酸としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸が挙げられる。
脂肪族多価カルボン酸は、無水物であってもよい。
前記脂肪族多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、テトラメチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
前記共重合体を構成する乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、グリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ吉草酸、5−ヒドロキシ吉草酸、6−ヒドロキシカプロン酸等が挙げられる。
前記多官能多糖類としては、例えば、セルロース、硝酸セルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、セルロイド、ビスコースレーヨン、再生セルロース、セロハン、キュプラ、銅アンモニアレーヨン、キュプロファン、ベンベルグ、ヘミセルロール、デンプン、アクロペクチン、デキストリン、デキストラン、グリコーゲン、ペクチン、キチン、キトサン、アラビアガム、グァーガム、ローカストビーンガム、アカシアガムなどが挙げられる。
本実施形態における前記非改質ポリ乳酸樹脂は、分子中に乳酸(L−体及びD−体)に由来する構造部分が50質量%以上の割合で含有されていることが好ましい。
前記構造部分(L−体及びD−体)の含有量は、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましく、80質量%以上であることが特に好ましい。
上記の非改質ポリ乳酸樹脂は、有機過酸化物などのラジカル開始剤で使って当該ポリ乳酸樹脂どうしを反応させて改質ポリ乳酸樹脂とすることができる。
本実施形態の前記改質ポリ乳酸樹脂は、190℃での溶融張力測定や同温度での伸長粘度測定において特定の特性値を示すように調製されることが好ましい。
具体的には、改質ポリ乳酸樹脂は、190℃での溶融張力測定において5cN以上40cN以下の溶融張力を示す。
改質ポリ乳酸樹脂の前記溶融張力は、39cN以下であることが好ましく、37cN以下であることがより好ましく、35cN以下であることが特に好ましい。
改質ポリ乳酸樹脂の前記溶融張力は、8cN以上であることが好ましく、10cN以上であることがより好ましい。
本実施形態の改質ポリ乳酸樹脂は、溶融張力が5cN以上であることにより、前記樹脂組成物を使って押出発泡して発泡シートを作製する際の破泡を抑制することができる。
また、本実施形態の改質ポリ乳酸樹脂は、溶融張力が40cN以下であることにより、発泡時に気泡膜が良好な伸びを示して破泡を抑制することができる。
改質ポリ乳酸樹脂や非改質ポリ乳酸樹脂の190℃での溶融張力測定は、ツインボアキャピラリーレオメーターRheologic5000T(チアスト(CEAST)社製)を用いて以下のようにして測定できる。
(溶融張力測定方法)
各試料は80℃、5時間真空乾燥後、測定直前まで密閉してデシケータに保存する。
試験温度190℃に加熱された径15mmのバレルに測定試料樹脂を充填後、5分間予熱したのち、上記測定装置のキャピラリーダイ(口径2.095mm、長さ8mm、流入角度90度(コニカル))からピストン降下速度(0.07730mm/s)を一定に保持して紐状に押出しながら、この紐状物を上記キャピラリーダイの下方27cmに位置する張力検出のプーリーに通過させた後、巻取りロールを用いて、その巻取り速度を初速4.0mm/s、加速度12mm/sで徐々に増加させつつ巻き取っていき、紐状物が切断する直前の極大値と極小値の平均を試料の溶融張力とする。
なお、張力チャートに極大点が1個しかない場合はその極大値を溶融張力とする。
改質ポリ乳酸樹脂は、熱溶融時に適度な流動性を示すことが好ましくメルトマスフローレイト(MFR)が0.5g/10min以上であることが好ましい。
改質ポリ乳酸樹脂のMFRは、1.0g/10min以上であることがより好ましく、1.5g/10min以上であることがさらに好ましく、2.0g/10min以上であることが特に好ましい。
前記MFRは、20g/10min以下であることが好ましく、10g/10min以下であることがより好ましく、6.0g/10min以下であることが特に好ましい。
改質ポリ乳酸樹脂や非改質ポリ乳酸樹脂のメルトマスフローレイト(MFR)は、例えば、(株)安田精機製作所製の「メルトフローインデックステスター(自動)120-SAS」 を用いて測定することができる。
MFRは、JIS K7210−1:2014「プラスチック―熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の求め方−第1部」B法記載のピストンが所定の距離を移動する時間を測定する方法により測定することができる。
測定条件は、原則的に以下の通りとする。
試料:3〜8g
尚、測定用の試料は80℃、5時間真空乾燥し、乾燥後は測定直前まで密閉してデシケータに保存する。
予熱:300秒
ロードホールド:30秒
試験温度:190℃
試験荷重:2.16kg(21.18N)。
そして、試料の試験回数は3回とし、その平均をメルトマスフローレイト(g/10min)の値とする。
前記非改質ポリ乳酸樹脂を改質する際には、ラジカル開始剤のみならずカルボジイミドなどの鎖伸長剤などが用いられ得る。
また、鎖伸長剤による改質は、アクリル系有機化合物、エポキシ系有機化合物、イソシアネート系有機化合物など、ポリ乳酸樹脂の分子構造中に存在する水酸基やカルボキシル基と縮合反応させることが可能な官能基を1又は複数有する化合物を用いて行うことができる。
即ち、前記改質は、アクリル系有機化合物、エポキシ系有機化合物、イソシアネート系有機化合物などを反応によってポリ乳酸樹脂に結合させる方法で実施することができる。
架橋や長鎖分岐によるポリ乳酸樹脂の改質は、前記の通りラジカル開始剤によってポリ乳酸樹脂どうしを反応させる方法などによって行うことができる。
上記の改質方法の中では、発泡シートに他の成分が含有することを抑制できる点においてポリ乳酸樹脂どうしをラジカル開始剤で反応させることが好ましい。
尚、適度な反応性を有するラジカル開始剤を使ってポリ乳酸樹脂どうしを反応させると、押出機内でのポリ乳酸樹脂の分解起点が前記ラジカル開始剤によって発生させたフリーラジカルによってアタックされ、当該箇所が架橋点(分岐点)となって安定化され得る。
ポリ乳酸樹脂は、このような改質がなされることで熱安定性が増して押出機を通過する際に低分子量化され難くなる。
ポリ乳酸樹脂の改質に用いられる前記ラジカル開始剤としては、例えば、有機過酸化物、アゾ化合物、ハロゲン分子などが挙げられる。
これらの中では有機過酸化物が好ましい。
本実施形態で用いられる該有機過酸化物としては、例えば、パーオキシエステル、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート、パーオキシケタール、及び、ケトンパーオキサイド等が挙げられる。
前記パーオキシエステルとしては、例えば、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキシルカーボネート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシアセテート、2,5−ジメチル2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、及び、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート等が挙げられる。
前記ハイドロパーオキサイドとしては、例えば、パーメタンハイドロパーオキシド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、及び、t−ブチルハイドロパーオキサイド等が挙げられる。
前記ジアルキルパーオキサイドとしては、例えば、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、及び、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)−ヘキシン−3等が挙げられる。
前記ジアシルパーオキサイドとしては、例えば、ジベンゾイルパーキサイド、ジ(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド、及び、ジ(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド等が挙げられる。
前記パーオキシジカーボネートとしては、例えば、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート等が挙げられる。
前記パーオキシケタールとしては、例えば、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキサン、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)−ブタン、n−ブチル4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)バレレート、及び、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン等が挙げられる。
前記ケトンパーオキシドとしては、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド等が挙げられる。
前記有機過酸化物による改質では、改質後の改質ポリ乳酸樹脂に熱溶融時にゲルとなるような分子量が過大な成分を混在させたり、当該有機過酸化物の分解残渣による臭気の問題を発生させたりするおそれを有する。
このような問題を生じさせるおそれを抑制でき、ポリ乳酸樹脂を発泡に適した状態に改質することが容易である点において、前記有機過酸化物は、パーオキシエステルであることが好ましい。
また、パーオキシエステルの中でもポリ乳酸樹脂の改質に用いられる有機過酸化物は、パーオキシモノカーボネートやパーオキシジカーボネートなどのパーオキシカーボネート系有機過酸化物であることが好ましい。
本実施形態においてポリ乳酸樹脂の改質に用いられる有機過酸化物は、パーオキシカーボネート系有機過酸化物の中でもパーオキシモノカーボネート系有機過酸化物であることが好ましく、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートであることが特に好ましい。
上記のような有機過酸化物は、その分子量などにもよるが、通常、改質をする非改質ポリ乳酸樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上の割合で用いられる。
有機過酸化物の使用量は、0.2質量部以上であることが好ましく、0.3質量部以上であることが特に好ましい。
有機過酸化物の使用量は、2.0質量部以下であることが好ましく、1.5質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以下であることが特に好ましい。
このような割合で有機過酸化物を用いて非改質ポリ乳酸樹脂を改質することで改質後の改質ポリ乳酸樹脂を発泡に適したものにすることができる。
上記のような有機過酸化物は、その使用量が0.1質量部以上とされることにより、ポリ乳酸樹脂に対して改質による効果をより確実に発揮させ得る。
また、有機過酸化物は、その使用量が2.0質量部以下とされることで、改質後のポリ乳酸樹脂にゲルが混在することを抑制し得る。
押出発泡に供する樹脂組成物におけるポリ乳酸樹脂は、改質ポリ乳酸樹脂と非改質ポリ乳酸樹脂との混合物であってもよい。
前記樹脂組成物におけるポリ乳酸樹脂の合計量に占める改質ポリ乳酸樹脂の割合は、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。
前記樹脂組成物には、必要に応じてポリ乳酸樹脂以外の樹脂を含有させてもよいが、ポリ乳酸樹脂以外の樹脂の含有量は10質量%以下とされることが好ましく、5質量%以下とされることがより好ましく、3質量%以下であることがさらに好ましい。
押出発泡に供する樹脂組成物には、前記ポリ乳酸樹脂とともに結晶核剤と結晶化促進剤とを含有させることが好ましい。
前記結晶核剤としては、例えば、有機結晶核剤や無機結晶核剤などが挙げられる。
前記結晶核剤としては、有機結晶核剤と無機結晶核剤との内の一方のみを採用してもよく、有機結晶核剤と無機結晶核剤とを併用してもよい。
また、前記結晶核剤として無機結晶核剤だけを用いる場合、無機結晶核剤の内の1種だけを結晶核剤として採用してもよく、無機結晶核剤の内の2種以上を併用してもよい。
同様に前記結晶核剤として有機結晶核剤だけを用いる場合、有機結晶核剤の内の1種だけを結晶核剤として採用してもよく、有機結晶核剤の内の2種以上を併用してもよい。
前記結晶核剤としては、有機結晶核剤と無機結晶核剤とを併用する場合、いずれか一方、又は、両方に複数種類のものが採用されてもよい。
前記無機結晶核剤としては、例えば、タルク、酸化スズ、スメクタイト、ベントナイト、ドロマイト、セリサイト、長石粉、カオリン、マイカ、モンモリロナイト等が挙げられる。
これらの中でも、結晶化速度向上、耐熱性、耐久性などの観点から前記無機結晶核剤としては、タルクあるいは酸化スズであることが好ましい。
前記有機結晶核剤としては、例えば、有機アミド化合物、有機ヒドラジド化合物、カルボン酸エステル系化合物、有機スルホン酸塩、フタロシアニン系化合物、メラミン系化合物、および有機ホスホン酸塩などが挙げられる。
有機スルホン酸塩としては、スルホイソフタル酸塩など、種々のものを用いることができるが、中でも、5−スルホイソフタル酸ジメチル金属塩が、結晶化促進効果の点から好ましい。
さらに、バリウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、カリウム塩、ルビジウム塩、ナトリウム塩などが好ましい。
前記有機アミド化合物としては、例えば、N,N’,N”−トリシクロヘキシルトリメシン酸アミド、N,N’−エチレンビス(12−ヒドロキシステアリン酸)アミドなど挙げられる。
前記結晶核剤は、例えば、前記樹脂組成物に含有される前記ポリ乳酸樹脂の含有量を100質量部としたときに0.5質量部以上となる割合で前記樹脂組成物に含有させ得る。
前記結晶核剤は、0.6質量部以上の割合で前記樹脂組成物に含有されることが好ましく、0.7質量部以上の割合で前記樹脂組成物に含有されることがより好ましい。
前記結晶核剤は、例えば、前記樹脂組成物に含有される前記ポリ乳酸樹脂の含有量を100質量部としたときに3.0質量部未満となる割合で前記樹脂組成物に含有させ得る。
前記結晶核剤は、2.5質量部以下の割合で前記樹脂組成物に含有されることが好ましく、2.2質量部以下の割合で前記樹脂組成物に含有されることがより好ましい。
前記結晶化促進剤としては、例えば、ジ−n−オクチルフタレート、ジ−2−エチルヘキシルフタレート、ジベンジルフタレート、ジイソデシルフタレート、ジトリデシルフタレート、ジウンデシルフタレート等のフタル酸誘導体、ジオクチルイソフタレート等のイソフタル酸誘導体、ジ−n−ブチルアジペート、ジオクチルアジペート等のアジピン酸誘導体、ジ−n−ブチルマレエート等のマレイン酸誘導体、トリ−n−ブチルシトレート等のクエン酸誘導体、モノブチルイタコネート等のイタコン酸誘導体、ブチルオレート等のオレイン酸誘導体、グリセリンモノリシノレート等のリシノール酸誘導体、トリクレジルフォスフェート、トリキシレニルフォスフェート等のリン酸エステル、ポリエチレンアジペート、ポリアクリレートアセチルクエン酸トリブチル等のヒドロキシ多価カルボン酸エステル類、グリセリントリアセテート、グリセリントリプロピオネート等の多価アルコールエステル類、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ポリアルキレングリコール誘導体、ベンジル・2−(2−メトキシエトキシ)エチル・アジパート、ポリグリセリン脂肪酸エステルなどが挙げられる。
前記結晶化促進剤としては、ポリグリセリン脂肪酸エステルが好ましい。
前記ポリグリセリン脂肪酸エステル類としては、例えば、ポリグリセリンオレイン酸エステル、ポリグリセリンリシノール酸エステル、ポリグリセリンラウリン酸エステル、ポリグリセリンステアリン酸エステル、ポリグリセリン縮合リシノール酸エステルなどが挙げられる。
これらのなかで前記結晶化促進剤としては、ポリグリセリンステアリン酸エステルを採用することが好ましい。
ポリグリセリン脂肪酸エステルは、一般的には可塑剤として利用され、ポリ乳酸樹脂に対しては結晶化を阻害するものとして考えられている。
しかしながらポリグリセリン脂肪酸エステルは、ポリ乳酸樹脂が結晶核を形成するのを促進する機能を有し、結晶核の形成を促進して結晶化を促進させる機能を有する。
本実施形態においては、ポリ乳酸樹脂として改質ポリ乳酸樹脂が採用されている。
即ち、本実施形態でのポリ乳酸樹脂は、分岐や架橋といった分子構造を有するため結晶が大きく成長し難い。
したがって、結晶成長を促進させるのではなく、結晶核の形成を促進する機能を発揮するポリグリセリン脂肪酸エステルは、本実施形態において用いる結晶化促進剤として好適なものであるといえる。
前記結晶化促進剤は、例えば、前記樹脂組成物に含有される前記ポリ乳酸樹脂の含有量を100質量部としたときに0.5質量部以上となる割合で前記樹脂組成物に含有させ得る。
前記結晶化促進剤は、0.6質量部以上の割合で前記樹脂組成物に含有されることが好ましく、0.7質量部以上の割合で前記樹脂組成物に含有されることがより好ましい。
前記結晶化促進剤は、例えば、前記樹脂組成物に含有される前記ポリ乳酸樹脂の含有量を100質量部としたときに5.0質量部未満となる割合で前記樹脂組成物に含有させ得る。
前記結晶化促進剤は、4.0質量部以下の割合で前記樹脂組成物に含有されることが好ましく、3.5質量部以下の割合で前記樹脂組成物に含有されることがより好ましい。
前記樹脂組成物には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
該添加剤としては、例えば、気泡調整剤、滑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、紫外線吸収剤、光安定剤、着色剤、抗菌剤等が挙げられる。
尚、これらの添加剤の割合は、ポリ乳酸樹脂100質量部に対して10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。
前記樹脂組成物とともに押出発泡に用いる前記発泡剤としては、常温(23℃)、常圧(1気圧)において気体となる物理発泡剤や、熱分解によって気体を発生させる分解型発泡剤を採用することができる。
前記物理発泡剤としては、例えば不活性ガス、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素等が採用可能である。
前記不活性ガスとしては、例えば、二酸化炭素、窒素等が挙げられる。
前記脂肪族炭化水素としては、例えば、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン等が挙げられ、前記脂環族炭化水素としては、例えば、シクロペンタン、シクロへキサン等が挙げられる。
本実施形態においては、上記の中でも特にノルマルブタンやイソブタンが好ましく用いられ得る。
前記分解型発泡剤としては、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、重炭素ナトリウム又はクエン酸のような有機酸もしくはその塩と重炭酸塩との混合物などが挙げられる。
上記のような樹脂組成物を用いて作製される本実施形態の発泡シートは、成形時における型表面への追従性を考慮すると、ある程度の柔軟性を発揮する状態とされていることが好ましい。
本実施形態の発泡シートは、連続気泡率が10%以上であることが好ましい。
発泡シートの連続気泡率は、15%以上であることがより好ましい。
発泡シートの連続気泡率は、発泡シートに優れた強度を発揮させる上において、50%以下であることが好ましく、40%以下であることがより好ましく、30%以下であることが特に好ましい。
発泡シートの発泡倍率は、3倍以上であることが好ましく、4倍以上であることがより好ましく、4.5倍以上であることが特に好ましい。
発泡シートの発泡倍率は、優れた強度を発揮させる上において、15倍以下であることが好ましく、12倍以下であることがより好ましく、10倍以下であることが特に好ましい。
発泡シートの連続気泡率は、以下に示した方法によって測定することができる。
(連続気泡率)
発泡シートから、縦25mm、横25mmのシート状サンプルを複数枚切り出し、切り出したサンプルを隙間があかないようにして重ね合わせて厚み25mmの測定用試料とし、この測定用試料の外寸を(株)ミツトヨ製「デジマチックキャリパ」を使用して1/100mmまで測定し、見掛けの体積(cm)を求める。
次に空気比較式比重計1000型(東京サイエンス(株)製)を使用して、1−1/2−1気圧法により測定用試料の体積(cm)を求める。
これらの求めた値と下記式とにより連続気泡率(%)を計算し、試験数5個の平均値を求める。
なお、測定は、測定用試料をJIS K7100−1999 記号23/50、2級の環境下で16時間状態調節した後、JIS K7100−1999 記号23/50、2級の環境下で行う。
また、空気比較式比重計は、標準球(大28.9cc 小8.5cc)にて補正を行う。

連続気泡率(%)=100×(見掛け体積−空気比較式比重計での測定体積)/見掛け体積
発泡シートの発泡倍率は、発泡シートの見掛け密度(ρ1)を求め、発泡シートを構成しているポリ乳酸樹脂組成物の密度(真密度:ρ0)を求め、該真密度(ρ0)を前記見掛け密度(ρ1)で除して求めることができる。
即ち、発泡倍率は、下記の式を計算して求めることができる。

発泡倍率=真密度(ρ0)/見掛け密度(ρ1)
前記発泡シートの密度は、JIS K7222:1999「発泡プラスチックおよびゴム−見掛け密度の測定」に記載される方法によって求めることができ、具体的には下記のような方法で測定することができる。
(密度測定方法)
発泡シートから、100cm以上の試料を元のセル構造を変えないように切断し、この試料をJIS K7100:1999の記号23/50、2級環境下で16時間状態調節した後、その寸法、質量を測定して、密度を下記式により算出する。

見掛け密度(kg/m)=試料の質量(kg)/試料の体積(m

なお、試料の寸法測定には、例えば、(株)ミツトヨ製「DIGIMATIC」CD−15タイプを用いることができる。
ポリ乳酸樹脂組成物の密度は、発泡シートを熱プレスするなどして非発泡体化した試料に対してアルキメデス法(JIS K8807:2012「固体の密度及び比重の測定方法」の液中ひょう量法)に基づく測定を実施して求めることができる。
前記発泡シートは、樹脂成形品を形成させる際に良好な成形性を示し、成形後には樹脂成形品に優れた強度を発揮することが好ましいため、気泡膜を構成している前記ポリ乳酸樹脂が完全に結晶化しておらず、例えば、ガラス転移開始温度以上に加熱することによって結晶化が進行する状態にあることが好ましい。
前記発泡シートは、熱成形等によって所望の形状を賦与することが容易である点において結晶化度が20%以下であることが好ましい。
前記発泡シートの結晶化度は、19%以下であることがより好ましく、18%以下であることがさらに好ましい。
前記発泡シートは、樹脂成形品に優れた強度を発揮させる上において加熱されることによって25%以上の結晶化度を示す状態になることが好ましい。
前記発泡シートは、樹脂成形品に優れた強度を発揮させる上において加熱されることによって30%以上の結晶化度を示す状態になることがより好ましく、35%以上の結晶化度を示す状態になることがさらに好ましい。
前記発泡シートの結晶化度が過度に低かったり、前記発泡シートが加熱されることによって到達する結晶化度が過度に高かったりすると、樹脂成形品を作製する際の結晶化度の変化が大きくなったり、樹脂成形品が十分に結晶化されていない状態となってしまったりすることがある。
上記のようなことから、前記発泡シートは、結晶化度が8%以上であることが好ましい。
前記発泡シートの結晶化度は、10%以上であることがより好ましく、12%以上であることがさらに好ましく、14%以上であることが特に好ましい。
前記発泡シートが加熱されることによって到達する結晶化度は、50%以下であることが好ましい。
前記発泡シートの結晶化度は、45%以下であることがより好ましく、40%以下であることがさらに好ましく、38%以下であることが特に好ましい。
ポリ乳酸樹脂、発泡シート、及び、樹脂成形品などでの結晶化度は、次のようにして求めることができる。
(結晶化度)
ポリ乳酸樹脂、発泡シート、及び、樹脂成形品の結晶化度は、熱流束示差走査熱量計(熱流束DSC)を用いて次のようにして測定することができる。
測定は、JIS K7122:1987、JIS K7122:2012「プラスチックの転移熱測定方法」に記載されている方法で実施する。
但し、サンプリング方法・温度条件に関しては以下のように行う。
試料をアルミニウム製測定容器(日立ハイテクサイエンス(株)製、商品コード:GAA−0065)の底にすきまのないよう5±0.5mg充てん後、アルミニウム製の蓋(日立ハイテクサイエンス(株)製、商品コード:GAA−0064)をし、次いで示差走査熱量計((株)日立ハイテクサイエンス製「DSC7000X、AS−3」)を用い、窒素ガス流量20mL/minのもと30℃で2分間保持し、速度2℃/minで30℃から210℃まで昇温した時のDSC曲線を得る。
その時の基準物質はアルミナを用いる。
ここで「結晶化度」とは、結晶融解において現れる吸熱ピークの面積から求められる吸熱量(融解熱量(J/g))と結晶化ピークの面積から求められる結晶化熱量(J/g)との差をポリ乳酸完全結晶の理論融解熱(93J/g)で除して求められる。
融解熱量及び結晶化熱量は装置付属の解析ソフトを用いて算出する。
具体的には、融解熱量は低温側のベースラインからDSC曲線が離れる点と、そのDSC曲線が再び高温側のベースラインへ戻る点とを結ぶ直線と、DSC曲線に囲まれる部分から算出される。
結晶化熱量は低温側のベースラインからDSC曲線が離れる点と、そのDSC曲線が再び高温側へ戻る点とを結ぶ直線と、DSC曲線に囲まれる部分の面積から算出される。
つまり、結晶化度は次式より求められる。

結晶化度(%)=
〔融解熱量(J/g)−結晶化熱量(J/g)〕/93(J/g) ×100(%)
前記発泡シートが加熱されることによって到達することができる結晶化度については、上記の融解熱量(J/g)をポリ乳酸完全結晶の理論融解熱(93J/g)で除して求められる。
発泡シートが到達可能な結晶化度=融解熱量(J/g)/93(J/g)×100(%)
前記発泡シートの結晶化度は、前記結晶核剤及び前記結晶化促進剤の使用量や、押出発泡での条件(樹脂温度や押出直後の冷却条件)などによって調整可能である。
以下に本実施形態に係る発泡シートの製造方法の一例について説明する。
本実施形態に係るポリ乳酸樹脂発泡シートの製造方法では、ポリ乳酸樹脂を含む樹脂組成物を発泡剤とともに押出発泡してポリ乳酸樹脂発泡シートを作製する押出工程が行われる。
また、前記の通り、本実施形態においてはラジカル開始剤である有機過酸化物を使ってポリ乳酸樹脂どうしを反応させて改質ポリ乳酸樹脂を調製する改質工程がさらに実施される。
前記改質工程では、前記ポリ乳酸樹脂100質量部に対して前記有機過酸化物を0.1質量部以上2質量部以下の割合で用いて190℃での溶融張力が5cN以上40cN以下の前記改質ポリ乳酸樹脂が調製される。
前記押出工程では、前記ポリ乳酸樹脂の一部又は全部が前記改質ポリ乳酸樹脂で、該ポリ乳酸樹脂100質量部に対し、前記結晶核剤が0.5以上3.0質量部未満の割合で含有され且つ前記結晶化促進剤が0.5以上5.0質量部未満の割合で含有されている前記樹脂組成物を用いて前記ポリ乳酸樹脂発泡シートが作製される。
前記改質工程は、非改質ポリ乳酸樹脂と有機過酸化物とをニーダーや二軸押出機などで溶融混練することにより実施することができる。
この工程では、非改質ポリ乳酸樹脂が加熱溶融されるとともに有機過酸化物が熱分解してラジカルが発生し、該ラジカルによってポリ乳酸樹脂の分子に切断や架橋の反応が生じ、所定時間溶融混練を行うことで分岐構造や架橋構造が形成された改質ポリ乳酸樹脂が得られることになる。
前記改質工程は、例えば、造粒ダイ(ホットカットダイ)を装着した二軸押出機を使って改質されたポリ乳酸樹脂を直後にペレット化するようにしてもよい。
前記改質工程で用いる二軸押出機には、ストランドダイやTダイを装着し、前記改質工程では改質されたポリ乳酸樹脂によるストランドやシートを作製し、その後、ストランドやシートをカットして造粒する工程を別途実施してもよい。
尚、要すれば、タンデム押出機を用いて改質工程に連続して押出発泡工程を実施するようにしてもよい。
尚、要すれば、タンデム押出機を用いて改質工程に連続して押出発泡工程を実施するようにしてもよい。
例えば、本実施形態での押出発泡工程は、図1に示したような装置を用いて実施することができる。
図1に例示の装置は、タンデム押出機10と、タンデム押出機10において溶融混練されたポリ乳酸樹脂組成物を筒状に吐出するサーキュラーダイCDとが備えられている。
さらに、この製造装置には、サーキュラーダイCDから筒状に吐出された発泡シートを空冷する冷却装置CLと、この筒状の発泡シートを拡径して所定の大きさの筒状にするためのマンドレルMDと、該マンドレルMD通過後の発泡シートをスリットして2枚のシートに分割するスリット装置と、スリットされた発泡シート1を複数のローラ21を通過させた後に巻き取るための巻取りローラ22が備えられている。
前記タンデム押出機10の上流側の押出機(以下「第1押出機10a」ともいう)には、発泡シートの原材料となるポリ乳酸樹脂を投入するためのホッパー11と、炭化水素などの発泡剤をシリンダー内に供給するためのガス導入部12が設けられている。
この第1押出機10aの下流側には、発泡剤を含んだポリ乳酸樹脂組成物を溶融混練するための押出機(以下「第2押出機10b」ともいう)が備えられている。
このような装置にて押出発泡工程を実施する場合、第1押出機10aでポリ乳酸樹脂の改質を実施し、第1押出機10aの末端部又は第2押出機10bの基端部において発泡剤などを混合して発泡シートの原材料となるポリ乳酸樹脂組成物を調製し、前記サーキュラーダイCDから押出発泡を行うようにしてもよい。
本実施形態の発泡シートは、冷却装置CLによる冷却を強化することで発泡シートに含まれているポリ乳酸樹脂がそれ以上結晶化できないような状態にまで完全に結晶化してしまうことを防ぐことができる。
即ち、発泡シートは、冷却装置CLによる冷却を強化されることで結晶化度が低く抑えられた状態で作製され得る。
また、本実施形態の発泡シートは、サーキュラーダイCDから押出された後にマンドレルMDまで到達する時間を短期化することで結晶化度を低く抑えた状態で作製され得る。
このようにして結晶化度が20%以下となる状態に調製された発泡シートは、加熱することによって変形させることが容易であり、しかも、結晶核剤や結晶化促進剤が適度な割合で含有されているために、成形に際して急激な結晶化が起きることが抑制される。
さらに、本実施形態においては、発泡シートに含有されているポリ乳酸樹脂が改質ポリ乳酸樹脂であるために成形に際して急激な結晶化が起きることが抑制される。
従って、本実施形態において作製された発泡シートは、成形型の成形面に対して良好な追従性を示し、成形後には適度に結晶化が進行してそれ以降の熱変形が生じ難くなり得る。
本実施形態の樹脂成形品は、発泡シートを熱成形などと称される方法によって加工して製造することができる。
前記熱成形としては、真空成形、圧空成形、真空圧空成形、マッチモールド成形、プレス成形などが挙げられる。
前記真空成形はエアスリップ法であってもプラグアシスト法であってもよい。
そして、樹脂成形品は、この成形時における加熱、又は、成形後にその形状を保持させた状態で加熱されることによって含有するポリ乳酸樹脂を十分に結晶化させることが好ましい。
具体的には、樹脂成形品は、最終的に到達可能な結晶化度に対して80%以上の結晶化度となるように調製されることが好ましく90%以上の結晶化度となるように調製されることがより好ましい。
樹脂成形品の製造方法は、特に上記のような方法に限定されるものではない。
また、樹脂成形品は、本実施形態の発泡シートだけで形成させる必要性はなく、当該発泡シート以外の部材をさらに用いて形成させてもよい。
例えば、樹脂成形品は、本実施形態の発泡シートで形成したカップ容器や丼容器の外周面に樹脂フィルムや紙を接着したものであってもよい。
前記樹脂成形品の一部又は全部を構成する発泡シートは、必ずしも3次元的な形状を有していなくてもよい。
例えば、樹脂成形品は、折箱のような板状の発泡シートだけで構成されていてもよい。
本実施形態における樹脂成形品は、僅かなひずみが生じただけで目立ち易い折箱のような樹脂成形品であることで本発明の効果をより顕著に発揮させ得る。
即ち、本実施形態における樹脂成形品は、板状の発泡シートを構成部材としていることが好ましい。
尚、本発明は、これまでに述べた例示には何等限定されるものではなく、上記例示に適宜変更を加え得るものである。
以下に、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが本発明は以下の例示にも何等限定されるものではない。
(実施例1)
(改質工程)
ポリ乳酸樹脂(Nature Works社製「Biopolymer Ingeo 4032D」、MFR=4.4g/10min、密度=1240kg/m)100質量部と、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(化薬アクゾ社製「カヤカルボンBIC−75」、1分間半減期温度T1:158.8℃)0.5質量部とをリボンブレンダーにて攪拌混合して、混合物を得た。
得られた混合物を、口径が57mmの二軸押出機(L/D=31.5)に供給した。
フィード部の設定温度を170℃、それ以降の温度を230℃に設定し、回転数150rpmの条件にて二軸押出機中で、前記混合物を溶融混練させ、押出機の先端に取り付けた口径3mm、孔数18個のダイから、50kg/hの吐出量で、混練物をストランド状に押し出した。
次いで、押し出されたストランド状の混練物を、30℃の水を収容した長さ2mの冷却水槽中を通過させて、冷却した。
得られたストランドをカットすることにより190℃での溶融張力が16cNの改質ポリ乳酸樹脂(mPLA)ペレットを調製した。
(押出工程)
改質工程で得られた改質ポリ乳酸樹脂ペレット(mPLA)と、結晶核剤(タルク:松村産業(株)製「クラウンタルク」)と、結晶化促進剤(ポリグリセリン脂肪酸エステル(PGFE):太陽化学(株)製「チラバゾールP4」)とが100:1:1(mPLA:タルク:PGFE)の質量比で含まれている樹脂組成物を押出機に供給し、該押出機中で加熱溶融させつつ混練を実施した。
その後、発泡剤としてブタン(イソブタン/ノルマルブタン=70/30)を同押出機に圧入し、前記樹脂組成物とともに溶融混合させた。
次いで、この溶融混合物をサーキュラーダイから押出発泡させて、円筒状発泡体を得た。
得られた円筒状発泡体を冷却用マンドレルの外周面上を沿わせ、またその外面をその径よりも大きいエアリングによりエアーを吹き付けることにより冷却成形し、円周上の1点でカッターにより切開して、帯状の発泡シートを得た。
得られた発泡シートは連続気泡率が21%で、結晶化度が17%であった。
(樹脂成形品の作製)
雄雌のグラタン容器形状(容器開口部(リブを含む)外寸法:140mm、底部外寸法:110mm、容器深さ外寸法:35mm)成形金型を備えたプラグアシストタイプの成形機を用意した。
熱成形は、金型温度を120℃にセットし、上記で得られた発泡シートを成形機にセットして、成形サイクルを6.3秒、キャビティ側のヒーターの設定温度を290℃、プラグ側のヒーターの設定温度を250℃として実施し、容器(樹脂成形品)を作製した。
(樹脂成形品の初期外観・結晶化度)
熱成形で得られた容器は、成形型の形状が精度良く反映されていた。
また、容器の結晶化度を測定したところ結晶化度は37%であった。
(樹脂成形品の初期外観・結晶化度・給湯変形)
得られた容器に100℃の熱湯を注ぎ入れ3分後に湯を捨てて容器の底面の膨化状況を観察した。
そして、容器の底面が元通りで膨らんでいる様子が見られないか、膨らんでいてもその高さが3mm未満の場合は変形が十分に抑制されていると判断し「◎」判定とした。
また、容器の底面の膨らみ高さが3mm以上6mm未満の場合は、許容範囲であると判断して「〇」判定とした。
一方で容器の底面の膨らみ高さが6mm以上9mm未満の場合は、“問題アリ”と判断して「△」と判定した。
さらに、容器の底面が9mm以上の膨らんでしまっている場合は、変形が大きいと判断し「×」判定とした。
以上の評価結果を表1に示す。
(実施例2、比較例1、2)
結晶核剤、結晶化促進剤の量を変更するとともに押出発泡後の冷却条件を変更して発泡シートの結晶化度を変更したこと以外は実施例1と同様に発泡シートを作製するとともに容器を作製して実施例1と同様に評価した。
結果を表1に示す。
(比較例3)
発泡工程において、非改質ポリ乳酸樹脂ペレットを用いたこと、結晶核剤、結晶化促進剤の量を変更したこと以外は、実施例1と同様に評価した。
しかし、比較例3については、樹脂の溶融張力がなく安定したシートの引き取りができなかったため、発泡シートが得られなかった。
結果を表1に示す。
上記のようなことからも本発明によれば所定の形状を保持し易い樹脂成形品が得られることがわかる。

Claims (3)

  1. ポリ乳酸樹脂と、結晶核剤と、結晶化促進剤とを含み、
    前記ポリ乳酸樹脂100質量部に対し、前記結晶核剤が0.5質量部以上3.0質量部未満の割合で含有され且つ前記結晶化促進剤が0.5質量部以上5.0質量部未満の割合で含有されており、
    前記ポリ乳酸樹脂が完全に結晶化しておらず、結晶化度が20%以下で且つ加熱されることによって25%以上の結晶化度を示すポリ乳酸樹脂発泡シート。
  2. 請求項1記載のポリ乳酸樹脂発泡シートで一部又は全部が構成されている樹脂成形品。
  3. ポリ乳酸樹脂を含む樹脂組成物を発泡剤とともに押出発泡してポリ乳酸樹脂発泡シートを作製する押出工程が行われるポリ乳酸樹脂発泡シートの製造方法であって、
    ラジカル開始剤である有機過酸化物を使ってポリ乳酸樹脂どうしを反応させて改質ポリ乳酸樹脂を調製する改質工程がさらに実施され、
    該改質工程では、前記ポリ乳酸樹脂100質量部に対して前記有機過酸化物を0.1質量部以上2質量部以下の割合で用いて190℃での溶融張力が5cN以上40cN以下の前記改質ポリ乳酸樹脂が調製され、
    前記押出工程では、前記ポリ乳酸樹脂の一部又は全部が前記改質ポリ乳酸樹脂で、該ポリ乳酸樹脂100質量部に対し、結晶核剤が0.5質量部以上3.0質量部未満の割合で含有され且つ結晶化促進剤が0.5質量部以上5.0質量部未満の割合で含有されている前記樹脂組成物を用いて前記ポリ乳酸樹脂発泡シートが作製されるポリ乳酸樹脂発泡シートの製造方法。
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