JP2022516927A - Plaベースの物品の熱成形 - Google Patents
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Abstract
Description
示差走査熱量測定(DSC:differential scanning calorimetry)によって決定される0.70超の、全融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比を有する結晶化可能なポリ乳酸(PLA:polylactic acid)ベースの樹脂のシートを加熱して、DSCによって決定される0.5超の、全融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比(ΔHcc/ΔHm)を有する加熱されたシートを用意すること、ここで、該該加熱は、該シートが、1秒間当たり5℃~25℃の加熱速度で、80℃以下の表面温度から90℃以上~150℃以下の表面温度に加熱される加熱工程を含み、そして、加熱直後に、
該加熱されたシートを形成して、型によって成形物を製造すること、ここで、該型は、70℃以上~120℃以下の温度を有する、
を含む上記方法を今見出した。
ΔHm,0=ΔHm-ΔHcc
ポリL-乳酸(PLLA:poly L-lactic acid)ポリマーにおけるラクトイル単位の全重量に対するL-ラクトイル単位の重量に基づいて、少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%、より好ましくは少なくとも99.5%、の光学純度を有するPLLAポリマーの50~100重量%、又は
ポリD-乳酸(PDLA)ポリマーにおけるラクトイル単位の全重量に対するD-ラクトイル単位の重量に基づいて、少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%、より好ましくは少なくとも99.5%、の光学純度を有するPDLAポリマーの50~100重量%
を含みうる。
実施例1は、異なる加熱速度で加熱された、異なるPLA及び核形成されたPLAの配合物に基づく、幅60mm及び深さ60mmのカップの形成挙動を示す。
サンプル2~5は、110~130kg/molの絶対的重量平均分子量を有するPLLA(Total Corbion PLA製のLuminy(商標)PLLA L175)を、表1に記載される添加剤と一緒に溶融配合することによって調製された。配合の前に、PLLA及びPDLAは、-40℃よりも低い露点のデシカント温風乾燥機において、85℃で、最低4時間乾燥された。
110~130kg/molの絶対的重量平均分子量を有する市販のPLLA(Total Corbion PLA製のLuminy(商標)PLLA L175)(サンプル1)及び上記されている通りに配合されたサンプル2~5が、95/205/195/195/195/195℃の温度プロファイル、最終帯域へのホッパーを有するBattenfeld一軸押出機で、0.5mmシートに変形させられた。
該押出しPLAシート(サンプル1~5)のそれぞれについて、熱成形(本明細書に記載されている方法の加熱工程及び形成工程の両方を含む)は、1989 Kiefel KD20/25熱成形機(thermoformer)で行われた。該熱成形機には、12個の個々に制御可能な上下セラミック加熱エレメント、プラグ補助及び凹型が備えられており、該型の温度は、95℃以下に操作される水ベースの温度制御ユニットによって制御された。
1.上部の直径60mm及び高さ60mmを有するカップに熱成形された。そうする為に、該加熱されたシートは形成ステーションに移され、そこで該シートは、熱成形を補助するプラグによって予め伸ばされ、続いて該シートを型に入れて成形する5.5バールの陽圧を施与することによって形成された。型温度は25℃に設定された。熱成形物は、該型に6秒間維持され、その後、手動で取り出された。
2.該加熱PLAシートの、融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比を決定できるようにする為に、冷水中ですぐにクエンチされた。
該PLA押出しシートについて前に詳述された示差走査熱量測定(DSC)が、該加熱されたシートのサンプルで行われて、その融解エンタルピー(ΔHm,0)と全融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比(ΔHcc/ΔHm)とを得た(表2)。異なるPLA押出しシート(サンプル1~5)が、詳述されている異なるプロファイルを使用して、室温から下記の表2に示されている温度に加熱された。
得られた熱成形生成物は、下記の表3に列挙されている評定に従って評定され、結果が表4に列挙されており、該表は、異なる配合物のPLA押出しシート(先のサンプル1~5)についての、熱成形方法のパラメータと該結果として生じたカップの成形性(表3に従って評定された)とを示す。
1.該加熱されたシートの最低温度は、84℃よりも高く、例えば90℃以上であった。
2.核形成剤及び充填剤の添加(サンプル3~5におけるような)は、形成ウィンドウ(forming window)(すなわち、良好な形成特性を結果として生じる該加熱されたシートの温度範囲)を低減した。
3.該加熱されたシートの融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比は、0.5超であった。
実施例2は、サンプル5の配合物(表1に列挙されている)に基づく押出しPLAシートの熱成形方法を示す。
シート押出しは、スクリーンパック、溶融ポンプ及びフラットダイを有する100mm一軸押出機で行われた。該押出しシートは、25℃で操作される水平冷却ロールにおいて冷やされ、そしてコア上において巻き取られた。該結果として生じたシートは、幅450mm及び厚さ0.69mmを有していた。
結果として生じたシートは、シングルキャビティプロトタイプツール(single cavityprototype tool)を有するGabler M98熱成形機で、直径70.6mm及び高さ90.6mmのカップに熱成形された。
1.加熱速度が、4℃/秒超、例えば少なくとも5℃/秒、であった。最良の結果が、少なくとも7℃/秒、又は更には少なくとも9℃/秒、の加熱速度で達成された。
2.型温度が、60℃超、例えば少なくとも70℃、であった。最良の結果は、80℃超の温度で達成された。
3.該PLAシートが、85℃超、例えば90℃以上、の表面温度に加熱された。最良の結果が、100℃超の型温度で達成された。
Claims (15)
- 成形物を製造する方法であって、
示差走査熱量測定(DSC)によって決定される0.70超の、全融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比(ΔHcc/ΔHm)を有する結晶化可能なポリ乳酸(PLA)ベースの樹脂のシートを加熱して、DSCによって決定される0.5超の、全融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比を有する加熱されたシートを用意すること、ここで、該加熱は、該シートが、1秒間当たり5℃~25℃の加熱速度で、80℃以下の表面温度から90℃以上~150℃以下の表面温度に加熱される加熱工程を含み、そして、加熱直後に、
該加熱されたシートを形成して、型によって成形物を製造すること、ここで、該型は、70℃以上~120℃以下の温度を有する、
を含む、前記方法。 - 前記結晶化可能なPLAベースの樹脂は、
ポリL-乳酸(PLLA)ポリマーにおけるラクトイル単位の全重量に対するL-ラクトイル単位の重量に基づいて、少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%、より好ましくは少なくとも99.5%、の光学純度を有するPLLAポリマーの50~100重量%、又は
ポリD-乳酸(PDLA)ポリマーにおけるラクトイル単位の全重量に対するD-ラクトイル単位の重量に基づいて、少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%、より好ましくは少なくとも99.5%、の光学純度を有するPDLAポリマーの50~100重量%
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記結晶化可能なPLAベースの樹脂の前記シートの加熱は、上記の加熱工程の前に余熱工程を含み、該余熱工程において、該シートは、30℃以上~80℃以下の温度に維持される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記加熱工程において、前記シートは、100℃以上~145℃以下、特に110℃以上~140℃以下、の表面温度に加熱される、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記加熱工程において、前記加熱速度が、6~25℃/秒、特には7~20℃/秒、より特には8~15℃/秒、である、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記加熱されたシートが、DSCによって決定される0.6超の、又は0.7超の、又は0.75超の、全融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比(ΔHcc/ΔHm)を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記加熱されたシートが、DSCによって決定される25J/グラム未満、特に20J/グラム未満、より特には15J/グラム未満、更により特には10J/グラム未満、又はなおより特には8J/グラム未満、の融解エンタルピー(ΔHm,0)を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記結晶化可能なPLAベースの樹脂が核形成パッケージを含み、ここで、
該結晶化可能なPLAベースの樹脂がPLLAポリマーを含む場合、該核形成パッケージが核形成剤としてPDLAを含み;又は
該結晶化可能なPLAベースの樹脂がPDLAポリマーを含む場合、該核形成パッケージが核形成剤としてPLLAを含み、
核形成剤としての該PLLA又はPDLAが好ましくは、該結晶化可能なPLAベースの樹脂中に存在するPLAの全量に基づいて0.1~10重量%の量で存在する、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。 - 前記核形成パッケージが、該結晶化可能なPLAベースの樹脂中に存在するPLAの量に基づいて好ましくは0.1~30重量%の量で、鉱物、例えば、核形成剤としてのタルク及び/又はカオリン、を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記PLAベースの樹脂が、充填剤及び/又は耐衝撃性改良剤を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記型が、75℃超~120℃以下、特に80℃超~115℃以下、より特には85℃超~110℃以下、の温度を有する、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記成形物が、DSCによって決定される0.5未満の、特に0.4未満の、より特には0.2未満の、なおより特には0.1未満の、全融解エンタルピーに対する冷結晶化エンタルピーの比(ΔHcc/ΔHm)を有し、且つDSCによって決定される15J/グラム超、特に25J/グラム超、より特には30J/グラム超、更により特には35J/グラム超、の融解エンタルピー(ΔHm,0)を有する、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記成形物が耐熱性であり、且つ60~100℃の温度の水に5分間浸漬された場合に、2%未満の収縮を示す、請求項1~12のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1~13のいずれか1項に記載の方法によって得られた、PLAベースの樹脂の成形物。
- コーヒーカップ及び食品トレーから選択される、請求項14に記載の成形物。
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