JP3597809B2

JP3597809B2 - 帯電防止性ポリ乳酸系組成物

Info

Publication number: JP3597809B2
Application number: JP2001308484A
Authority: JP
Inventors: 潤高木; 滋憲寺田
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: JP2002114900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電防止性を有する生分解性ポリ乳酸系組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年環境問題の高まりから、プラスチック製品が自然環境中に棄却された場合、経時的に分解・消失し、最終的に自然環境に悪影響を及ぼさないことが求められ始めている。
【０００３】
従来のプラスチックは、自然環境中で長期にわたって安定であり、しかも嵩比重が小さいため、廃棄物埋め立て地の短命化を促進したり、自然の景観や野生動植物の生活環境を損なうといった問題点が指摘されていた。
【０００４】
そこで、今日注目を集めているのは、生分解性プラスチック材料である。生分解性プラスチックは、土壌中や水中で、加水分解や生分解により、徐々に崩壊・分解が進行し、最終的に微生物の作用により無害な分解物となることが知られている。
【０００５】
実用化され始めている生分解性プラスチックとしては、脂肪族ポリエステル、変性ＰＶＡ、セルロースエステル化合物、デンプン変性体、及びこれらのブレンド体等がある。これらの生分解性プラスチックはそれぞれ固有の特徴を有し、これらに応じた用途展開が考えられるが、この中でも、脂肪族ポリエステルの一つであるポリ乳酸系重合体は、他の生分解性プラスチックと比較して、透明性・剛性・耐熱性・加工性等が優れていることから、硬質ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）・ポリスチレン・ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が使用されてきた透明フィルム及びシート分野への展開が図られようとしている。
【０００６】
ところが、ポリ乳酸系重合体から作られたフィルム及びシートは、ＰＶＣ等の汎用プラスチックでも見られるように、固有抵抗が大きいために摩擦などにより容易に帯電して、次のような欠陥を有していた。
【０００７】
人が触れた際にショックを受る。火花放電により火災の原因になる。フィルム同士や他の物体に対する反発やくっつきから加工作業性や使用時取り扱い性を低下させる。塵埃の付着により美観や衛生感を損ね商品価値を低下させる。
【０００８】
汎用プラスチックフィルム及びシートにおいては、かかる問題点を解決するために、押出工程において帯電防止剤を練り込んだり、表面に塗布するという改良技術が広く採用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ポリ乳酸系重合体は押出機中における熱安定性が汎用プラスチックに比べて著しく劣り、分子量低下を引き起こしやすい。通常、帯電防止剤の添加は分子量低下をさらに助長するため、生産安定性の低下、機械物性をはじめとする製品品質の低下やばらつきを生じる。このため、押出工程における帯電防止剤の練り込みは実質上困難であった。
【００１０】
帯電防止剤は、カチオン系・アニオン系・両性イオン系・非イオン系に大別され、加工法や用途に応じ使い分けがされている。汎用プラスチックフィルム及びシート用途で、最も一般的に使われるのは、効果と経済性のバランスの良いアニオン系であり、代表的には、１）脂肪酸塩類、２）高級アルコール硫酸エステル塩類、３）液体脂肪油硫酸エステル塩類、４）脂肪族アミン及び脂肪族アミドの硫酸塩類、５）脂肪族アルコールリン酸エステル塩類、６）二塩基性脂肪酸エステル塩類、７）脂肪酸アミドスルホン酸塩類、８）アルキルアリールスルホン酸塩類、９）ホルマリン縮合のナフタレンスルホン酸塩類等が挙げられる。
【００１１】
また、熱に弱く高コストであるが帯電防止性が高いカチオン系としては、１）脂肪族アミン塩類、２）四級アンモニウム塩類、３）アルキルピリジニウム塩類等が挙げられる。さらには、アニオン系の弱点である耐熱性をやや改良した両性イオン系としては、１）イミダゾリン誘導体類、２）カルボン酸アンモニウム類、３）硫酸エステルアンモニウム類、４）リン酸エステルアンモニウム類、５）スルホン酸アンモニウム類等があげられる。
【００１２】
これらのイオン性帯電防止剤は、汎用プラスチックフィルム及びシート用途において、非常に広範かつ大量に使用されているが、本発明のポリ乳酸系重合体には、好適に用いることができない。なぜなら、狙いとする帯電防止効果は得られるものの、これらを練り込むがために、ポリ乳酸系重合体が押出機中で、著しい熱分解を起こし、分子量低下を引き起こすからである。分子量低下は、生産安定性の低下、機械物性・耐熱性をはじめとする製品品質の低下やばらつき、さらには、流れむらの発生等外観の低下につながり、実用上非常に好ましくない。
【００１３】
また、フィルム及びシート表面に帯電防止剤を塗布する方法は、次のような問題点がある。塗布設備が必要で、工程も増えるため製造コストが上がる。液状の帯電防止剤が周りに飛散するため、作業環境の維持管理が繁雑である。べとつき・ブルーミンブ・干渉縞・ブロッキング等の品質上の問題が発生しやすい。
【００１４】
上述したように、生分解性材料であるポリ乳酸系フィルム及びシートに帯電防止性を付与することは困難であった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような現状に鑑み鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【００１６】
本発明は、ポリ乳酸系重合体（ポリ乳酸とポリアルキレンエーテルとが共重合された共重合ポリ乳酸を除く）１００重量部に下記化合物群（１）〜（３）：
（１）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、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエルスリット、ソルビット等の多価アルコール及び／又はその脂肪酸エステル、
（２）ポリエチレングリコール及び／又はその脂肪酸エステル、
（３）高級アルコール、多価アルコール、アルキルフェノールのポリエチレングリコール付加物、又はポリプロピレングリコール付加物
から選ばれる少なくとも１種類の非イオン系帯電防止剤を０．１〜１０重量部含有させたことを特徴とする帯電防止性ポリ乳酸系組成物である。
【００１７】
本発明は、（１）前記多価アルコールの脂肪酸エステルは、ラウリン酸（Ｃ１２）、パルミチン酸（Ｃ１６）、ステアリン酸（Ｃ１８）及びベヘン酸（Ｃ２２）から選ばれる飽和脂肪酸エステル、又はパルミトレイン酸、オレイン酸、エルカ酸及びリノール酸から選ばれる不飽和脂肪酸エステルである、前記の帯電防止性ポリ乳酸系組成物である。
【００１８】
本発明は、（１）前記多価アルコールの脂肪酸エステルは、多価アルコールの分子構造単位当たり少なくとも１つの水酸基が残存するものである、前記の帯電防止性ポリ乳酸系組成物である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるポリ乳酸系重合体（ポリ乳酸とポリアルキレンエーテルとが共重合された共重合ポリ乳酸を除く）とは、ポリ乳酸又は乳酸と他のヒドロキシカルボン酸との共重合体、もしくはこれらの組成物であり、本発明の効果を阻害しない範囲で他の高分子材料が混入されても構わない。また、成形加工性、フィルム及びシートの物性を調整する目的で、可塑剤、滑剤、無機フィラー、紫外線吸収剤、光安定剤、防黴剤、顔料、蛍光剤などの添加剤、改質剤を添加することも可能である。
【００２０】
乳酸としては、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸が挙げられ、他のヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、３−ヒドロキシ吉草酸、４−ヒドロキシ吉草酸、６−ヒドロキシカプロン酸などが代表的に挙げられる。
【００２１】
これらの重合法としては、縮合重合法、開環重合法など、公知のいずれの方法を採用することも可能であり、さらには、分子量増大を目的として少量の鎖延長剤、例えば、ジイソシアネート化合物、ジエポキシ化合物、酸無水物、酸クロライドなどを使用しても構わない。重合体の重量平均分子量としては、５０，０００から１０００，０００の範囲が好ましく、かかる範囲を下まわると実用物性がほとんど発現されないなどの問題を生じる。また上まわる場合には、溶融粘度が高くなりすぎ成形加工性に劣る。また、熱安定性を向上させるためには、残存モノマーや触媒が少ない方が好ましい。
【００２２】
かかるポリ乳酸系重合体は、本発明においては、押出機を用い口金より溶融押出され、フィルム及びシートに成形される。特殊なケースとして、溶融状態を経るならば、ペレットプレス成形やカレンダー成形されても構わない。
【００２３】
ポリ乳酸系重合体の押出しに際しては、押出し機中での熱分解（加水分解）を防止するため、あらかじめ原料を十分に乾燥しておくことが望ましい。
【００２４】
フィルムを得る場合には、Ｔダイ・Ｉダイ・丸ダイ等から溶融押出しした平面状物又は円筒状物を冷却キャストロールや水、圧空等により急冷し、必要に応じ、引き続いてロール法・テンター法・チューブラー法等により一軸又は二軸に延伸する。また、丸ダイから溶融押出しし、まだ溶融状態にある円筒状物に空気を吹き込んで薄肉化する、いわゆるインフレーション法も望ましく採用することができる。
【００２５】
さらには、特表平５−５０８８１９号、特開平６−２３８３６号に開示されているようなフィルムの延伸・熱固定技術を用いれば、透明性・機械強度・剛性・熱寸法安定等の卓越したポリ乳酸系フィルムを得ることができる。フィルムの厚みは、用途に応じ、１０〜２５０μｍの範囲で決められる。
【００２６】
シートを得るのに最も好ましいのは、Ｔダイを用い平面状に押出して、温調装置を備えた金属キャストロールにより急冷する方法であり、必要に応じシートをキャストロールと別の金属ロールでニップすることにより、透明性・平滑性が非常に優れたポリ乳酸系シートを得ることができる。シートの厚みは、用途に応じ、概ね２５０μｍ〜１ｍｍの範囲で決められる。
【００２７】
用いられる押出機としては、単軸・同方向２軸・異方向２軸押出機等、既知のあらゆる形態を使用することができる。所定の添加剤を配合した原料をあらかじめ、混練効果の高い同方向２軸押出機を用いペレット化しておき、しかる後に、フィルム・シート押出機に供するのが最も一般的な方法であるが、添加剤等をフィルム・シート押出時に直接原料に混ぜても構わない。
【００２８】
押出機の設定温度は、ポリ乳酸系重合体の化学組成や分子量により適宜決定されるが、１７０〜２３０℃の範囲が好ましい。１７０℃以下では、融点が１７５℃であるホモポリマーは溶融せず、２３０℃以上では、熱分解が顕著になる。
【００２９】
本発明においては、ポリ乳酸系重合体を溶融押出ししてフィルム及びシートを成形する際に、ポリ乳酸系重合体に特定の帯電防止剤を所定量添加し、成形体中にこれらを練り込む。
【００３０】
ポリ乳酸系重合体の熱分解を最小限におさえ、実用的なフィルム・シートを作るために、本発明において最も重要な点は、下記（１）〜（３）に示す非イオン系帯電防止剤を採用することである。
【００３１】
（１）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、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエルスリット、ソルビット等の多価アルコール及び／又はその脂肪酸エステル、
（２）ポリエチレングリコール及び／又はその脂肪酸エステル、
（３）高級アルコール、多価アルコール、アルキルフェノールのポリエチレングリコール付加物、又はポリプロピレングリコール付加物。
【００３２】
（１）の多価アルコールは、そのままでも使用することができるが、ポリ乳酸系重合体に対する相溶性を上げるために、脂肪酸とのエステル化反応によって脂肪酸エステルとすることがより望ましい。脂肪酸は、特に限定されないが、ラウリン酸（Ｃ１２）、パルミチン酸（Ｃ１６）、ステアリン酸（Ｃ１８）、ベヘン酸（Ｃ２２）等の飽和脂肪酸や、パルミトレイン酸、オレイン酸、エルカ酸、リノール酸等の不飽和脂肪酸等が、コスト上有利に用いられる。また、ヤシ油脂肪酸、大豆油脂肪酸、牛脂脂肪酸、イワシ油脂肪酸等、天然物由来の混合脂肪酸を用いることもできる。
【００３３】
多価アルコールがこれら脂肪酸でエステル化される場合には、多価アルコールの分子構造単位当たり少なくとも１つの水酸基が残存することが好ましい。すべての水酸基がエステル化されると、特にエチレングリコール、グリセリンの場合において、帯電防止効果が十分に発現しない。
【００３４】
また、ソルビットをエステル化する際には、同時に分子内で脱水して、ソルビタンとなるので、得られる化合物はソルビタンエステルとなる。
【００３５】
多価アルコールの脂肪酸エステルは、エステル交換反応によっても製造される。一般に良く知られているモノグリセライドの場合は、動植物性油脂にグリセリンを加え、触媒と共に加熱することによって得られる。
【００３６】
（２）のポリエチレングリコールは、エチレンオキサイドの繰り返し単位が、４〜１０００のものが好ましい。ポリエチレングリコールは、帯電防止剤としてそのままでも使用することができるが、さらに相溶性を上げる等の目的で脂肪酸エステル化する場合は、必ずしも末端の水酸基を残存させる必要はない。
【００３７】
（３）の高級アルコールは、炭素数６以上のものであれば、特に限定されないが、工業的に入手しやすい代表的なものとして、ノニルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール等の第１アルコールを挙げることができる。マッコウアルコールやホホバアルコール等の混合物や、牛脂アルコール、ヤシアルコール等の還元アルコールを用いることもできる。
【００３８】
また、多価アルコールとしては、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエルスリット、ソルビット、ショ糖等が挙げられる。アルキルフェノールとしては、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、オクチルフェノール、オクチルクレゾール等が挙げられる。
【００３９】
（３）の化合物においては、これらの高級アルコール・多価アルコール・アルキルフェノールとポリエチレングリコール、又はポリプロピレングリコールが付加物を作るが、反応としては、２つの方法が挙げられる。すなわち、両者の脱水エーテル化反応と、前者に対する後者モノマーつまりエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドの付加反応である。工業的には、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドの付加反応が、より好適に用いられる。付加されるエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドの付加モル数は、１〜１００、好ましくは１〜２０の範囲で決められる。
【００４０】
また、帯電防止剤はあらかじめ十分乾燥しておくことが望ましい。乾燥が不十分であると、ポリ乳酸系重合体の熱分解を惹起する。
【００４１】
本発明においては、以上のような帯電防止剤の中から１種以上選択して、ポリ乳酸系重合体１００重量部に対して、０．１〜１０重量部配合する。かかる範囲を下回る場合は、帯電防止効果が十分発現されない。具体的には１０^１４台であるポリ乳酸系フィルム及びシートの表面抵抗率が５×１０^１３以下に改良されることが重要である。表面抵抗率が５×１０^１３以下になることにより、工程においてフィルム及びシートに静電気が生じても、電荷が速やかに拡散する。
【００４２】
逆に上回る場合は熱分解が生じ、粘度低下や相溶化不良を引き起こす。このため、押出しが困難になり、フィルム・シートの外観不良や、シーティング不良が発生する。具体的には、窒素雰囲気中１９０℃で３０分加熱したときの重量平均分子量保持率が、５０％以上となることが必要である。５０％未満では、溶融押出し時に、外観不良や、シーティング不良を引き起こす。
【００４３】
【実施例】
以下に実施例を示すが、これらにより本発明は何ら制限を受けるものではない。なお、実施例中に示す測定値は次に示すような条件で測定を行い、算出した。
【００４４】
また、押出しに供するポリ乳酸系重合体は、露点−４５℃の除湿空気を循環させた乾燥機中１４０℃で４時間乾燥し、押出し直前まで防湿容器に保管した。帯電防止剤については、４８℃で６時間真空乾燥を行い、押出し直前までデシケーター中に保管した。
【００４５】
（１）重量平均分子量
東ソー（株）製ゲルパーミエーションクロマトグラフィーＨＬＣ−８１２０ＧＰＣに、（株）島津製作所製クロマトカラムＳｈｉｍ−ＰａｃｋシリーズのＧＰＣ−８００ＣＰを装着し、溶媒クロロホルム、溶液濃度０．２ｗｔ／ｖｏｌ％、溶液注入量２００μｌ、溶媒流速１．０ｍｌ／分、溶媒温度４０℃で測定を行い、ポリスチレン換算で、重量平均分子量を算出した。用いた標準ポリスチレンの重量平均分子量は、２００００００、６７００００、１１００００、３５０００、１００００、４０００、６００である。
【００４６】
（２）熱安定性（重量平均分子量保持率）
重量平均分子量を測定したポリ乳酸系重合体２ｇと所定量の帯電防止剤を５００ｍｌのクロロホルムに溶解し、十分撹拌した後、エバポレーターでクロロホルムを揮発させ、続いて６０℃で６時間真空乾燥を行い、得られた粗粉体を乳鉢ですりつぶして、白色粉末を得た。この白色粉体を５０ｃｃ試験管に入れ、大過剰の窒素パージをした後、栓をして１９０℃のヒートブロックで３０分加熱した後に、再び重量平均分子量を測定し、次の式により、熱安定性の指標となる重量平均分子量保持率を算出した。単位は％である。
【００４７】
重量平均分子量保持率（％）＝｛（加熱前重量平均分子量）／（加熱後重量平均分子量）｝×１００
【００４８】
（３）表面抵抗率
フィルム状の試験片を２３℃、５０％ＲＨに９０時間静置した後、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製表面固有抵抗測定機を用い、同雰囲気下で、ＪＩＳＫ−６９１１に準拠して、電極処理は蒸着法、主電極直径５ｃｍ、主電極と対電極のすきま１ｃｍ、印加電圧５００Ｖ、印加時間６０秒で測定を行った。単位はΩである。
【００４９】
（実施例１〜３／比較例１〜３）
重量平均分子量２２３０００のポリＬ−乳酸（（株）島津製作所製ラクティ１０１２）を４０ｍｍφ単軸押出機を用い、設定温度２１０℃でＴダイ押出し、キャストロールで急冷し、厚み１００μｍのキャストフィルムを得た。
【００５０】
同様の方法で、同ポリＬ−乳酸１００重量部に表１に示す量のグリセリンモノステアレートを添加し、キャストフィルムを得た。これらの評価結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】

【００５２】
（実施例４〜９）
次に、同様の方法で、表２に示す量の各種非イオン系帯電防止剤を添加し、キャストフィルムを得た。これらの評価結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】

【００５４】
（比較例４〜９）
続いて、同様の方法で、表３に示す量の各種アニオン系及びカチオン系帯電防止剤を添加し、キャストフィルムを得た。これらの評価結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】

【００５６】
表１に示すように、本発明に含まれる非イオン系帯電防止剤を０．１〜１０重量部含有すると、表面抵抗率が５×１０^１３以下であり、かつ、重量平均分子量保持率が５０％以上である。また表２に示すように、（１）に含まれる化合物群を使用した実施例４〜６、（２）に含まれる化合物群を使用した実施例７、（３）に含まれる化合物群を使用した実施例８及び９は、表面抵抗率が５×１０^１３以下であり、かつ、重量平均分子量保持率が５０％以上である。
【００５７】
一方、（１）〜（３）の化合物群に含まれない、アニオン系、カチオン系の帯電防止剤を使用した比較例４〜９は表面抵抗率が５×１０^１３を超え、あるいは、重量平均分子量保持率が５０％未満である。
【００５８】
【発明の効果】
以上の結果で明らかなように、本発明の生分解性帯電防止性ポリ乳酸系組成物は溶融押出時の熱安定性が良好で実用上の帯電防止性を有する。

Claims

ポリ乳酸系重合体（ポリ乳酸とポリアルキレンエーテルとが共重合された共重合ポリ乳酸を除く）１００重量部に下記化合物群（１）〜（３）：
（１）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、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエルスリット、ソルビット等の多価アルコール及び／又はその脂肪酸エステル、
（２）ポリエチレングリコール及び／又はその脂肪酸エステル、
（３）高級アルコール、多価アルコール、アルキルフェノールのポリエチレングリコール付加物、又はポリプロピレングリコール付加物
から選ばれる少なくとも１種類の非イオン系帯電防止剤を０．１〜１０重量部含有させたことを特徴とする帯電防止性ポリ乳酸系組成物。
（１）前記多価アルコールの脂肪酸エステルは、ラウリン酸（Ｃ１２）、パルミチン酸（Ｃ１６）、ステアリン酸（Ｃ１８）及びベヘン酸（Ｃ２２）から選ばれる飽和脂肪酸エステル、又はパルミトレイン酸、オレイン酸、エルカ酸及びリノール酸から選ばれる不飽和脂肪酸エステルである、請求項１に記載の帯電防止性ポリ乳酸系組成物。
（１）前記多価アルコールの脂肪酸エステルは、多価アルコールの分子構造単位当たり少なくとも１つの水酸基が残存するものである、請求項１又は２に記載の帯電防止性ポリ乳酸系組成物。
（２）前記ポリエチレングリコールは、エチレンオキサイドの繰り返し単位が、４〜１０００のものである、請求項１に記載の帯電防止性ポリ乳酸系組成物。
（３）前記高級アルコールは、ノニルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール及びオレイルアルコールから選ばれ、
（３）前記多価アルコールは、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエルスリット、ソルビット及びショ糖から選ばれ、
（３）前記アルキルフェノールは、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、オクチルフェノール及びオクチルクレゾールから選ばれる、請求項１に記載の帯電防止性ポリ乳酸系組成物。