JP4445277B2 - Polymer piezoelectric material comprising polylactic acid resin and inorganic compound - Google Patents

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Description

本発明は、スピーカーやマイクロフォン、センサー、アクチュエーターなどに使われる高分子圧電材料において、ポーリング処理が不要で緩和効果がないという特徴をもつポリ乳酸系樹脂に無機化合物を複合化して延伸処理を行うことを特徴とする、高い圧電性をもつ高分子圧電材料に関する。   In the present invention, a polymer piezoelectric material used for a speaker, a microphone, a sensor, an actuator, etc. is subjected to a stretching treatment by compounding an inorganic compound with a polylactic acid resin having a characteristic that a polling treatment is unnecessary and there is no relaxation effect. The present invention relates to a polymer piezoelectric material having high piezoelectricity characterized by the following.

圧電現象とは、物質に応力を加えると分極が現れる現象(正の圧電効果)、あるいはその逆に電界を与えると歪が生じる現象(逆の圧電効果)をいう。圧電材料としてはチタン酸バリウム(BaTiO3)やPZT(PbZrO3−PbTiO3系固溶体)、ZnOなどの無機物質が高い圧電率を持つことが知られており、センサーやアクチュエーターなどに広く用いられてきた。高分子に圧電性を付与できれば、フィルムや複雑な形状の構造体を容易に作製できるため、応用範囲が広がることが期待される。高分子は一般に微結晶と非晶部の不均質系であり、この状態が不規則で巨視的に等方性である場合には圧電性はなく、圧電性を得るには何らかの異方性を与える処理が必要になる。ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(VDF/TrFE)共重合体等の強誘電性高分子や、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン−11等の極性高分子、あるいはPZT−フッ化ビニリデン共重合体、PZT−ポリオキシメチレン等の複合体では、ポーリング処理と呼ばれる直流電界をフィルムに印加し、双極子を一方向に揃えることにより圧電性が発現する。このタイプの圧電性高分子の中では、VDF/TrFE(75/25)共重合体が40pC/N程度の高い圧電率を出すことが知られている。一方、ポリ(グルタル酸γ−ベンジル)、ポリ(グルタル酸γ−メチル)等のポリペプチドや、酢酸セルロース、シアノエチルセルロース等のセルロース誘導体、あるいはポリ乳酸やポリプロピレンオキシド、ポリ(β−ヒドロキシ酪酸)等の光学活性高分子は機械的な延伸処理により圧電性が発現することが知られている。光学活性高分子の中で、ポリ乳酸のようなヘリカルキラリティをもつ高分子結晶の圧電性は、らせん軸方向に存在するC=O結合の双極子に起因する。ポリ乳酸の場合、主鎖に対する側鎖の占める体積分率が小さいため、体積あたりの双極子は大きく、それだけ系の圧電率も高くなる理想的な高分子といえる。 The piezoelectric phenomenon refers to a phenomenon in which polarization appears when stress is applied to a substance (positive piezoelectric effect), or a phenomenon in which distortion occurs when an electric field is applied (inverse piezoelectric effect). As piezoelectric materials, it is known that inorganic substances such as barium titanate (BaTiO 3 ), PZT (PbZrO 3 —PbTiO 3 -based solid solution), and ZnO have a high piezoelectricity, and have been widely used for sensors and actuators. It was. If piezoelectricity can be imparted to the polymer, a film or a structure having a complicated shape can be easily produced, so that the application range is expected to be expanded. Polymers are generally inhomogeneous systems of microcrystals and amorphous parts. If this state is irregular and macroscopically isotropic, there is no piezoelectricity, and some anisotropy is necessary to obtain piezoelectricity. Processing to give is required. Ferroelectric polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and vinylidene fluoride-trifluoroethylene (VDF / TrFE) copolymers, polar polymers such as vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, nylon-11, Alternatively, in a composite such as PZT-vinylidene fluoride copolymer, PZT-polyoxymethylene, piezoelectricity is developed by applying a DC electric field called poling treatment to the film and aligning the dipoles in one direction. Among this type of piezoelectric polymer, it is known that a VDF / TrFE (75/25) copolymer gives a high piezoelectricity of about 40 pC / N. Meanwhile, polypeptides such as poly (glutaric acid γ-benzyl) and poly (glutaric acid γ-methyl), cellulose derivatives such as cellulose acetate and cyanoethyl cellulose, polylactic acid, polypropylene oxide, poly (β-hydroxybutyric acid) and the like These optically active polymers are known to exhibit piezoelectricity by mechanical stretching. Among optically active polymers, the piezoelectricity of a polymer crystal having a helical chirality such as polylactic acid is attributed to a C═O bond dipole existing in the direction of the helical axis. In the case of polylactic acid, since the volume fraction of the side chain occupied by the main chain is small, it can be said to be an ideal polymer having a large dipole per volume and an increase in the piezoelectricity of the system.

また、ポーリング処理を必要とする圧電性高分子では、空気中の水やイオンのような異種電荷が付着して、ポーリング処理で揃えた双極子配向が緩和し、経時で圧電率が顕著に減少することが知られており、実用上問題があった。一方、延伸処理のみで圧電性を発現するポリ乳酸の場合にはポーリング処理が不要であるため、圧電率は数年にわたり減少しない。     In addition, in piezoelectric polymers that require poling treatment, foreign charges such as water and ions in the air adhere, and the dipole orientation aligned by poling treatment is relaxed, and the piezoelectricity decreases significantly over time. There is a problem in practical use. On the other hand, in the case of polylactic acid that exhibits piezoelectricity only by the stretching process, the poling process is unnecessary, so the piezoelectricity does not decrease over several years.

ポリ乳酸の成形物を延伸してなる高分子圧電材は常温で10pC/N程度の高い圧電率を示す(特許文献1)。この値は延伸処理のみで圧電性を発現する高分子の中では最高の値であるが、ポーリング処理を必要とする強誘電性高分子に比べると低いものの、経時安定性に優れた実用的な圧電性材料になると期待される。     A polymer piezoelectric material obtained by stretching a molded product of polylactic acid exhibits a high piezoelectricity of about 10 pC / N at room temperature (Patent Document 1). This value is the highest value among polymers that exhibit piezoelectricity only by stretching, but it is low compared to ferroelectric polymers that require poling treatment, but is practical with excellent stability over time. Expected to be a piezoelectric material.

ポリ乳酸は延伸処理により圧電性が発現するものの、PVF−TrFE等の強誘電性高分子に比べると小さい。ポリ乳酸のようなヘリカルキラリティに由来する圧電率は多くの計算が試みられており(非特許文献1)、数十〜数百pC/Nと試算されているものの、単純な延伸処理では高分子の持つ潜在的な能力が十分に引き出されていないと推測される。   Polylactic acid exhibits piezoelectricity by stretching, but is smaller than a ferroelectric polymer such as PVF-TrFE. Many calculations have been made on the piezoelectricity derived from helical chirality such as polylactic acid (Non-patent Document 1), and it has been estimated to be several tens to several hundreds pC / N. It is presumed that the potential ability of is not fully exploited.

ポリ乳酸結晶を高配向にするために、鍛造法と呼ばれる特殊な配向方法により18pC/N程度の高い圧電性を出す報告例もあるが、この方法では広い面積にわたって均質なフィルムを作製することは極めて困難であり、ポリ乳酸系の圧電材料を利用できる範囲は制限を受けていた。
特開平5−152638号公報 田實佳郎、未来材料、Vol.3、第7号(2003)16頁〜25頁
In order to make polylactic acid crystals highly oriented, there is a report example of producing a high piezoelectricity of about 18 pC / N by a special orientation method called forging, but this method does not produce a homogeneous film over a wide area. It is extremely difficult, and the range in which polylactic acid-based piezoelectric materials can be used has been limited.
JP-A-5-152638 Yoshiro Tanabe, Future Materials, Vol.3, No.7 (2003) 16-25

本発明の目的は、ポーリング処理が不要で簡便な処理のみで高い圧電性を示すポリ乳酸フィルムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a polylactic acid film that exhibits high piezoelectricity only by a simple process that does not require a polling process.

本発明者らは、ポリ乳酸に無機化合物を複合化したフィルムを延伸処理のみで圧電性が向上する材料になることを見出した。また、無機微粒子をナノメートルサイズにすることで複合フィルムの加工性や透明性が良好で、多方面の用途に使える材料になることを見出した。   The present inventors have found that a film in which an inorganic compound is combined with polylactic acid can be a material that improves piezoelectricity only by stretching. In addition, the inventors have found that by making the inorganic fine particles into nanometer size, the processability and transparency of the composite film are good and the material can be used for various purposes.

すなわち、本発明は、
(1)ポリ乳酸系樹脂と無機化合物からなる高分子圧電材料であって
前記無機化合物はリン酸カルシウム、ケイ素酸化物、二酸化チタン、及び粘土鉱物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物である、高分子圧電材料、
(2)前記無機化合物はシリカである(1)の高分子圧電材料、
(3)前記無機化合物は、有機カチオンにより処理されている粘土鉱物である(1)の高分子圧電材料、
(4)延伸処理してなる(1)〜(3)のいずれかの高分子圧電材料である。
That is, the present invention
(1) made of polylactic acid resin and the inorganic compound a polymer piezoelectric material,
A polymer piezoelectric material, wherein the inorganic compound is at least one compound selected from the group consisting of calcium phosphate, silicon oxide, titanium dioxide, and clay minerals;
(2) The polymeric piezoelectric material according to (1), wherein the inorganic compound is silica,
(3) The polymer piezoelectric material according to (1), wherein the inorganic compound is a clay mineral treated with an organic cation,
(4) The polymer piezoelectric material according to any one of (1) to (3) obtained by stretching.

本発明によれば、ポリ乳酸系樹脂に無機化合物を複合化させた後に、延伸処理を行うことで高い圧電性を示すポリ乳酸フィルムを提供することができる。このとき、無機化合物をナノレベルの大きさまで微細化すれば、透明性を付与するだけではなく、圧電性や加工性をさらに改善することができる。そのために無機化合物は平均粒径が500nm以下の粒子であることが望ましい。     ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, after making an inorganic compound complex with a polylactic acid-type resin, the polylactic acid film which shows high piezoelectricity can be provided by performing an extending | stretching process. At this time, if the inorganic compound is miniaturized to a nano-level size, not only transparency but also piezoelectricity and workability can be further improved. Therefore, the inorganic compound is desirably particles having an average particle size of 500 nm or less.

また層状無機化合物を用いる場合、有機カチオン処理されることが望ましい。この処理により得られる高分子圧電材料の透明性が向上する。     Moreover, when using a layered inorganic compound, it is desirable to carry out an organic cation treatment. The transparency of the polymeric piezoelectric material obtained by this treatment is improved.

本発明のポリ乳酸系樹脂と無機化合物からなる高分子圧電材料は、スピーカーやマイクロフォンなどの各種音響機器や部材、各種センサー、ディスプレイ、医用機器、アクチュエーターなどの分野で利用することが可能である。     The polymeric piezoelectric material comprising the polylactic acid resin and the inorganic compound of the present invention can be used in the fields of various acoustic devices and members such as speakers and microphones, various sensors, displays, medical devices, and actuators.

本発明は、ポリ乳酸系樹脂と無機化合物からなる複合材料であって、高い圧電性を付与するために延伸処理を施されたことを特徴とする、高分子圧電材料である。   The present invention is a polymer piezoelectric material which is a composite material composed of a polylactic acid-based resin and an inorganic compound and which has been subjected to a stretching treatment in order to impart high piezoelectricity.

ポリ乳酸系樹脂
本発明で使用されるポリ乳酸系樹脂は、ポリ乳酸、乳酸と共重合可能な多官能性化合物とのコポリマーおよびそれらの混合物である。ポリ乳酸はL−ポリ乳酸、D−ポリ乳酸のホモポリマー、ブロックコポリマー、グラフトコポリマーである。共重合可能な多官能性化合物は、グリコール酸、ジメチルグリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、2−ヒドロキシプロパン酸、3−ヒドロキシプロパン酸、2−ヒドロキシ吉草酸、3−ヒドロキシ吉草酸、4−ヒドロキシ吉草酸、5−ヒドロキシ吉草酸、2−ヒドロキシカプロン酸、3−ヒドロキシカプロン酸、4−ヒドロキシカプロン酸、5−ヒドロキシカプロン酸、6−ヒドロキシカプロン酸、6−ヒドロキシメチルカプロン酸、マンデル酸等のヒドロキシカルボン酸、グリコリド、β−メチル−δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等の環状エステル、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、テレフタル酸等の多価カルボン酸、及びこれらの無水物、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、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、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、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、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−ヘキサンジメタノール等の多価アルコール、セルロース等の多糖類、α−アミノ酸等のアミノカルボン酸等を挙げることができる。乳酸と共重合可能な多官能性化合物とのコポリマーは、らせん結晶を生成できるポリ乳酸シーケンスを持つブロックコポリマーまたはグラフトコポリマーである。
Polylactic acid resin The polylactic acid resin used in the present invention is polylactic acid, a copolymer of a polyfunctional compound copolymerizable with lactic acid, and a mixture thereof. Polylactic acid is L-polylactic acid, homopolymer, block copolymer, or graft copolymer of D-polylactic acid. The copolymerizable polyfunctional compounds are: glycolic acid, dimethyl glycolic acid, 3-hydroxybutyric acid, 4-hydroxybutyric acid, 2-hydroxypropanoic acid, 3-hydroxypropanoic acid, 2-hydroxyvaleric acid, 3-hydroxyvaleric acid 4-hydroxyvaleric acid, 5-hydroxyvaleric acid, 2-hydroxycaproic acid, 3-hydroxycaproic acid, 4-hydroxycaproic acid, 5-hydroxycaproic acid, 6-hydroxycaproic acid, 6-hydroxymethylcaproic acid, Hydroxycarboxylic acids such as mandelic acid, glycolides, β-methyl-δ-valerolactone, γ-valerolactone, cyclic esters such as ε-caprolactone, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, Azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid, te Polyvalent carboxylic acids such as phthalic acid, and anhydrides thereof, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butane Diol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,9-nonanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, neopentyl glycol, tetramethylene glycol, 1 Polyhydric alcohols such as 1,4-hexanedimethanol, polysaccharides such as cellulose, aminocarboxylic acids such as α-amino acids, and the like. Copolymers of polyfunctional compounds copolymerizable with lactic acid are block copolymers or graft copolymers having a polylactic acid sequence capable of forming helical crystals.

ポリ乳酸系樹脂の製造方法
本発明で使用されるポリ乳酸系樹脂の製造方法は、特に限定されないが、例えば、特開昭59−096123号、特開平7−033861号に記載されている、乳酸を直接脱水縮合して得る方法、または、米国特許2,668,182号、4,057,357号等に記載されている乳酸の環状二量体であるラクチドを用いて開環重合させる方法などにより製造することができる。
Production method of polylactic acid resin The production method of the polylactic acid resin used in the present invention is not particularly limited. For example, lactic acid described in JP-A-59-096123 and JP-A-7-033861 Or by ring-opening polymerization using lactide which is a cyclic dimer of lactic acid described in US Pat. Nos. 2,668,182 and 4,057,357, etc. Can be manufactured.

ポリ乳酸系樹脂の分子量
本発明で使用されるポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量(Mw)は、延伸処理が可能な範囲であれば特に制限はない。後述するように、無機化合物にゾルゲル反応を利用して製造するものの中には、エステル−アミド交換反応により無機分子がポリ乳酸系樹脂中に共有結合により導入されるものがあり、この反応に伴ってポリ乳酸系樹脂の分子量低下を伴うことがあるが、実際には無機分子の結合、あるいは無機分子が架橋点となって分子量が低下しない場合もある。従って、本発明で使用されるポリ乳酸系樹脂の分子量は無機化合物と複合化する前の分子量で規定され、概ね1万〜1000万、好ましくは3万〜300万、より好ましくは5万〜100万の範囲にある。
Molecular Weight of Polylactic Acid Resin The weight average molecular weight (Mw) of the polylactic acid resin used in the present invention is not particularly limited as long as it can be stretched. As will be described later, some of the inorganic compounds produced by utilizing the sol-gel reaction are those in which inorganic molecules are introduced into the polylactic acid resin by covalent bonds by an ester-amide exchange reaction. In some cases, the molecular weight of the polylactic acid resin is decreased, but in reality, the molecular weight may not be decreased due to the bonding of inorganic molecules or the crosslinking of inorganic molecules. Therefore, the molecular weight of the polylactic acid resin used in the present invention is defined by the molecular weight before complexing with the inorganic compound, and is generally 10,000 to 10,000,000, preferably 30,000 to 3,000,000, more preferably 50,000 to 100. It is in the range of 10,000.

無機化合物
本発明で使用される無機化合物は、周期表2族元素化合物、金属酸化物、層状無機化合物から選ばれる化合物であり、それらの混合物であっても良い。
Inorganic Compound The inorganic compound used in the present invention is a compound selected from Group 2 element compounds of the periodic table, metal oxides, and layered inorganic compounds, and may be a mixture thereof.

本発明の周期表2族元素化合物は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等の化学的性質が類似している周期表2族元素から選ばれる1種以上の元素を含有する化合物を使用することができるが、その中でもマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムが好ましい。     The periodic table group 2 element compound of the present invention is a compound containing one or more elements selected from periodic table group 2 elements having similar chemical properties such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and radium. Among them, magnesium, calcium, strontium, and barium are preferable.

本発明の周期表2族元素化合物は、水酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、沃化物、ホウ酸塩、メタホウ酸塩、炭酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸(オルトリン酸)塩、ピロリン酸(二リン酸)塩、メタリン酸塩、ホスホン酸(亜リン酸)塩、ジホスホン酸(二亜リン酸)塩、ホスフィン酸(次亜リン酸)塩、硫酸塩、二硫酸塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、クロム酸塩、二クロム酸塩、過塩素酸塩、イソシアン酸塩、雷酸塩、オルトケイ酸塩、メタケイ酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、シュウ酸塩、マロン酸塩、コハク酸塩、グルタル酸塩、アジピン酸塩、マレイン酸塩、フマル酸塩、乳酸塩、リンゴ酸塩、酒石酸塩、安息香酸塩、フタル酸塩などが例示される。     The periodic table group 2 element compound of the present invention includes hydroxide, fluoride, chloride, bromide, iodide, borate, metaborate, carbonate, nitrate, nitrite, phosphoric acid (orthophosphoric acid) salt, Pyrophosphoric acid (diphosphoric acid) salt, metaphosphate, phosphonic acid (phosphorous acid) salt, diphosphonic acid (diphosphorous acid) salt, phosphinic acid (hypophosphorous acid) salt, sulfate, disulfate, thio Sulfate, sulfite, chromate, dichromate, perchlorate, isocyanate, thrombate, orthosilicate, metasilicate, formate, acetate, propionate, butyrate, Shu Examples of the acid salts include malate, malonate, succinate, glutarate, adipate, maleate, fumarate, lactate, malate, tartrate, benzoate, and phthalate.

本発明の周期表2族元素化合物の例は、酢酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム、ケイフッ化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸カルシウム、リン酸二水素カルシウム、乳酸カルシウム、クエン酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、チオ硫酸カルシウム、水酸化ストロンチウム、炭酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、酢酸バリウム、塩化バリウム、硝酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化バリウム、フッ化バリウムなどから選ばれる1種以上の化合物があげられる。     Examples of the periodic table group 2 element compound of the present invention are magnesium acetate, magnesium carbonate, magnesium chloride, magnesium silicofluoride, magnesium hydroxide, magnesium oxide, magnesium nitrate, magnesium sulfate, calcium acetate, calcium dihydrogen phosphate, calcium lactate , Calcium citrate, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium chloride, calcium nitrate, calcium sulfate, calcium thiosulfate, strontium hydroxide, strontium carbonate, strontium nitrate, strontium chloride, barium acetate, barium chloride, barium nitrate, barium sulfate, One or more compounds selected from barium hydroxide, barium fluoride and the like can be mentioned.

動物骨殻の無機成分として、貝殻等に含まれる炭酸カルシウムや骨、歯、魚燐等に含まれるリン酸カルシウムは、生体内に見られる有機/無機複合体の主要な構成成分であり、本発明の水難溶性微粒子の中でも、これらのリン酸カルシウムや炭酸カルシウムをはじめとしたカルシウム化合物は有機物との親和性が高いため、特に好適に使用される。     As inorganic components of animal bone shells, calcium carbonate contained in shells and the like, and calcium phosphate contained in bones, teeth, fish phosphorus, and the like are main components of organic / inorganic complexes found in the living body. Among the poorly water-soluble fine particles, calcium compounds such as calcium phosphate and calcium carbonate are particularly preferably used because of their high affinity with organic substances.

本発明で使用されるリン酸カルシウムは、リン酸に由来する部分とカルシウム原子の合計が50重量%以上含まれるものである。例としてはヒドロキシアパタイト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、炭酸含有アパタイト、マグネシウム含有アパタイト、鉄含有アパタイト等のアパタイト化合物、リン酸三カルシウム等が挙げられる。     The calcium phosphate used in the present invention includes a portion derived from phosphoric acid and a total of 50% by weight of calcium atoms. Examples include hydroxyapatite, fluorapatite, chlorapatite, carbonate-containing apatite, magnesium-containing apatite, iron-containing apatite and other apatite compounds, tricalcium phosphate and the like.

本発明のリン酸カルシウムに含まれるアパタイト化合物は、基本組成がM(ROで表される。Mサイトがカルシウムイオン(Ca2+)、ROサイトがリン酸イオン(PO 3−)、Xサイトが水酸イオン(OH-)の場合には、x=10、y=6、z=2となり、一般的にヒドロキシアパタイトと呼ばれる化合物である。M、RO、Xの各サイトは種々のイオン等と置換が可能であり、また、空孔ともなり得るものである。置換量および空孔量はそのイオン等の種類により異なるが、リン酸に由来する部分とカルシウム原子の合計が50重量%以上含まれていれば他のイオン等と置換されていても、空孔であっても差し支えない。 The basic composition of the apatite compound contained in the calcium phosphate of the present invention is represented by M x (RO 4 ) y X z . When M site is calcium ion (Ca 2+ ), RO 4 site is phosphate ion (PO 4 3− ), and X site is hydroxide ion (OH ), x = 10, y = 6, z = 2 It is a compound generally called hydroxyapatite. Each site of M, RO 4 , and X can be replaced with various ions and can also be vacancies. The amount of substitution and the amount of vacancies vary depending on the type of ion, etc., but if the total of the portion derived from phosphoric acid and the calcium atom is contained in an amount of 50% by weight or more, the vacancies are substituted even if other ions are substituted. It doesn't matter.

リン酸に由来する部分とカルシウム原子の合計が50重量%を下回るとリン酸カルシウムとしての特性が失われることがあるために好ましくない。Mサイトは基本的にCa2+であるが、置換可能なイオン種の例として、H、Na、K、H、Sr2+、Ba2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Cu2+、Hg2+、Ra2+、Al3+、Fe3+、Y3+、Ce3+、Nd3+、La3+、Dy3+、Eu3+、Zr4+等があげられる。ROサイトは基本的にPO 3−であるが、置換可能なイオン種の例として、SO 2−、CO 2−、HPO 2−、PO2−、AsO 3−、VO 3−、CrO 3−、BO 3−、SiO 4−、GeO 4−、BO 5−、AlO 5−、H 4−等があげられる。Xサイトに入るイオン種や分子の例として、OH、F、Cl、Br、I、O2−、CO 2−、HO等があげられる。 If the total of the portion derived from phosphoric acid and the calcium atom is less than 50% by weight, the properties as calcium phosphate may be lost, which is not preferable. The M site is basically Ca 2+ , but examples of ion species that can be substituted include H + , Na + , K + , H 3 O + , Sr 2+ , Ba 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Zn 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Hg 2+ , Ra 2+ , Al 3+ , Fe 3+ , Y 3+ , Ce 3+ , Nd 3+ , La 3+ , Dy 3+ , Eu 3+ , Zr 4+, etc. It is done. The RO 4 site is basically PO 4 3− , but as examples of ion species that can be substituted, SO 4 2− , CO 3 2− , HPO 4 2− , PO 3 F 2− , AsO 4 3− , Examples thereof include VO 4 3− , CrO 4 3− , BO 3 3− , SiO 4 4− , GeO 4 4− , BO 4 5− , AlO 4 5− , H 4 O 4 4− . Examples of ionic species and molecules that enter the X site include OH , F , Cl , Br , I , O 2− , CO 3 2− , H 2 O, and the like.

本発明で使用される金属酸化物は、固相法、気相法または液相法で製造される、SiO、TiO、Al、ZrO、CeO、Ho、Bi、Y、SnO、ZnO、CuO、CoO、BaTiO、LiNbO、KTaO、InO−SnO、LiAlOなどから選ばれる1種以上の化合物およびそれらの混合物である。 The metal oxide used in the present invention is produced by a solid phase method, a gas phase method, or a liquid phase method. SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2 , Ho 2 O 3 , Bi One or more compounds selected from 2 O 3 , Y 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, CuO, CoO, BaTiO 3 , LiNbO 3 , KTaO 3 , InO—SnO, LiAlO 2 , and mixtures thereof.

固相法、気相法では金属酸化物は粉体として製造され、ポリ乳酸系樹脂に溶融状態で混錬するか、あるいは溶液中で混合分散した後に溶媒を留去する方法によって複合化される。延伸処理を可能にして、透明性の高いフィルムとして得るためには、両者を均一に複合化する必要があるが、通常粉体は一次粒子が凝集状態になっている場合が多く、高圧下、あるいは高剪断下に混合して一次粒子を均一に分散する必要がある。   In the solid phase method and the gas phase method, the metal oxide is produced as a powder, and is compounded by a method of kneading in a molten state with a polylactic acid resin or by distilling the solvent after mixing and dispersing in a solution. . In order to enable a stretching process and obtain a highly transparent film, it is necessary to uniformly combine both. Usually, the primary particles are often in an aggregated state. Alternatively, it is necessary to uniformly disperse the primary particles by mixing under high shear.

金属酸化物微粒子をポリ乳酸系樹脂に均一に分散する方法として、特開2003−138153に記載されているような、微粒子表面を酸性基および塩基性基で修飾する方法で分散性を改良することができる。例えば、チタンアルコキシドの加水分解やJapanese. Journal of Applied Physics、第37巻、4603−4608ページ(1998年)に記載されている合成法により製造された二酸化チタン微粒子の表面を酸性基で表面修飾を行うことで有機溶媒への分散性が良くなる。酸性基とは、水中でHを放出し酸性を示す基であり、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホン基等があげられるが好ましくはカルボキシル基であり、カルボキシ基を有する有機化合物としては飽和あるいは不飽和カルボン酸である。例示すれば酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸、ヘキシル酸、オクタン酸、ドデカン酸、ステアリン酸、オレイン酸、安息香酸などが挙げられる。このようにして合成された表面を酸性基で修飾した二酸化チタン超微粒子は、エタノール、1−ブタノールなどのアルコールに分散させ、加熱還流あるいは超音波化学処理した後、トルエンなどの低極性溶媒を加えることで溶媒の極性を変化させることができる。これに所望のポリマーを溶解させ、二酸化チタン微粒子−ポリマー組成物を形成することができる。このような酸性基で修飾した二酸化チタン超微粒子は活性なサイトを多く残しているため、選択するポリマーとの組み合わせによっては黄色ないし赤色着色という問題を引き起こす場合があり、表面を塩基性基で修飾を行うことで防止することができる。塩基性基とは水中でHを受け取り塩基性を示す基であり、メチルアミン、プロピルアミン、ヘキシルアミン、ドデシルアミン、エタノールアミンなどのアルカノールアミン、アリルアミンなどの飽和あるいは不飽和脂肪族アミン等のアミノ系化合物が使用される。極性の低い溶媒への微粒子の溶解分散を所望するときはメチレン基数が多いアミンが選ばれる。さらに表面を酸性基と塩基性基の両方で修飾した二酸化チタン超微粒子を所望の溶剤に分散させる。本発明に用いる溶剤は、使用するポリ乳酸系樹脂により異なるが、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、クロロホルム、トリクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、さらに、N.N−ジメチルホルムアミド、N.N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキド等の溶剤が使用できる。 As a method for uniformly dispersing metal oxide fine particles in a polylactic acid-based resin, dispersibility is improved by a method of modifying the surface of fine particles with acidic groups and basic groups as described in JP-A-2003-138153. Can do. For example, hydrolysis of titanium alkoxide and surface modification of titanium dioxide fine particles produced by the synthesis method described in Japanese. Journal of Applied Physics, Vol. 37, pages 4603-4608 (1998) with acidic groups. By performing, the dispersibility in the organic solvent is improved. An acidic group is a group that releases H + in water and exhibits acidity, and examples thereof include a carboxyl group, a hydroxyl group, and a sulfone group, and a carboxyl group is preferable, and an organic compound having a carboxy group is saturated or not. Saturated carboxylic acid. Examples include acetic acid, propionic acid, acrylic acid, methacrylic acid, hexyl acid, octanoic acid, dodecanoic acid, stearic acid, oleic acid, benzoic acid and the like. Titanium dioxide ultrafine particles whose surface is modified with acidic groups are dispersed in alcohol such as ethanol or 1-butanol and heated under reflux or ultrasonic chemical treatment, and then a low polarity solvent such as toluene is added. Thus, the polarity of the solvent can be changed. A desired polymer can be dissolved in this, and a titanium dioxide fine particle polymer composition can be formed. Since titanium dioxide ultrafine particles modified with such acidic groups leave many active sites, the combination with the polymer to be selected may cause problems of yellow or red coloring, and the surface is modified with basic groups. This can be prevented by performing. A basic group is a group that receives H + in water and exhibits basicity, such as methylamine, propylamine, hexylamine, alkanolamines such as dodecylamine, ethanolamine, saturated or unsaturated aliphatic amines such as allylamine, etc. Amino compounds are used. When it is desired to dissolve and disperse the fine particles in a solvent having a low polarity, an amine having a large number of methylene groups is selected. Further, titanium dioxide ultrafine particles whose surface is modified with both acidic groups and basic groups are dispersed in a desired solvent. The solvent used in the present invention varies depending on the polylactic acid resin to be used, but aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, halogenated hydrocarbons such as chloroform and trichloroethane, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and N.I. N-dimethylformamide, N.I. Solvents such as N-dimethylacetamide and dimethylsulfoxide can be used.

また、高分子化合物の溶液中で、金属酸化物をゾル−ゲル法で代表される液相法で合成する方法により複合化する方法もある。液相法は金属の有機および無機物を加水分解して縮合する、いわゆるゾル−ゲル反応で金属酸化物を作る方法が好適である。この方法では、ポリ乳酸系樹脂溶液と混和する金属化合物を出発原料として、ポリ乳酸系樹脂存在下にゾル−ゲル反応を行うと、ポリ乳酸系樹脂と金属酸化物との分離が抑制され、より均一に混合分散したフィルムを得ることができる。用いられる金属化合物は、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類や、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、チタニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシド、ジルコニウムテトラ−n−ブトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、バナジルエトキシド、バリウムイソプロポキシド、カルシウムエトキシドなどの金属アルコキシド類、四塩化ケイ素、四塩化ジルコニウム、四塩化チタン、塩化アルミニウムなどの塩化物、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ塩化アルミニウムなどのオキシ塩化物、硝酸イットリウムや硝酸ニッケルなどの硝酸塩、インジウムアセチルアセトネートや亜鉛アセチルアセトネートなどの金属アセチルアセトネート、酢酸鉛、ステアリン酸イットリウム、シュウ酸バリウムなどの金属カルボキシレートなどをあげることができる。     There is also a method of compounding a metal oxide in a polymer compound solution by a method of synthesizing a metal oxide by a liquid phase method typified by a sol-gel method. As the liquid phase method, a method of producing a metal oxide by a so-called sol-gel reaction in which metal organic and inorganic substances are hydrolyzed and condensed is suitable. In this method, when a sol-gel reaction is carried out in the presence of a polylactic acid resin using a metal compound that is miscible with the polylactic acid resin solution as a starting material, the separation between the polylactic acid resin and the metal oxide is suppressed. A uniformly mixed and dispersed film can be obtained. The metal compounds used are tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), tetrapropoxysilane, tetraisopropoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, methyltributoxysilane, ethyl Trimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isopropyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane , Trifluoromethyltrimethoxysilane, trifluoromethyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, Enyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, 2- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyl Methyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltriethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 3-mercapto Alkoxysilanes such as propylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, tetramethoxytitanium, tetraethoxytitanium, titanium isopropoxide, aluminum butoxide, zirconium tetra-n-butoxide Metal alkoxides such as zirconium tetraisopropoxide, vanadyl ethoxide, barium isopropoxide, calcium ethoxide, chlorides such as silicon tetrachloride, zirconium tetrachloride, titanium tetrachloride, aluminum chloride, zirconium oxychloride, oxychloride Oxychlorides such as aluminum, nitrates such as yttrium nitrate and nickel nitrate, metal acetylates such as indium acetylacetonate and zinc acetylacetonate Examples thereof include metal carboxylates such as cetonate, lead acetate, yttrium stearate, and barium oxalate.

この反応を行う際にアミノ基を有するアルコキシシランを用いると、アミノ基がポリ乳酸系樹脂のエステル基と反応することにより、ポリ乳酸系樹脂に金属酸化物を共有結合で導入することができる。この反応はポリ乳酸系樹脂の主鎖の切断を伴うため、分子量が低下するが、ゾル−ゲル反応による金属酸化物の生成により、フィルムの機械的強度は保たれる。アミノ基を有するアルコキシシランは分子内にアミノ基とアルコキシ基の2つの反応基を持つため、ポリ乳酸系樹脂存在下に反応を行う場合は、アミノ基とエステル基との反応を行った後にゾル−ゲル反応を行う方法と、両者を同時に進行させる方法、およびその中間的な方法があり、目的とする複合体構造によりいずれかを選択できる。アミノ基との反応を優先させるとより均一な構造になり、ゾル−ゲル反応を優先させると分離構造になる傾向となる。     When an alkoxysilane having an amino group is used in carrying out this reaction, the amino group reacts with the ester group of the polylactic acid resin, whereby a metal oxide can be introduced into the polylactic acid resin by a covalent bond. Since this reaction involves the cleavage of the main chain of the polylactic acid resin, the molecular weight is lowered, but the mechanical strength of the film is maintained by the formation of the metal oxide by the sol-gel reaction. An alkoxysilane having an amino group has two reactive groups, an amino group and an alkoxy group, in the molecule. Therefore, when the reaction is performed in the presence of a polylactic acid resin, the sol is reacted after the reaction between the amino group and the ester group. -There are a method of performing a gel reaction, a method of proceeding both at the same time, and an intermediate method thereof, and either can be selected depending on the target complex structure. When the reaction with the amino group is prioritized, the structure becomes more uniform, and when the sol-gel reaction is prioritized, the structure tends to be separated.

上記アミノ基を有するアルコキシシランは、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノエチルアミノメチルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、2−(2−アミノエチルチオエチル)トリエトキシシラン、p−アミノフェニルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン等をあげることができるが、これらに限定されるものではなく、これらの中から選ばれる2種以上を組み合わせて使うこともできる。   The alkoxysilane having an amino group is 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3 -Aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminoethylaminomethyltrimethoxysilane, 3-aminopropyldimethylethoxysilane, 2- (2-aminoethylthioethyl) Triethoxysilane, p-aminophenyltrimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropylmethyldiethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane Can be mentioned N- phenyl-3-aminopropyltriethoxysilane, etc., but is not limited thereto, can also be used in combination of two or more selected from these.

ゾル−ゲル反応は、公知の方法に従って実施する。高分子存在下にゾル−ゲル反応を行う場合には、高分子化合物と電解質塩とをともに溶解できる溶剤中で、水を微量添加して、必要に応じて酸触媒あるいは塩基触媒を添加して、室温から溶媒の沸点までの温度範囲で撹拌下、必要に応じて脱水しながら行なわれる。   The sol-gel reaction is performed according to a known method. When performing a sol-gel reaction in the presence of a polymer, add a small amount of water in a solvent that can dissolve both the polymer compound and the electrolyte salt, and add an acid catalyst or a base catalyst as necessary. The reaction is carried out with stirring in a temperature range from room temperature to the boiling point of the solvent, with dehydration as necessary.

本発明で使用される層状無機化合物は、粘土鉱物、層状リン酸塩、ハイドロタルサイトがある。粘土鉱物は、天然鉱物あるいは水熱合成、溶融法、固相法等による合成鉱物であっても良く、結晶質、非晶質の何れであっても良い。本発明で使用される粘土鉱物の例としては、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト等のスメクタイト族、カオリナイト、ハロサイト等のカオリナイト族、ジオクタヘドラルバーミキュライト、トリオクタヘドラルバーミキュライト等のバーミキュライト族、テニオライト、テトラシリシックマイカ、マスコバイト、イライト、セリサイト、フロゴバイト、バイオタイト等のマイカ、カネマイト、マカタイト、マガディアイト、ケニアイト等の層状珪酸塩やタルク、クロライト(緑泥石)等が挙げられる。   Examples of the layered inorganic compound used in the present invention include clay minerals, layered phosphates, and hydrotalcites. The clay mineral may be a natural mineral or a synthetic mineral by hydrothermal synthesis, a melting method, a solid phase method, or the like, and may be crystalline or amorphous. Examples of clay minerals used in the present invention include smectites such as montmorillonite, beidellite, saponite and hectorite, kaolinites such as kaolinite and halosite, dioctahedral vermiculite, trioctahedral vermiculite and the like. Layered silicates such as vermiculite, teniolite, tetrasilicic mica, mascobite, illite, sericite, phlogopite, biotite, kanemite, macatite, magadiite, kenyaite, talc, chlorite (chlorite) Can be mentioned.

これらの層状無機化合物は、予め有機カチオン処理を施すことにより、ポリ乳酸系樹脂中での分散性が向上し、透明性の良い複合樹脂になるため好ましい。有機カチオンはオクチルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、トリオクチルアミン、ジメチルドデシルアミン、ジドデシルモノメチルアミン、テトラエチルアンモニウム塩、オクタデシルトリメチルアンモニウム塩、ジメチルジオクタデシルアンモニウム塩、ジヒドロキシエチルメチルオクタデシルアンモニウム塩、メチルドデシルビス(ポリエチレングリコール)アンモニウム塩、メチルジエチル(ポリプロピレングリコール)アンモニウム塩等の有機アンモニウム塩、テトラエチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、ヘキサデシルトリブチルホスホニウム、テトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウム、2−ヒドロキシエチルトリフェニルホスホニウム等の有機ホスホニウム塩、n−ブチルピリジニウム塩、ドデシルピリジニウム塩、ヘキサデシルピリジニウム塩等の有機ピリジニウム塩、有機スルホニウム塩等が挙げられる。     These layered inorganic compounds are preferable because the dispersibility in the polylactic acid-based resin is improved by performing an organic cation treatment in advance, and the composite resin has good transparency. Organic cations are octylamine, dodecylamine, octadecylamine, trioctylamine, dimethyldodecylamine, didodecylmonomethylamine, tetraethylammonium salt, octadecyltrimethylammonium salt, dimethyldioctadecylammonium salt, dihydroxyethylmethyloctadecylammonium salt, methyldodecylbis Organic ammonium salts such as (polyethylene glycol) ammonium salt, methyldiethyl (polypropylene glycol) ammonium salt, organic such as tetraethylphosphonium, tetrabutylphosphonium, hexadecyltributylphosphonium, tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium, 2-hydroxyethyltriphenylphosphonium Phosphonium salt, n-butylpyridinium salt, dodecy Pyridinium salt, organic pyridinium salt, such as hexadecyl pyridinium salts, organic sulfonium salts and the like.

ポリ乳酸系樹脂−無機化合物複合構造
これらの無機化合物は、ポリ乳酸系樹脂マトリックス中に無機化合物が相分離した構造、無機マトリックス中にポリ乳酸系樹脂が相分離した構造、さらにポリ乳酸と無機化合物が分子レベルで混合した、所謂IPN(相互侵入高分子網目)構造の何れをとることも可能である。相分離構造は層状、ラメラ状、シリンダー状のような連続した形状でも良いし、海島構造のような不連続な構造でも良い。一般的に連続した構造をとる場合は、無機化合物をゾルゲル反応で製造する場合により作製することができる。一方、不連続構造はマトリックス中にもう一方の成分が粒子状に分散した構造になるのが一般的であり、その粒子の大きさは概ね1nm〜10μmの範囲にあり、ポリ乳酸系樹脂と無機化合物とを混合・分散させる方法で作られることが多い。粒子の大きさは、複合体の透明性が要求されるような用途に対しては、この範囲の中でもできる限り微細化されていたほうが好ましく、500nm以下、より好ましくは250nm以下、さらに好ましくは100nm以下である。粒子が微細になると単に透明性が改良されるだけではなく、圧電性そのものも向上する傾向があり、延伸、折り曲げ、切断、接着、塗工、蒸着などの加工性も改良されることがあるため、通常はより微細化されるような複合化方法がとられる。金属酸化物の場合には、前述のように微粒子の表面修飾を行う方法やゾル−ゲル法を適用することによって、構造または分散状態を制御することが可能であり、また微粒子の大きさを制御することも可能である。
Polylactic acid resin-inorganic compound composite structure These inorganic compounds have a structure in which an inorganic compound is phase separated in a polylactic acid resin matrix, a structure in which a polylactic acid resin is phase separated in an inorganic matrix, and polylactic acid and an inorganic compound. It is possible to adopt any of so-called IPN (interpenetrating polymer network) structures in which are mixed at the molecular level. The phase separation structure may be a continuous shape such as layered, lamellar or cylindrical, or a discontinuous structure such as a sea-island structure. In general, in the case of taking a continuous structure, the inorganic compound can be produced by a sol-gel reaction. On the other hand, the discontinuous structure is generally a structure in which the other component is dispersed in the form of particles in the matrix, and the size of the particles is generally in the range of 1 nm to 10 μm. Often made by mixing and dispersing compounds. The size of the particles is preferably as fine as possible within this range for applications where the transparency of the composite is required, 500 nm or less, more preferably 250 nm or less, and even more preferably 100 nm. It is as follows. Finer particles not only improve transparency, but also tend to improve piezoelectricity itself, and may improve workability such as stretching, bending, cutting, adhesion, coating, and vapor deposition. Usually, a compounding method is adopted so as to make it finer. In the case of a metal oxide, the structure or dispersion state can be controlled by applying the surface modification method of the fine particles or the sol-gel method as described above, and the size of the fine particles can be controlled. It is also possible to do.

層状無機化合物の場合は粒子が分散した構造であるが、未処理のものを使うと透明性が不良になる場合がある。有機カチオン処理を行うことにより層状無機化合物の層間距離が十分に広がり、層間剥離や層間にポリ乳酸系樹脂が挿入されて分散性が向上して透明性の良いフィルムが得られる。層状化合物の場合にも、分散性を改良することによって単に透明性が良好になるだけではなく、圧電性そのものや加工性が向上するため、有機カチオン処理を行う方法が好ましい場合が多い。     The layered inorganic compound has a structure in which particles are dispersed, but if an untreated one is used, transparency may be poor. By performing the organic cation treatment, the interlayer distance of the layered inorganic compound is sufficiently widened, and delamination and a polylactic acid resin are inserted between the layers, thereby improving dispersibility and obtaining a film with good transparency. In the case of a layered compound, a method of performing an organic cation treatment is often preferable because not only transparency is improved by improving dispersibility but also piezoelectricity itself and processability are improved.

複合フィルムの延伸
ポリ乳酸系樹脂−無機化合物複合フィルムの延伸は、一軸延伸、二軸延伸、多軸延伸の何れでも良い。延伸条件は使用される無機化合物により異なり、通常はポリ乳酸系樹脂のガラス転移温度以上で、概ね60℃〜200℃、好ましくは80〜180℃の温度範囲で行なわれるが、ガラス転移温度以下のいわゆる冷延伸を行うことも可能である。高温度で延伸する場合には必要に応じて不活性ガス雰囲気下で行なわれる。延伸方法は、公知の方法であればとくに制限はなく、通常はテンター法により2〜10倍、好ましくは2〜6倍程度に延伸される。
Stretching of Composite Film Stretching of the polylactic acid-based resin-inorganic compound composite film may be any of uniaxial stretching, biaxial stretching, and multiaxial stretching. The stretching conditions vary depending on the inorganic compound used, and are usually higher than the glass transition temperature of the polylactic acid resin and generally in the temperature range of 60 ° C to 200 ° C, preferably 80 to 180 ° C. It is also possible to perform so-called cold drawing. When extending | stretching at high temperature, it is performed in inert gas atmosphere as needed. The stretching method is not particularly limited as long as it is a known method, and is usually stretched 2 to 10 times, preferably about 2 to 6 times by a tenter method.

(実施の形態)
以下、実施例を示して本発明についてさらに詳細に説明する。これらの実施例は、発明の一実施態様を説明するものであって、これにより本発明が制限されるものではない。なお、樹脂組成物等の物性の測定および評価は以下の方法に従って行った。
(1)透明性(ヘイズ値)
所定の方法で得たシートまたはフィルムについて、23℃、相対湿度50%の条件中に3日間放置した後、ヘイズメーター(日本電色工業(株)製)を用いて、ヘイズを測定した。なお、ヘイズ値が小さいほど透明性に優れることがわかる。
(2)圧電性
所定の方法で得た厚さ0.24〜0.72μmの一軸延伸フィルムについて、東洋精機製作所製の「レオログラフリソッドS-1型」を用いて、周波数 0.8〜140Hzの範囲で該試験片の複素圧電率 d14=d14'- id14"を室温にて測定した。なお、複素圧電率が高いほど圧電性に優れることを示す。なお測定は、ヘイズを測定した後に行った。
(3)粒子径
粒子径は、それぞれのサイズや状態に応じて、レーザー回折式粒度分布測定、走査型電子顕微鏡(SEM)観察、TEM(透過型電子顕微鏡)観察等によって求め、それらの平均値(メディアン径)を示した。
(Embodiment)
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. These examples illustrate one embodiment of the invention and are not intended to limit the invention. The physical properties of the resin composition and the like were measured and evaluated according to the following methods.
(1) Transparency (haze value)
About the sheet | seat or film obtained by the predetermined | prescribed method, after leaving to stand in 23 degreeC and the conditions of 50% of relative humidity for 3 days, haze was measured using the haze meter (made by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.). In addition, it turns out that it is excellent in transparency, so that a haze value is small.
(2) Piezoelectricity About a uniaxially stretched film with a thickness of 0.24 to 0.72 μm obtained by a predetermined method, using a “Rheograph Roid S-1 type” manufactured by Toyo Seiki Seisakusho, in a frequency range of 0.8 to 140 Hz. The complex piezoelectric constant d14 = d14'-id14 "of the test piece was measured at room temperature. The higher the complex piezoelectric constant, the better the piezoelectricity. The measurement was performed after measuring the haze.
(3) Particle size The particle size is determined by laser diffraction particle size distribution measurement, scanning electron microscope (SEM) observation, TEM (transmission electron microscope) observation, etc., according to the size and state, and the average value thereof. (Median diameter) is shown.

(製造例1)
攪拌機、温度計、pHメーターを備えた丸底セパラブルフラスコに水酸化カルシウム(入交産業製)55.3g、蒸留水1744.7gを入れ、激しく攪拌して懸濁液とした。懸濁液の温度を40℃に調整した後、75%リン酸(三井化学製)を20.0%に希釈した水溶液211.4g、蒸留水988.6gを混合溶解した水溶液を、ミクロチューブポンプを用いて連続的に2時間かけて添加した。添加後さらに40℃で2時間反応を行い、リン酸カルシウム微粒子分散溶液を得た。この反応は同一の条件で2度行った。これらの反応液は1夜放置でそれぞれ50vol%が沈降した。上澄み液を捨てて両液を混合し、さらに2日放置して分離した上澄み液を取り除き、リン酸カルシウム分散スラリーを調整した。このスラリーの固形分濃度は5.92%であった。また、ポリ乳酸との複合化で用いるリン酸カルシウム(A)粉末は、奈良機械製作所製の媒体流動乾燥機(MSD−100A:ジルコニア製媒体φ2mmを使用)を用いて、熱風温度150℃の条件下で乾燥することにより調製した。リン酸カルシウム(A)粉末を蒸留水中に分散し、その粒子径を島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置SALD-2000Jにより測定したところ、6.5μmであった。また、粉末表面にPt蒸着を施して、日立製作所製走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行なったところ、粒子は25〜40nmの一次粒子の集合体となっている様子が観察された。
(製造例2)
攪拌機、温度計を備えた丸底セパラブルフラスコにクエン酸一水和物(純正化学社製、特級)12.124g に蒸留水427.188gを入れ均一に攪拌溶解した後、40%水酸化ナトリウム水溶液11.186gを添加した。水酸化カルシウム(入交産業製)29.50gを攪拌しながら加えて懸濁液とした。懸濁液は室温下、攪拌速度300rpmで攪拌しながら、75%リン酸(三井化学社製)を20.8%に希釈したリン酸水溶液112.77g と蒸留水207.23gを混合した水溶液をミクロチューブポンプで連続的に30分間かけて添加した後さらに1時間攪拌を行い、クエン酸ナトリウム/リン酸カルシウム複合体(1.25:98.75)分散溶液を得た。添加前に18.4℃であった懸濁液は、反応後は25.7℃まで上昇した。得られた分散溶液のpHは12.22であった。この反応は同一の条件で5度行った。これらの反応液を混合して1夜放置すると50vol%が沈降した。上澄み液を捨ててさらに1週間放置して分離した上澄み液を取り除き、リン酸カルシウム分散スラリーを調整した。このスラリーの固形分濃度は7.2%であった。ポリ乳酸との複合化で用いるクエン酸処理型リン酸カルシウム(B)粉末は、奈良機械製作所製の媒体流動乾燥機(MSD−100A:ジルコニア製媒体φ2mmを使用)を用いて、熱風温度150℃の条件下で乾燥することにより調製した。リン酸カルシウム(A)粉末を蒸留水中に分散し、その粒子径を島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置SALD-2000Jにより測定したところ、6.8μmであった。
(Production Example 1)
A round bottom separable flask equipped with a stirrer, a thermometer and a pH meter was charged with 55.3 g of calcium hydroxide (manufactured by Iriko Sangyo) and 1744.7 g of distilled water, and stirred vigorously to obtain a suspension. After adjusting the temperature of the suspension to 40 ° C, an aqueous solution in which 211.4 g of 75% phosphoric acid (Mitsui Chemicals) was diluted to 20.0% and 988.6 g of distilled water were mixed and dissolved was continuously added using a microtube pump. For 2 hours. After the addition, the reaction was further carried out at 40 ° C. for 2 hours to obtain a calcium phosphate fine particle dispersion solution. This reaction was performed twice under the same conditions. Each of these reaction liquids was left to stand overnight and 50 vol% was precipitated. The supernatant liquid was discarded, both liquids were mixed, and the supernatant liquid separated by leaving for 2 days was removed to prepare a calcium phosphate dispersion slurry. The solid content concentration of this slurry was 5.92%. In addition, calcium phosphate (A) powder used for complexing with polylactic acid is a medium fluidized dryer (MSD-100A: using zirconia medium φ2 mm) manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. Prepared by drying. When calcium phosphate (A) powder was dispersed in distilled water and the particle size was measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-2000J manufactured by Shimadzu Corporation, it was 6.5 μm. Moreover, when Pt vapor deposition was given to the powder surface and the scanning electron microscope (SEM) observation made from Hitachi, Ltd. was performed, a mode that the particle | grains became the aggregate | assembly of the primary particle of 25-40 nm was observed.
(Production Example 2)
In a round bottom separable flask equipped with a stirrer and thermometer, 427.188 g of distilled water was added to 12.124 g of citric acid monohydrate (special grade, manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) and dissolved uniformly. g was added. 29.50 g of calcium hydroxide (Irigo Sangyo) was added with stirring to form a suspension. The suspension was stirred at a stirring speed of 300 rpm at room temperature, and a microtube pump was used to mix 112.77 g of phosphoric acid aqueous solution in which 75% phosphoric acid (Mitsui Chemicals) was diluted to 20.8% and 207.23 g of distilled water. After continuous addition over 30 minutes, the mixture was further stirred for 1 hour to obtain a sodium citrate / calcium phosphate complex (1.25: 98.75) dispersion. The suspension, which was 18.4 ° C. before the addition, rose to 25.7 ° C. after the reaction. The pH of the obtained dispersion solution was 12.22. This reaction was performed 5 times under the same conditions. When these reaction solutions were mixed and allowed to stand overnight, 50 vol% settled. The supernatant liquid was discarded and the supernatant liquid separated by leaving for another week was removed to prepare a calcium phosphate dispersion slurry. The solid content concentration of this slurry was 7.2%. The citric acid-treated calcium phosphate (B) powder used in the complexing with polylactic acid is a condition of hot air temperature of 150 ° C. using a medium fluidized dryer (MSD-100A: zirconia medium φ2 mm) manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. Prepared by drying under. When calcium phosphate (A) powder was dispersed in distilled water and the particle size was measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-2000J manufactured by Shimadzu Corporation, it was 6.8 μm.

充分に乾燥させたポリ乳酸 (三井化学製、登録商標レイシア、H−100)10重量部をクロロホルム10重量部に溶解し、製造例1で製造したリン酸カルシウム(A)粉末0.53重量部を混合した後ガラスシャーレに移してキャストフィルムを作製した。このフィルムはHAp粉末の分散状態が不良であったため、フィルムを細かく砕き、120℃で溶融させ、10MPaで10分間圧縮したのち、85℃に設定した圧縮成形機で再び10MPaで圧縮冷却し、厚さ15mmのシートを成形した。このポリ乳酸−HAp複合フィルムを80℃で2.0倍に一軸延伸して、厚さ26μmのフィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。ここでは複素圧電率の絶対値dを示す。 10 parts by weight of fully dried polylactic acid (registered trademark Lacia, H-100, manufactured by Mitsui Chemicals) was dissolved in 10 parts by weight of chloroform and mixed with 0.53 parts by weight of calcium phosphate (A) powder produced in Production Example 1. After that, it was transferred to a glass petri dish to prepare a cast film. Since this film was poorly dispersed in the HAp powder, the film was finely crushed, melted at 120 ° C., compressed at 10 MPa for 10 minutes, and then compressed and cooled again at 10 MPa with a compression molding machine set at 85 ° C. A 15 mm thick sheet was formed. This polylactic acid-HAp composite film was uniaxially stretched 2.0 times at 80 ° C. to obtain a film having a thickness of 26 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1. Here, the absolute value d of the complex piezoelectric constant is shown.

充分に乾燥させたポリ乳酸 (三井化学製、登録商標レイシア、H−100)10重量部をクロロホルム10重量部に溶解し、製造例2で製造したクエン酸処理型リン酸カルシウム(B)粉末0.20重量部を混合した後ガラスシャーレ移してキャストフィルムを作製した。このフィルムはHAp粉末の分散状態が不良であったため、フィルムを細かく砕き、120℃で溶融させ、10MPaで10分間圧縮したのち、85℃に設定した圧縮成形機で再び10MPaで圧縮冷却し、厚さ15mmのシートを成形した。このポリ乳酸−HAp複合フィルムを80℃で2.5倍に一軸延伸して、厚さ31μmのフィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。     10 parts by weight of sufficiently dried polylactic acid (manufactured by Mitsui Chemicals, trade name Lacia, H-100) was dissolved in 10 parts by weight of chloroform, and the citric acid-treated calcium phosphate (B) powder 0.20 produced in Production Example 2 was obtained. After mixing the weight part, the glass petri dish was moved and the cast film was produced. Since this film was poorly dispersed in the HAp powder, the film was finely crushed, melted at 120 ° C., compressed at 10 MPa for 10 minutes, and then compressed and cooled again at 10 MPa with a compression molding machine set at 85 ° C. A 15 mm thick sheet was formed. This polylactic acid-HAp composite film was uniaxially stretched 2.5 times at 80 ° C. to obtain a film having a thickness of 31 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1.

80℃で3.0倍に一軸延伸した以外には実施例2と同様に操作を行い、厚さ50μmのポリ乳酸−リン酸カルシウム(B)複合フィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。     The same operation as in Example 2 was performed except that the film was uniaxially stretched 3.0 times at 80 ° C. to obtain a polylactic acid-calcium phosphate (B) composite film having a thickness of 50 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1.

四塩化チタン(和光試薬特級)15ml (0.138mol)を200ml三口フラスコに窒素雰囲気中で測り取り、反応系を0℃に保った後、イオン交換水15mlを一滴づつ加え、黄色油状のチタンオキシクロライド(TiOCl)溶液(9.2mol/l)を得た。エタノール600mlとイオン交換水400ml混合液を1l三口フラスコにとり、油浴中につけ窒素雰囲気中で攪拌した。温度が60℃に達し安定した後、先に調製したTiOCl溶液4mlをイオン交換水36.8mlで希釈した1mol/lのTiOCl溶液を滴下した。6時間後、生成した二酸化チタン超微粒子の沈殿を遠心分離し、酢酸エチル50mlで洗浄した。この遠心分離、洗浄の操作を計三回実施した後、酢酸エチルを除去し、二酸化チタン超微粒子を得た。二酸化チタン超微粒子を酢酸50mlに分散させ、室温で60時間攪拌した。沈殿を遠心分離した後、酢酸エチルで三回洗浄した。一部を取りだし、120℃減圧、6時間乾燥後KBr錠剤法で赤外線スペクトルを測定したところ、二酸化チタン表面の酢酸修飾を示すカルボキシレート基(−COO-)のピ−クが測定されたこのようにして得られた酢酸修飾二酸化チタン超微粒子(乾燥状態で1g)を湿潤状態で1-ブタノール100ml中に加え、超音波処理を一時間実施した。これにトルエン100mlを加え、二酸化チタン超微粒子が均一に分散した透明な溶液を得た。この溶液にn-ヘキシルアミン50mlを添加し、1時間攪拌した後、生成した沈殿を遠心分離して回収し、メタノール洗浄と遠心分離の操作を二回繰り返した。一部を取りだし、乾燥後、KBr錠剤で赤外線スペクトル測定を行い、二酸化チタン超微粒子の表面が酢酸とアミンの両方で修飾されていることが確認された。この酢酸・n-ヘキシルアミン修飾二酸化チタン超微粒子をクロロホルム40ml中に加えたところ、均一に分散した透明な溶液が得られた。十分に乾燥したポリ乳酸(三井化学製、登録商標レイシア、H−100)9gをクロロホルム80mlに溶解させた溶液を別に調製し、二酸化チタン超微粒子の溶液と混合し、室温にて30分間攪拌した。この溶液をさらにヘプタン500ml中に投入し再沈殿させた後、沈殿物を濾過により回収した。沈殿を60℃で10時間乾燥した後、粉末を100kg/cm2の圧力、180℃で2分間プレスしたところ、厚み100μmの無色透明なフィルムが得られた。得られたフィルムの透過電子顕微鏡観察から粒子径3〜5nmの二酸化チタン超微粒子がポリマー中に全く凝集することなく均一に分散していることが確認できた。また、熱重量変化の測定により、フィルム中の二酸化チタン超微粒子の配合量は10重量%であることを確認した。 Titanium tetrachloride (special grade Wako Reagent) 15ml (0.138mol) was weighed in a 200ml three-necked flask in a nitrogen atmosphere, and the reaction system was kept at 0 ° C. Then, 15ml of ion-exchanged water was added drop by drop, and a yellow oily titanium oxychloride was added. A (TiOCl 2 ) solution (9.2 mol / l) was obtained. A mixture of 600 ml of ethanol and 400 ml of ion-exchanged water was placed in a 1 l three-necked flask, placed in an oil bath and stirred in a nitrogen atmosphere. After the temperature reached 60 ° C. and stabilized, a 1 mol / l TiOCl 2 solution obtained by diluting 4 ml of the previously prepared TiOCl 2 solution with 36.8 ml of ion-exchanged water was added dropwise. After 6 hours, the resulting precipitate of titanium dioxide ultrafine particles was centrifuged and washed with 50 ml of ethyl acetate. After performing this centrifugation and washing operation three times in total, ethyl acetate was removed to obtain ultrafine titanium dioxide particles. Titanium dioxide ultrafine particles were dispersed in 50 ml of acetic acid and stirred at room temperature for 60 hours. The precipitate was centrifuged and washed three times with ethyl acetate. A portion was taken out, dried at 120 ° C. under reduced pressure for 6 hours, and then the infrared spectrum was measured by the KBr tablet method. As a result, the peak of the carboxylate group (—COO ) indicating acetic acid modification on the titanium dioxide surface was measured. The acetic acid-modified titanium dioxide ultrafine particles (1 g in a dry state) thus obtained were added in a wet state to 100 ml of 1-butanol, and sonication was carried out for 1 hour. To this was added 100 ml of toluene to obtain a transparent solution in which titanium dioxide ultrafine particles were uniformly dispersed. After adding 50 ml of n-hexylamine to this solution and stirring for 1 hour, the produced precipitate was collected by centrifugation, and the operations of washing with methanol and centrifugation were repeated twice. A part was taken out, dried, and then subjected to infrared spectrum measurement with a KBr tablet, and it was confirmed that the surface of the titanium dioxide ultrafine particles was modified with both acetic acid and amine. When the acetic acid / n-hexylamine-modified titanium dioxide ultrafine particles were added to 40 ml of chloroform, a uniformly dispersed transparent solution was obtained. Separately prepared a solution prepared by dissolving 9 g of sufficiently dried polylactic acid (registered trademark Lacia, H-100, manufactured by Mitsui Chemicals) in 80 ml of chloroform, mixed with a solution of titanium dioxide ultrafine particles, and stirred at room temperature for 30 minutes. . This solution was further poured into 500 ml of heptane for reprecipitation, and the precipitate was collected by filtration. The precipitate was dried at 60 ° C. for 10 hours, and then the powder was pressed at 100 kg / cm 2 and 180 ° C. for 2 minutes to obtain a colorless and transparent film having a thickness of 100 μm. From the transmission electron microscope observation of the obtained film, it was confirmed that the titanium dioxide ultrafine particles having a particle diameter of 3 to 5 nm were uniformly dispersed in the polymer without any aggregation. Moreover, it was confirmed by measuring the thermogravimetric change that the blending amount of the titanium dioxide ultrafine particles in the film was 10% by weight.

充分に乾燥させたポリ乳酸 (三井化学製、登録商標レイシア、H−100)10重量部をTHF90重量部に溶解し、テトラメトキシシラン(信越化学社製)0.28重量部、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製)0.03重量部、0.1N−塩酸水溶液0.11重量部を添加して均一に混合して60℃で5時間反応を行った。この温度で透明な反応液を大量のメタノール中に投じて生じた白色固体をろ別し、メタノールで十分に洗浄した後に真空乾燥した。このポリ乳酸−シリカ複合体中に含まれるシリカ量は、TGAで800℃まで空気中で加熱した際の残分により調べたところ、約0.5%であった。この複合体をクロロホルムに溶解し、ガラスシャーレにキャストしてフィルムを形成した。さらに、キャストフィルムを井元社製ロール延伸機にて、70℃で2倍にロール延伸し、次いで70℃で1.5倍に一軸延伸して、厚さ23μmのフィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。     10 parts by weight of sufficiently dried polylactic acid (Mitsui Chemicals, registered trademark Lacia, H-100) is dissolved in 90 parts by weight of THF, 0.28 parts by weight of tetramethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 3-aminopropyltrimethoxy 0.03 part by weight of silane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and 0.11 part by weight of 0.1N hydrochloric acid aqueous solution were added and mixed uniformly, and the reaction was carried out at 60 ° C. for 5 hours. The white solid produced by pouring the transparent reaction solution into a large amount of methanol at this temperature was filtered off, washed thoroughly with methanol, and then vacuum dried. The amount of silica contained in the polylactic acid-silica composite was about 0.5% when examined by the residue when heated in air to 800 ° C. with TGA. This composite was dissolved in chloroform and cast into a glass petri dish to form a film. Further, the cast film was roll-stretched twice at 70 ° C. by a roll stretching machine manufactured by Imoto Co., and then uniaxially stretched 1.5 times at 70 ° C. to obtain a film having a thickness of 23 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1.

充分に乾燥させたポリ乳酸 (三井化学製、登録商標レイシア、H−100)10重量部をTHF90重量部に溶解し、テトラメトキシシラン(信越化学社製)0.64重量部、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製)0.07重量部、0.1N−塩酸水溶液0.28重量部を添加して均一に混合して60℃で5時間反応を行った。この温度で透明な反応液を大量のメタノール中に投じて生じた白色固体をろ別し、メタノールで十分に洗浄した後に真空乾燥した。このポリ乳酸−シリカ複合体の重量平均分子量は168,800であり、その中に含まれるシリカ量は、TGAで800℃まで空気中で加熱した際の残分により調べたところ、約1.3%であった。この複合体をクロロホルムに溶解し、ガラスシャーレにキャストしてフィルムを形成した。さらに、キャストフィルムを井元社製ロール延伸機にて、70℃で2倍にロール延伸し、次いで70℃で1.5倍に一軸延伸して、厚さ23μmのフィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。     10 parts by weight of sufficiently dried polylactic acid (Mitsui Chemicals, registered trademark Lacia, H-100) is dissolved in 90 parts by weight of THF, and 0.64 parts by weight of tetramethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), N-2 (aminoethyl) ) 0.07 part by weight of 3-aminopropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and 0.28 part by weight of a 0.1N hydrochloric acid aqueous solution were added and mixed uniformly, followed by reaction at 60 ° C. for 5 hours. The white solid produced by pouring the transparent reaction solution into a large amount of methanol at this temperature was filtered off, washed thoroughly with methanol, and then vacuum dried. The polylactic acid-silica composite had a weight average molecular weight of 168,800, and the amount of silica contained in the polylactic acid-silica composite was about 1.3% when examined by the residue when heated in air to 800 ° C. with TGA. . This composite was dissolved in chloroform and cast into a glass petri dish to form a film. Further, the cast film was roll-stretched twice at 70 ° C. by a roll stretching machine manufactured by Imoto Co., and then uniaxially stretched 1.5 times at 70 ° C. to obtain a film having a thickness of 23 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1.

実施例6と同様にして得られたキャストフィルムを井元社製延伸機にて、60℃で3倍に一軸延伸し、厚さ59μmのフィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。     The cast film obtained in the same manner as in Example 6 was uniaxially stretched three times at 60 ° C. with a stretching machine manufactured by Imoto Co., Ltd. to obtain a film having a thickness of 59 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1.

ポリ乳酸(ベーリンガー社製、L207)を用いた以外には、実施例7と同様の方法でキャストフィルムを得た。さらに、キャストフィルムを井元社製延伸機にて、60℃で3倍に一軸延伸し、厚さ76μmのフィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。     A cast film was obtained in the same manner as in Example 7 except that polylactic acid (manufactured by Boehringer, L207) was used. Further, the cast film was uniaxially stretched 3 times at 60 ° C. with a stretching machine manufactured by Imoto Co., Ltd., to obtain a film having a thickness of 76 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1.

ポリ乳酸(島津製作所製、ラクティー5000)を用いた以外には、実施例7と同様の方法でキャストフィルムを得た。さらに、キャストフィルムを井元社製延伸機にて、60℃で3倍に一軸延伸し、厚さ61μmのフィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。     A cast film was obtained in the same manner as in Example 7 except that polylactic acid (Lacty 5000, manufactured by Shimadzu Corporation) was used. Further, the cast film was uniaxially stretched three times at 60 ° C. by a stretching machine manufactured by Imoto Co., Ltd. to obtain a film having a thickness of 61 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1.

充分に乾燥させたポリ乳酸 (三井化学製、登録商標レイシア、H−100)100重量部と、有機化処理を施していないモンモリロナイト(商品名ベンゲルA、豊順洋行社製)5重量部とをHAAKE社製二軸押出機にて、シリンダー温度200℃の条件で溶融、混合し、樹脂組成物(A)を得た。次いで樹脂組成物(A1)を良く乾燥させ、2枚の真鍮板、アルミ板および離型フィルムの間に所定量はさみ、200℃で溶融させ、10MPaで3分間圧縮したのち、20℃に設定した圧縮成形機で再び10MPaで圧縮冷却し、厚さ0.2mmのシートを成形した。得られたシートの透明性(全へイズ値)は37.6%であった。さらに、成形したシートを井元社製延伸機にて、60℃で3倍に一軸延伸し、厚さ57μmのフィルムを得た。得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。その結果を表1に示す。     100 parts by weight of fully dried polylactic acid (registered trademark Lacia, H-100, manufactured by Mitsui Chemicals) and 5 parts by weight of montmorillonite (trade name Bengel A, manufactured by Toyoshun Yoko Co., Ltd.) not subjected to organic treatment The resin composition (A) was obtained by melting and mixing under the condition of a cylinder temperature of 200 ° C. using a HAAKE double screw extruder. Next, the resin composition (A1) was dried well, and a predetermined amount was sandwiched between two brass plates, an aluminum plate and a release film, melted at 200 ° C., compressed at 10 MPa for 3 minutes, and then set to 20 ° C. The sheet was compressed and cooled again at 10 MPa with a compression molding machine to form a 0.2 mm thick sheet. The transparency (total haze value) of the obtained sheet was 37.6%. Further, the formed sheet was uniaxially stretched 3 times at 60 ° C. by a stretching machine manufactured by Imoto Co., Ltd. to obtain a film having a thickness of 57 μm. The piezoelectricity of the obtained film was evaluated. The results are shown in Table 1.

充分に乾燥させたポリ乳酸 (三井化学製、登録商標レイシア、H−100)100重量部と、4級アンモニウムカチオンを用いて有機カチオン処理を施したモンモリロナイト(商品名エスベンE、豊順洋行社製)5重量部とをHAAKE社製二軸押出機にて、シリンダー温度200℃の条件で溶融、混合し、樹脂組成物(B)を得た。次いでこれを実施例10と同様に混合、成形した。得られたシートの透明性(全へイズ値)は18.6%であった。実施例10と同様に延伸して得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。結果を表1に示す。     Montmorillonite (trade name: Sven E, manufactured by Toyosune Yoko Co., Ltd.) treated with organic cation using 100 parts by weight of fully dried polylactic acid (Mitsui Chemicals, registered Lacia, H-100) and quaternary ammonium cation ) 5 parts by weight was melted and mixed in a twin-screw extruder manufactured by HAAKE under the condition of a cylinder temperature of 200 ° C. to obtain a resin composition (B). Next, this was mixed and molded in the same manner as in Example 10. The transparency (total haze value) of the obtained sheet was 18.6%. The piezoelectricity of the film obtained by stretching in the same manner as in Example 10 was evaluated. The results are shown in Table 1.

充分に乾燥させたポリ乳酸 (三井化学製、登録商標レイシア、H−100)100重量部と、4級アンモニウムカチオンを用いて有機カチオン処理を施したモンモリロナイト(商品名エスベンNX、HOJUN社製)5重量部とを、実施例10と同様の方法で混合し樹脂組成物(C)を得た。次いでこれを実施例10と同様に混合、成形した。得られたシートの透明性(全へイズ値)は24.7%であった。実施例10と同様に延伸して得られたフィルムに対し、圧電性を評価した。結果を表1に示す。     Montmorillonite (trade name: Sven NX, manufactured by HOJUN) 5 which has been subjected to organic cation treatment using 100 parts by weight of polylactic acid (Mitsui Chemicals, registered Lacia, H-100) and quaternary ammonium cation 5 Weight parts were mixed in the same manner as in Example 10 to obtain a resin composition (C). Next, this was mixed and molded in the same manner as in Example 10. The transparency (total haze value) of the obtained sheet was 24.7%. The piezoelectricity of the film obtained by stretching in the same manner as in Example 10 was evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1で用いたのと同じポリ乳酸100重量部のみを用い、実施例1と同様の条件で成形、評価を行った。ただし延伸条件は無機材料がない場合の好条件を選択した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
Molding and evaluation were performed under the same conditions as in Example 1 using only 100 parts by weight of the same polylactic acid used in Example 1. However, the stretching conditions were selected as favorable conditions when there was no inorganic material. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
実施例1で用いたのと同じポリ乳酸100重量部のみを用い、実施例1と同様の条件で成形、評価を行った。ただし延伸条件は無機材料がない場合の好条件を選択した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
Molding and evaluation were performed under the same conditions as in Example 1 using only 100 parts by weight of the same polylactic acid used in Example 1. However, the stretching conditions were selected as favorable conditions when there was no inorganic material. The results are shown in Table 1.

なお実施例11および実施例12で、モンモリロナイトを有機カチオンで処理すると分散状態が良好になり、ヘイズが低くなった。これは。ヘイズ値が小さいため、ディスプレイ用途や目視性や意匠性が要求されるされるような用途での遮音材料、防音材料、スピーカー等の用途に用いることができる。     In Examples 11 and 12, when montmorillonite was treated with an organic cation, the dispersion state was improved and the haze was lowered. this is. Since the haze value is small, it can be used for applications such as a sound insulation material, a sound insulation material, and a speaker in applications where display applications, visibility and designability are required.

本発明の高分子圧電材料は、ポーリング処理が不要で緩和現象のないポリ乳酸に無機化合物を複合化することで、圧電性を向上することができ、さらに無機化合物の大きさをナノメートルサイズに小さくすることで、加工性や透明性に優れた圧電性フィルムとして、ヘッドホン、スピーカー、マイクロホン、水中マイクロホン、加速度センサー、衝撃センサー、振動センサー、感圧センサー、触覚センサー、電界センサー、音圧センサー、ディスプレイ、ファン、ポンプ、可変焦点ミラー、超音波トランスデューサー、圧電トランス、遮音材料、防音材料、アクチュエーター、キーボードなど、音響機器、情報処理機、計測機器、医用機器その他の分野で利用することができる。   The polymeric piezoelectric material of the present invention can improve piezoelectricity by compounding an inorganic compound with polylactic acid that does not require a poling treatment and has no relaxation phenomenon, and further reduces the size of the inorganic compound to a nanometer size. By making it small, as a piezoelectric film with excellent workability and transparency, headphones, speakers, microphones, underwater microphones, acceleration sensors, impact sensors, vibration sensors, pressure sensors, tactile sensors, electric field sensors, sound pressure sensors, It can be used in displays, fans, pumps, variable focus mirrors, ultrasonic transducers, piezoelectric transformers, sound insulation materials, sound insulation materials, actuators, keyboards, etc., in acoustic equipment, information processing equipment, measuring equipment, medical equipment and other fields. .

Figure 0004445277
Figure 0004445277

Claims (4)

ポリ乳酸系樹脂と無機化合物からなる高分子圧電材料であって、
前記無機化合物はリン酸カルシウム、ケイ素酸化物、二酸化チタン、及び粘土鉱物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物である、高分子圧電材料。
A polymeric piezoelectric material comprising a polylactic acid resin and an inorganic compound,
The polymeric piezoelectric material, wherein the inorganic compound is at least one compound selected from the group consisting of calcium phosphate , silicon oxide, titanium dioxide , and clay minerals .
前記無機化合物はシリカである、請求項1に記載の高分子圧電材料。 The polymeric piezoelectric material according to claim 1, wherein the inorganic compound is silica. 前記無機化合物は、有機カチオンにより処理されている粘土鉱物である、請求項1に記載の高分子圧電材料。 The polymeric piezoelectric material according to claim 1, wherein the inorganic compound is a clay mineral treated with an organic cation. 延伸処理してなる請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の高分子圧電材料。 The polymer piezoelectric material according to any one of claims 1 to 3 , wherein the polymer piezoelectric material is stretched.
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