JP5085871B2 - ポリ乳酸系樹脂組成物、これを用いた成形品および製造方法 - Google Patents
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Description
一方で、石油資源の枯渇や二酸化炭素の大量排出による地球温暖化等、地球環境の悪化が懸念されている。
ポリ乳酸は、とうもろこし等の穀物資源から発酵により得られる乳酸を原料とする、植物由来の樹脂であり、優れた成形性を有しているが、固くて脆く、また耐熱性(加熱変形温度)が60℃未満と低く、その改善が求められている。
例えば特許文献1には、ポリ乳酸系樹脂にガラス繊維を含有するガラス繊維強化ポリ乳酸樹脂組成物が提案されている。該組成物によって、優れた耐熱性、耐衝撃性が得られるとされている。
特許文献2には、ポリ乳酸とケナフ繊維を含有する生分解性樹脂組成物が提案されている。該組成物は、射出成形法により成形可能であり、優れた機械的強度、耐熱性が得られるとされている。
このように、成形加工性、耐熱性および耐衝撃性を共に満足するポリ乳酸系組成物は、従来技術において知られていない。
1)ポリ乳酸系樹脂(成分A)100質量部に、玄武岩を溶融紡糸してフィラメント状の繊維にしたバサルトファイバー(成分B)5〜120質量部を配合したことを特徴とするポリ乳酸系樹脂組成物。
2)ポリ乳酸系樹脂(成分A)100質量部に、玄武岩を溶融紡糸してフィラメント状の繊維にしたバサルトファイバー(成分B)5〜120質量部および衝撃強度改質材(成分C)を5〜100質量部配合したことを特徴とするポリ乳酸系樹脂組成物。
3)前記衝撃強度改質材(成分C)が、ガラス転移温度が室温以下の脂肪族ポリエステル樹脂(成分C1)であることを特徴とする上記2)記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
4)前記衝撃強度改質材(成分C)が、コアシェルポリマー(成分C2)であることを特徴とする上記2)記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
5)上記1)〜4)のいずれかに記載の組成物を成形してなることを特徴とする成形品。
6)上記1)〜4)のいずれかに記載の組成物を、金型温度0℃〜40℃で射出成形する工程を有することを特徴とする成形品の製造方法。
7)前記射出成形後、得られた射出成形物をさらに80℃〜140℃でアニールすることを特徴とする上記6)に記載の成形品の製造方法。
8)上記1)〜4)のいずれかに記載の組成物を、金型温度80℃〜140℃で射出成形する工程を有することを特徴とする成形品の製造方法。
本発明における成分Aは、ポリ乳酸系樹脂である。ポリ乳酸系樹脂とは、乳酸を主成分とするポリエステルであって、好ましくは乳酸を50質量%以上、特に好ましくは75質量%以上含有し、本発明の目的を損なわない範囲においてその他の成分として乳酸以外の炭素数2〜10の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオール、また、テレフタル酸などの芳香族化合物を含有するものであってもよい。本発明におけるポリ乳酸系樹脂は、乳酸のホモポリマー、前記他の成分を含むコポリマー、ならびにこれらの混合物を含む。
成分Aとしては特にポリ乳酸が好ましい。
バサルトファイバーの繊維径は、好ましくは3〜50μmであり、より好ましくは5〜25μmである。繊維長は、好ましくは0.03〜30mmであり、より好ましくは0.1〜13mmである。
バサルトファイバーは、玄武岩を加熱溶融し、公知の紡糸技術により所望の繊維径に紡糸し、裁断することによって得ることができる。なおバサルトファイバーは市販されているものを利用することもでき、例えば中部工業株式会社が販売するバサルトチョップドファイバー等が挙げられる。
10〜80質量部である。バサルトファイバーの配合割合が5質量部未満では、耐熱性、耐衝撃性を高める効果を付与することができない。逆に120質量部を超えると、ペレット生産性が極端に悪くなる問題や、成形品の表面が荒れる問題が発生し、不利となる。
前記衝撃強度改質材(成分C)としては、ガラス転移温度が室温以下の脂肪族ポリエステル樹脂(成分C1)、コアシェルポリマー(成分C2)が好ましいものとして挙げられる。ガラス転移温度が室温以下であることにより、耐衝撃性を一層改善することができる。
これらポリエステルの質量平均分子量(Mw)は、1〜100万が好ましく、3万〜50万がより好ましく、5万〜30万がさらに好ましい。
成分C1は、市販されているものも利用することができ、例えば、昭和高分子社製、ビオノーレシリーズ等が挙げられる。
(C2−1)コア成分としての共役ジエン系化合物を含む重合体に、シェル成分としての芳香族ビニル化合物および/または(メタ)アクリル酸エステル化合物をグラフト重合したグラフト共重合体。
共役ジエン系化合物としては、例えば、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエンなどが挙げられる。共役ジエン系化合物を重合する際に任意成分として、スチレン、メタクリル酸メチル等を存在させることも可能である。
アクリル系ゴム粒子は、アクリル酸エステルを重合することにより得られる。アクリル酸エステルとしては、アルコール成分の炭素数2〜8を有するものが好適であり、例えばエチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、炭素数が1〜8を有するものが好適であり、上記の(C2−1)成分の欄で説明したものが例示される。芳香族ビニル化合物も、上記の(C2−1)成分の欄で説明したものが例示される。(C2−2)成分におけるアクリル系ゴム粒子の割合は、40〜90重量%であるのが好ましい。(C2−2)成分は、市販されているものも利用することができ、例えば、三菱レイヨン社製、商品名:メタブレンW−300が挙げられる。
また、コアシェルポリマー(成分C2)を使用する場合は、ポリ乳酸系樹脂(成分A)100質量部に対し、成分C2は5〜100質量部、好ましくは10〜80質量部配合するのがよい。
上記範囲であれば、成形品の耐衝撃性を高めると同時に、優れた外観、耐熱性を提供することができる。
また、他の熱可塑性樹脂も添加することができ、例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリスチレン系樹脂などを適宜添加することもできる。
また、金型温度を0〜40℃の範囲で冷却し、射出成形を行い、成形品を得た場合、必要に応じて得られた成形品を80〜140℃でアニールすることにより、ポリ乳酸の結晶化が進み、耐熱性に一層優れた成形品を得ることができる。一方、金型温度をTg付近の60℃前後で行うと、ポリ乳酸の結晶化はほとんど進まず、材料が固化しない為、射出成形が困難である。
なお、本実施例において使用した試料は以下のとおりである。
(1)ポリ乳酸(A−1):H−100、三井化学(株)製、MFR(190℃、2.16kg荷重)は8g/10分、融点は166℃、ガラス転移温度は59℃。
(2)ポリ乳酸(A−2):H−400、三井化学(株)製、MFR(190℃、2.16kg荷重)は4g/10分、融点は165℃、ガラス転移温度は59℃。
(3)バサルトファイバー(B−1):BS13−3P−112、中部工業(株)、繊維径13μm、繊維長3mm。
(4)比較成分・・・玄武岩粉砕物(B−2):上記バサルトファイバー(B−1)を粉砕し、粒径13μmの粒状に加工したもの。
(5)比較成分・・・ケナフ繊維(B−3):繊維長1〜3mmのケナフ繊維。
(6)ガラス転移温度が室温以下の脂肪族ポリエステル樹脂(ポリブチレンサクシネートアジペートPBSA)(C1−1):ビオノーレ#3020、昭和高分子(株)製、ガラス転移温度は−45℃。
(7)コアシェルポリマー(メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン樹脂)(C2−1):B−56、カネカ社製。
(8)コアシェルポリマー(メチルメタクリレート・アクリル酸ブチル・スチレン樹脂)(C2−2)三菱レイヨン社製、商品名:メタブレンW−300
前記各種成分を、下記表1記載の配合処方に従い配合し、タンブラーミキサーを用いて混合した。溶融混練機としては、スクリュー径20mmの異方向2軸押出機を用い、シリンダー温度160〜210℃に設定し、溶融混練を行った。溶融した樹脂を紐状に押し出し、水冷によって冷却した後、ペレタイザーに送り、ペレットを作製した。ペレットの1時間あたりの生産量を2kgで製造したが、実施例6についてはストランド切れが起こり、生産量を落として生産した。このときのペレットの1時間あたりの生産量をペレット製造性として評価した。結果を併せて表1に示す。なお、配合処方単位は質量部である。
射出成形は、型締め圧力80tの射出成形機を用い、シリンダー設定温度160〜220℃とし、金型温度30℃にて成形を行った。成形品の形状は、1/4インチ試験片、すなわち、127mm×12.7mm×6.4mmのサイズを有する。1/4インチ試験片を射出成形するのに最低必要とする成形サイクル時間を射出成形性として評価した。結果を表2に示す。
アニール処理後の成形品の物性評価を、以下の方法で実施した。
(1)荷重たわみ温度
ASTM D648に準じて実施した。荷重0.45MPa条件下で測定した。
耐熱性は下記基準によって評価した。
良好:荷重たわみ温度が100℃以上。
良 :荷重たわみ温度が60℃以上100℃未満
不良:荷重たわみ温度が60℃未満。
(2)外観
成形品の外観を目視観察し、下記標準によって評価した。
良好:成形品表面にフローマークが見られなく、繊維の毛羽立ちが確認されない。
不良:成形品表面にフローマークが見られるか、もしくは繊維の毛羽立ちが確認される。
(3)衝撃強度
ASTM D256に準じて実施した。
衝撃強度は下記基準によって評価した。
良好:IZOD衝撃強度が100J/m以上。
良 :荷重たわみ温度が60J/m以上100J/m未満
不良:荷重たわみ温度が60J/m未満。
結果を表2に示す。
実施例5において、金型温度30℃にて成形を行った成型品について、アニール処理を行わない状態で、物性評価を行った。その結果、荷重たわみ温度は65℃、外観は良好、耐衝撃性は88J/mであった。
実施例5において、射出成形の金型温度を90℃に変更したこと以外は、実施例5を繰り返した。その結果、成形サイクルは150秒、荷重たわみ温度は90℃、外観は良好、耐衝撃性は78J/mであった。
比較例1において、射出成形の金型温度を90℃に変更したこと以外は、比較例1を繰り返した。その結果、成形サイクル180秒以下では、金型温度が90℃では材料が軟化し、射出成形品が得られなかった。
Claims (8)
- ポリ乳酸系樹脂(成分A)100質量部に、玄武岩を溶融紡糸してフィラメント状の繊維にしたバサルトファイバー(成分B)5〜120質量部を配合したことを特徴とするポリ乳酸系樹脂組成物。
- ポリ乳酸系樹脂(成分A)100質量部に、玄武岩を溶融紡糸してフィラメント状の繊維にしたバサルトファイバー(成分B)5〜120質量部および衝撃強度改質材(成分C)を5〜100質量部配合したことを特徴とするポリ乳酸系樹脂組成物。
- 前記衝撃強度改質材(成分C)が、ガラス転移温度が室温以下の脂肪族ポリエステル樹脂(成分C1)であることを特徴とする請求項2記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
- 前記衝撃強度改質材(成分C)が、コアシェルポリマー(成分C2)であることを特徴とする請求項2記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物を成形してなることを特徴とする成形品。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物を、金型温度0℃〜40℃で射出成形する工程を有することを特徴とする成形品の製造方法。
- 前記射出成形後、得られた射出成形物をさらに80℃〜140℃でアニールすることを特徴とする請求項6に記載の成形品の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物を、金型温度80℃〜140℃で射出成形する工程を有することを特徴とする成形品の製造方法。
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