JP5113508B2 - 生分解性ポリエステル樹脂組成物及びそれより得られる発泡体、成形体 - Google Patents
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Description
このような問題を解決するために、例えば、生分解性樹脂を過酸化物の存在下で反応性化合物と溶融混練して架橋構造を導入する方法が提案されている(特許文献1〜6)。これらの方法により、溶融張力の向上、ひずみ硬化性(伸長粘度測定時)の発現、結晶化速度の向上などが図れ、上記した脂肪族ポリエステルの諸問題点が改善されている。
(1)α−及び/又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位を50モル%以上含有する生分解性ポリエステル樹脂(A)100質量部と、分子内に2個以上の(メタ)アクリル基を有するか、又は1個以上の(メタ)アクリル基と1個以上のグリシジル基もしくはビニル基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)0.01〜20質量部と、過酸化物(C)0.01〜20質量部とを溶融混練してなる樹脂組成物であって、結晶化遅延剤(D)として、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸アミド等を重合して得られるアクリル樹脂(D2)を0.1〜20質量部含有することを特徴とする生分解性ポリエステル樹脂組成物。
(2)α−及び/又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位の一部又は全部が、D−乳酸、L−乳酸又はこれらの混合物であることを特徴とする(1)記載の生分解性ポリエステル樹脂組成物。
(3)(1)〜(2)のいずれかに記載の生分解性ポリエステル樹脂組成物を発泡成形して得られる生分解性樹脂発泡体。
(4)(1)〜(2)のいずれかに記載の生分解性ポリエステル樹脂組成物を成形して得られる生分解性樹脂成形体。
本発明において、生分解性ポリエステル樹脂(A)は、α−及び/又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位を50モル%以上含有することが必要である。
α−及び/又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位としては、D−乳酸、L−乳酸、又はこれらの混合物、グリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、3−ヒドロキシ吉草酸、3−ヒドロキシカプロン酸等が挙げられる。D−乳酸、L−乳酸又はこれらの混合物を含有する生分解性ポリエステル樹脂(A)は、機械的強度、耐熱性に優れるため好ましい。
生分解性ポリエステル樹脂(A)において、これらのα−及び/又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位の含有量は50モル%以上であることが必要である。含有量が50モル%未満であると、生分解性、耐熱性が低下するという問題がある。従って、生分解性ポリエステル樹脂(A)は、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(3−ヒロドキシ吉草酸)、ポリ(3−ヒドロキシカプロン酸)、これらの共重合体、及びこれらの混合物等を50モル%以上含有している。
(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)の具体例としては、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、グリセロールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、アリロキシポリエチレングリコールモノアクリレート、アリロキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリテトラメチレングリコールジメタクリレート、またこれらのアルキレングリコール部が様々な長さのアルキレンの共重合体でもよく、さらにブタンジオールメタクリレート、ブタンジオールアクリレート等が挙げられる。
また生分解性ポリエステル樹脂(A)と分子レベルで混ざり合わないものの結晶化遅延剤としての効果を発揮する特殊な例として、ワックス(D3)が挙げられる。
光学異性体比率が3モル%以上の生分解性ポリエステル樹脂(D1)は、低結晶性又は非晶性であり、生分解性ポリエステル樹脂(A)と分子レベルで混ざり合うため、樹脂組成物の結晶化速度が低下し、成形加工方法に合わせた所望の結晶化速度に制御することが可能となると考えられる。光学異性体比率が3モル%以上の生分解性ポリエステル樹脂(D1)の配合量は、生分解性ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して0.1〜20質量部、好ましくは0.5〜10質量部である。配合量が0.1質量部未満では添加による改良効果が発揮されず、20質量部を超える場合には本発明の樹脂組成物の特性であるレオロジー特性が損なわれ発泡性が低下するとともに、耐熱性及び寸法安定性が損なわれるため好ましくない。
ワックス(D3)は、生分解性ポリエステル樹脂(A)と分子レベルで混ざり合うというほどには均一に混ざらないが、添加により樹脂組成物の結晶化が遅延されるため、成形加工方法に合わせた所望の結晶化速度に制御することが可能となる。
ワックス(D3)の配合量は、生分解性ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して0.1〜20質量部、好ましくは0.5〜10質量部である。配合量が0.1質量部未満では添加による改良効果が発揮されず、20質量部を超える濃度ではワックス(D3)が多すぎて均一に混ぜ合わせることができないため好ましくない。
この場合、本発明で用いる(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)及び過酸化物(C)は、固体状であればドライブレンドや粉体フィーダーを用いて供給する方法が望ましく、液体状の場合は、加圧ポンプを用いて、押出機の途中から注入する方法が望ましい。
特に、(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)及び/又は過酸化物(C)を媒体に溶解又は分散して混練機に注入すると操業性が格段に良くなり望ましい。すなわち、生分解性ポリエステル樹脂(A)と過酸化物(C)とを溶融混練中に、(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)の溶解液又は分散液を注入するか、あるいは生分解性ポリエステル樹脂(A)を溶融混練中に、(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)と過酸化物(C)の溶解液又は分散液を注入して溶融混練することが好ましい。
食品用容器、農業・園芸用容器、ブリスターパック容器、及びプレススルーパック容器の形態は特に限定しないが、食品、物品、及び薬品等を収容するためには深さ2mm以上に深絞りされていることが好ましい。容器の厚さは特に限定されないが、強力の点から、50μm以上であることが好ましく、150〜500μmであることがより好ましい。食品用容器の具体的例としては、生鮮食品のトレー、インスタント食品容器、ファーストフード容器、弁当箱等が挙げられる。農業・園芸用容器の具体例としては、育苗ポット等が挙げられる。また、ブリスターパック容器の具体的例としては、食品以外にも事務用品、玩具、乾電池等の多様な商品群の包装容器が挙げられる。
(1)分子量:
示差屈折率検出器を備えたゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)装置(島津製作所製)を用い、テトラヒドロフラン(THF)を溶出液として40℃にて標準ポリスチレン換算で求めた。なお、THFに溶けにくいものは、予め少量のクロロホルムに溶かしてからTHFで希釈して用いた。
(2)融点:
示差走査熱量計DSC―7(パーキンエルマー社製)を用い、昇温速度10℃/分の条件で測定した。
(3)MFR:
JIS K7210に従い、附属書A表1のDの条件、すなわち試験温度190℃、荷重2.16kgの条件にて測定した。
(4)伸長粘度:
伸長粘度測定装置RME(レオメトリック社製)を用い、60mm×7mm×1mmの試験片の両端を金属ベルトクランプにより支持した後、樹脂組成物の融点よりも10℃高い温度で、ひずみ速度0.1sec−1で測定サンプルに伸長変形を加え、変形中にピンチローラにかかるトルクを検出することにより伸長粘度を求めた。
(5)ひずみ硬化係数(a2/a1)(図1参照):
伸長時間と伸長粘度の両対数プロットにおいて、屈曲点が現れるまでの伸長初期の線形領域の傾きa1と屈曲点以降の伸長後期の傾きa2との比(a2/a1)を算出した。
(6)降温時結晶化速度指数(図2参照):
示差走査熱量計DSC―7を用い、20℃→200℃(+500℃/分)で昇温後、200℃で5分間保持し、200℃→130℃(−500℃/分)で降温後、130℃で保持し結晶化させた。最終的に到達する結晶化度を1としたとき、結晶化度が0.5に達した時間を降温時結晶化速度指数(分)として求めた。
(7)昇温時結晶化速度指数(図2参照):
示差走査熱量計DSC―7を用い、20℃→200℃(+500℃/分)で昇温し、200℃で5分間保持し、200℃→0℃(−500℃/分)で降温し、0℃で5分間保持し、0℃→90℃(+500℃/分)で昇温後、90℃で保持し結晶化させた。最終的に到達する結晶化度を1としたとき、結晶化度が0.5に達した時間を昇温時結晶化速度指数(分)として求めた。
(8)発泡倍率:
得られた発泡体を水中に浸漬した際に増加する体積と、発泡体の質量と樹脂密度から求まる体積との比から、発泡体の発泡倍率を算出した。
(9)型内発泡成形性の評価:
発泡シートを切断して1mm角の発泡粒子とし、耐圧容器内でガラス転移点より20℃低い温度にて2MPaで二酸化炭素を含浸させた。粒子を取り出し、直ちに金型内に充填して105℃の水蒸気を吹き込み、型内発泡成形させた。得られた発泡成形体の粒子同士の融着性を評価した。
○:良好に接着した成形品
△:一部接着しているが、形を維持できない。
×:接着せず、形をなさなかった。
(10)加熱寸法安定性:
発泡成形体を100℃で20時間、熱風乾燥機にて熱処理した。熱処理前後の体積変化率を以下の基準で評価した。
○:良好(体積変化率±5%未満)
×:不良(体積変化率±5%以上)
体積変化率は以下の式より求めた。
体積変化率=(Y−X)/X×100(%)
X:加熱前の発泡体の体積
Y:加熱後の発泡体の体積
(11)射出成形性の評価:
射出成形装置(東芝機械製IS−100E)を用い、離型カップ型(直径38mm、高さ30mm)に射出成形を行い(成形温度200℃、金型温度15℃)、良好にカップが離型出来るまでのサイクル時間(秒)を調べた。
(12)ブロー成形性の評価:
得られたブロー成形体の外観を評価した。
○:良好で目的通り。
△:ほぼ目的通り成形できたが一部に不具合あり。
×:目的通り成形できなかった。
××:全く形をなさなかった。
(1)生分解性ポリエステル樹脂(A):
PLA1:ポリ乳酸(重量平均分子量9万、D体1%、降温時結晶化速度指数>100、昇温時結晶化速度指数>100、NatureWorks製)
PLA2:ポリ乳酸(重量平均分子量18万、D体1%、降温時結晶化速度指数>100、昇温時結晶化速度指数>100、NatureWorks製)
(2)(メタ)アクリル酸エステル化合物(B):
GM:グリシジルメタクリレート(日本油脂製)
EGDM:エチレングリコールジメタクリレート(日本油脂製)
(3)過酸化物(C):
DTBP:ジ−t−ブチルパーオキサイド(日本油脂製)
(4)結晶化遅延剤(D)
生分解性ポリエステル樹脂(D1):
PLA3:ポリ乳酸(重量平均分子量16万、D体12%、降温時結晶化速度指数>100、昇温時結晶化速度指数>100、NatureWorks製)
アクリル樹脂(D2):
PMMA1:ポリメチルメタクリレート VH−001(重量平均分子量10万、三菱レイヨン製)
PMMA2:ポリメチルメタクリレート MD−001(重量平均分子量8万、三菱レイヨン製)
ワックス(D3):キャンデリラワックス(東亜化成製)
(5)発泡核剤:
タルク:MW−HST(林化成製)
(6)可塑剤:
ATBC:アセチルトリブチルクエン酸
二軸押出成形機(池貝製PCM−30、ダイス直径;4mm×3孔、押出ヘッド温度;200℃、ダイ出口温度;180℃)を用い、ドライブレンドした生分解性ポリエステル樹脂(A)(PLA1)100質量部と結晶化遅延剤(D)(PLA3)10質量部を供給した。発泡核剤としてタルク1.0質量部を添加した。混練機途中からポンプを用いて(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)(EGDM)を0.3質量部と過酸化物(C)(DTBP)0.6質量部を可塑剤(ATBC)2質量部に溶解した溶液を注入し、押し出し、ペレット状に加工し、生分解性ポリエステル樹脂組成物を得た。
得られた生分解性ポリエステル樹脂組成物のペレットをいったん乾燥した後、発泡剤として液化炭酸ガスを用い、連続発泡シート作製試験(池貝製二軸押出成形機PCM−30、ダイのスリット長さ40mm、スリット巾1mm、押出ヘッド温度;200℃、ダイ出口温度;160℃)を行ない、発泡シートを得た。
また、射出成形装置(東芝機械製IS−100E)を用い、離型カップ型(直径38mm、高さ30mm)に射出成形を行い(成形温度200℃、金型温度15℃)、カップ状成形体を得た。
さらに、ブロー成形装置(日精エーエスビー社製ASB−50HT)を用い、成形温度200℃で直径30mm、高さ100mm、厚み3.5mmのブリフォームを作製後、これを表面温度80℃に加温し、ボトル形状の金型(直径90mm、高さ250mm)にブロー成形を行い、厚み0.35mmの成形体を得た。
生分解性ポリエステル樹脂(A)、(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)、及び結
晶化遅延剤(D)をそれぞれ表1に示す種類と量に変えた以外は実施例1と同様にして樹
脂組成物や各種成形体を得た。
二軸押出成形機を用い、生分解性ポリエステル樹脂(A)(PLA1)100質量部を供給した。発泡核剤としてタルク1.0質量部を添加した。混練機途中からポンプを用いて(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)(EGDM)を0.3質量部と過酸化物(C)(DTBP)0.6質量部を可塑剤(ATBC)2質量部に溶解した溶液を注入し、押し出し、ペレット状に加工した架橋生分解性ポリエステル樹脂を得た。
得られた架橋生分解性ポリエステル樹脂のペレットを乾燥した後、これと結晶化遅延剤(D)(PMMA1)5質量部とをドライブレンドして二軸押出機に供給し、押し出し、ペレット状に加工し、生分解性ポリエステル樹脂組成物を得た。
得られた生分解性ポリエステル樹脂組成物を用い、実施例1と同様にして各種成形体を得た。
得られた樹脂組成物の物性と、各種成形法における、型内発泡成形性、加熱寸法安定性、射出成形性、及びブロー成形性の評価結果を表1にまとめた。
し、ひずみ硬化性に優れており、独立発泡で均一な発泡体、成形サイクルが短く良好な射
出成形体、偏肉のない良好なブロー成形体がそれぞれ得られた。なお、実施例3において
は生分解性ポリエステル樹脂組成物を1段階で製造し、実施例8においてはこれを2段階
で製造したが、いずれの方法でも同等の特性を有する生分解性ポリエステル樹脂組成物が
得られた。
これに対して、比較例1及び5〜6の樹脂組成物は結晶化遅延剤(D)を含まないため
結晶化が速すぎて、発泡成形において粒子同士の融着が不十分で満足な発泡成形品を得る
ことはできなかった。またブロー成形においても成形途中で固化してしまい良好なブロー
成形体を得ることができなかった。
また、比較例2〜4の樹脂組成物は、結晶化遅延剤(D)成分が多すぎるため、ひずみ
硬化性の低下や結晶化速度の過度な減少が起こり、発泡性及びブロー成形性が大幅に低下
した。また加熱寸法安定性も悪かった。
また、生分解性ポリエステル樹脂のみからなる比較例7では、発泡性、成形加工性など
全ての特性が劣っていた。
Claims (4)
- α−及び/又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位を50モル%以上含有する生分解性ポリエステル樹脂(A)100質量部と、分子内に2個以上の(メタ)アクリル基を有するか、又は1個以上の(メタ)アクリル基と1個以上のグリシジル基もしくはビニル基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物(B)0.01〜20質量部と、過酸化物(C)0.01〜20質量部とを溶融混練してなる樹脂組成物であって、結晶化遅延剤(D)として、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸アミド等を重合して得られるアクリル樹脂(D2)を0.1〜20質量部含有することを特徴とする生分解性ポリエステル樹脂組成物。
- α−及び/又はβ−ヒドロキシカルボン酸単位の一部又は全部が、D−乳酸、L−乳酸又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項1記載の生分解性ポリエステル樹脂組成物。
- 請求項1〜2のいずれかに記載の生分解性ポリエステル樹脂組成物を発泡成形して得られる生分解性樹脂発泡体。
- 請求項1〜2のいずれかに記載の生分解性ポリエステル樹脂組成物を成形して得られる生分解性樹脂成形体。
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