JP5150052B2 - ポリ乳酸組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
L−乳酸単位を主たる繰り返し単位とするポリL−乳酸(PLLA)あるいはD−乳酸単位を主たる繰り返し単位とするポリD−乳酸(PDLA)は結晶融解温度が170℃程度であるのに比較し、ステレオコンプレックスポリ乳酸は、結晶融解温度が200℃を超え、耐熱性、結晶性、透明性に優れ、強靭であるため、各種耐熱性材料として期待されている。しかし、ステレオコンプレックスポリ乳酸は、結晶化速度が遅いため所定のステレオ化度、結晶化度を有するものを製造するには時間がかかるという欠点がある。
また、ステレオコンプレックスポリ乳酸を成形すると、残留するポリL−乳酸、ポリD−乳酸の影響により、耐熱性が低下し、ステレオコンプレックスポリ乳酸の本来の性質を発揮させることができない場合がある。例えば、ステレオコンプレックスポリ乳酸の射出成形サイクルは長くする必要があり、成形後の熱処理も必要となる。また、成形体の熱応力下での変形温度(以後荷重撓み温度と記載することがある)が低下するという欠点がある。
また、成形性、および熱変形温度を改良するため、有機、無機の充填剤を使用する方法が検討されている。例えば特許文献2には、天然由来の有機充填剤、結晶化促進剤などの適用が提案されているが、ステレオ化度の向上、結晶性の向上についての検討は不十分であり、ステレオコンプレックスポリ乳酸が本来有する特性を十分発揮させるまでには到っていない。
S={△Hms/(△Hms+Hmh)}×100
で表される、および(2)組成物(D)に結晶化促進剤を添加し、240℃〜300℃で溶融混練する第二の熱処理工程、からなる組成物の製造方法である。
<ポリ乳酸組成物(A)>
ポリ乳酸組成物(A)は、ポリ乳酸および結晶化促進剤を含有する。ポリ乳酸組成物(A)は、ステレオ化度(S)が80%以上である。
ステレオ化度(S)は、下記式
S={△Hms/(△Hms+Hmh)}×100
で表される。ここで、△Hms(J/g)は、示差走査熱量計(以下、DSCと略すことがある)で測定した190℃以上の結晶融解エンタルピーで、△Hmh(J/g)は、190℃以下の結晶化エンタルピーである。
ステレオ化度(S)は、好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上、特に好ましくは98〜100%である。ステレオ化度は100%であることが最適であるが、ポリマーの性質上完全に100%にすることは費用対効果の点からあまり現実的ではなく、実際上は99.9%程度で十分である。
ポリ乳酸組成物(A)の重量平均分子量は、成形加工性の容易さと得られる成形体の機械的、熱的物性との関係を考察して選択される。ポリ乳酸組成物(A)の重量平均分子量は、好ましくは10万以上、より好ましくは11万以上、さらに好ましくは12万以上である。
ポリ乳酸は、L−乳酸単位を主成分とするポリ乳酸(B)と、D−乳酸単位を主成分とするポリ乳酸(C)からなることが好ましい。ポリ乳酸(B)は、L−乳酸単位を主成分とし、D−乳酸単位を0〜10モル%含有するものが好ましい。即ち、ポリ乳酸(B)は、L−乳酸単位を、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは95〜100モル%、さらに好ましくは97〜100モル%含有し、D−乳酸単位を、好ましくは0〜10モル%、より好ましくは0〜5モル%、さらに好ましくは0〜3モル%含有する。
ポリ乳酸(C)は、D−乳酸単位を主成分とし、L−乳酸単位を0〜10モル%含有するものが好ましい。即ち、ポリ乳酸(C)は、D−乳酸単位を、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは95〜100モル%、さらに好ましくは97〜100モル%含有し、L−乳酸単位を、好ましくは0〜10モル%、より好ましくは0〜5モル%、さらに好ましくは0〜3モル%含有する。
これらの乳酸以外の成分は、ポリ乳酸本来の生分解性を損なわない範囲において所望の目的を達成するために共重合することが可能であるが、その量比は全構成成分の20モル%を上限とすべきであり、好ましくは0〜10モル%、より好ましくは0〜5モル%の範囲である。
ポリ乳酸(B)および(C)は、直接溶融重合法、固相重合法、ラクチド類の溶融開環重合法などにより製造することができる。ポリ乳酸(B)および(C)は、非晶状態のものが別途記述する理由により好ましく、非晶状態のポリ乳酸(B)、(C)が得られる直接溶融重合法あるいはラクチド類の溶融開環重合法による方法が好ましく、中でもラクチド類の溶融開環重合法が経済性、品質の点からより好ましい。
非晶状態のポリ乳酸(B)、(C)を得るには、ポリエステルなどの結晶性樹脂を非晶状態で得るための定法を準用することにより容易に入手することが可能である。即ち、溶融状態にあるポリ乳酸(B)、(C)を急冷することにより非晶状態のポリ乳酸(B)、(C)を得ることができる。例えばペレット成形時、溶融ストランドを冷水中で急冷、カッティングすることなどにより非晶状態のペレットをえることが可能であり、かかる方法で得られたペレットは本発明のポリ乳酸樹脂組成物(A)の製造に好適に使用することができる。
触媒の使用量はラクチド類1Kgあたり0.42×10−4〜100×10−4(モル)でありさらに反応性、得られるポリラクチド類の色調、安定性を考慮すると1.68×10−4〜42.1×10−4(モル)、特に好ましくは2.53×10−4〜6.8×10−4(モル)である。
X1−P(=O)m(OH)n(OX2)2−n (1)
式中mは0または1、nは1または2、X1およびX2は各々独立に炭素数1から20の置換基を有していても良い炭化水素基を表す。失活剤の使用量はさらにこのましくは前記基準で0.4から15当量、特に好ましくは0.5から10当量の範囲である。
Y−OH (2)
式中Yは、炭素数1から22の置換基を有していても良い炭化水素基をあらわす。一価アルコールとして、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール、デカノール、ドデカノール、ベンジルアルコール、シクロヘキシルアルコール、ヘキシルアルコール、フェノール、ヘキサデシルアルコールなどが挙げられる。
X(−OH)a (3)
式中Xは、炭素数2から22個の置換基を有していても良い炭化水素基、aは2から6の整数を表す。多価アルコールとして、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ポリエチレングコール、ポリプロピレングリコール、myo-イノシトール、D−,L−イノシトール、scyllo-イノシトールなどノイノシトール類、シクリトールなどが挙げられる。
A-OH (4)
式中Aは、置換基を有していてもよい炭素数1から20の脂肪族炭化水素基を表す。
B-(OH)b (5)
式中Bは、炭素数2〜20の炭化水素基を、bは2から5の整数を表す。
HO-(C−O)c-H (6)
式中Cは、炭素数2から5のアルキレン基、cは2から100の整数を表す。
ラクチド、触媒、アルコール系開始剤の混合物は従来公知の方法に従い、180〜230(℃)の温度範囲で、さらに好ましくは185℃〜220(℃)の温度範囲で、反応熱を除去しつつ、2〜10(時間)の反応時間をかけ、連続、あるいは回分プロセスにより縦型重合槽、あるいは横型重合槽、管型重合槽あるいはこれらを併用して重合される。反応時間、反応温度は重合の進行状況を判断し適宜選択する必要がある。
ラクチド含有量は少ないほど、樹脂の溶融安定性は向上するが、所望の目的に合致した含有量にするのが経済的である。したがって、実用的な溶融安定性が達成される0〜1000(ppm)に設定するのが合理的である。さらに好ましくは0〜700(ppm)、特に好ましくは0から500(ppm)の範囲が選択される。
本発明のポリ乳酸組成物(A)は、結晶化促進剤を含有する。結晶化促進剤は、有機系のものと、無機系のものがある。結晶化促進剤は、ポリ乳酸組成物(A)の結晶化速度を向上させ、成形性、耐熱性を向上させる。結晶化促進剤の総量は、ポリ乳酸100重量部あたり、0.1〜20重量部、好ましくは0.2〜15重量部、さらにこのましくは0.3から10重量部、特に好ましくは0.3〜7重量部である。
結晶化促進剤は、結晶性樹脂の結晶化を促進するため開発された剤であり、結晶化促進剤をステレオ化度の低いポリ乳酸に適用すると、ホモ結晶化を促進されることが知られている。さらに結晶化促進剤は、添加直後、ポリ乳酸のステレオ化度を低下させることがある。そのためポリ乳酸中にポリL−乳酸とD−乳酸を残存させたり、所望のステレオ化度に到達するには長時間を要したりする場合がある。結晶化促進剤の存在下での長時間の熱処理は、ポリ乳酸の熱分解が促進されるのみならず、生産効率低下し、二重の意味で好ましくない。しかし、結晶化促進剤を本発明方法に従ってポリ乳酸に添加することにより、ポリ乳酸組成物(A)のステレオ化度を向上させ、かつ結晶性を向上させることができ、機械的特性、耐熱性、および金型成形性に優れた組成物(A)を得ることができる。
結晶化促進剤の使用量が0.1重量部より少ないと結晶化速度促進の効果はほとんど認められない。また20重量部を超えると樹脂組成物の熱分解を促進する効果が大きくなると同時に、ステレオ化度の速度を低減する効果が一層大きくなり、樹脂成形性、耐熱性および湿熱性などに好ましくない副反応を引き起こす可能性が増大する。
本発明で使用する結晶化促進剤は、多種類の化合物から選択することができるが、ポリマーの結晶核の形成を促進する結晶核剤やポリマーを柔軟化して動きやすくして結晶の成長を促進する可塑剤が好ましく使用することができる。本発明で使用する結晶化核剤は一般にポリマーの結晶核剤として用いられるものを特に制限なく用いることができ、無機系結晶核剤および有機結晶核剤のいずれをも使用することができる。
無機結晶化促進剤として、タルク、カオリン、シリカ、合成マイカ、クレイ、ゼオライト、グラファイト、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫化カルシウム、窒化ホウ素、モンモリロナイト、酸化ネオジム、酸化アルミニウム、フェニルフォスフォネート金属塩などが挙げられる。これらの無機結晶化促進剤は、組成物中での分散性を高めるために、各種分散助剤で処理されていることが好ましい。
有機結晶化促進剤として、安息香酸カルシウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸リチウム、安息香酸カリウム、安息香酸マグネシウム、安息香酸バリウム、蓚酸カルシウム、テレフタル酸ジナトリウム、テレフタル酸ジリチウム、テレフタル酸ジカリウム、ラウリン酸ナトリウム、ラウリン酸カリウム、ミリスチン酸ナトリウム、ミリスチン酸カリウム、ミリスチン酸カルシウム、ミリスチン酸バリウム、オクタコ酸ナトリウム、オクタコ酸カルシウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸バリウム、モンタン酸ナトリウム、モンタン酸カルシウム、トルイル酸ナトリウム、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸カリウム、サリチル酸亜鉛、アルミニウムジベンゾエート、β−ナフトエ酸ナトリウム、β−ナフトエ酸カリウム、シクロヘキサンカルボン酸ナトリウムなどの有機カルボン酸金属塩、p−トルエンスルホン酸ナトリウム、スルホイソフタル酸ナトリウムなどの有機スルホン酸金属塩、ステアリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、トリメシン酸トリス(t−ブチルアミド)などの有機カルボン酸アミド、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリイソプロピレン、ポリブテン、ポリ−4−メチルペンテン、ポリ−3−メチルブテン−1、ポリビニルシクロアルカン、ポリビニルトリアルキルシラン、高融点ポリ乳酸などのポリマー、エチレン−アクリル酸コポリマーのナトリウム塩、スチレン−無水マレイン酸コポリマーのナトリウム塩(いわゆるアイオノマー)、メラミン系樹脂、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、有機燐酸エステル金属塩、フェニールホスホン酸ナトリウム、フェニールホスホン酸カリウム、フェニールホスホン酸カルシウム、フェニールホスホン酸亜鉛などのホスホン酸金属塩、ベンジリデンソルビトールおよびその誘導体、たとえばジベンジリデンソルビトールなどが挙げられる。
ポリエステル系可塑剤として、アジピン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸などの酸成分とエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコールなどのジオール成分からなるポリエステルやポリカプロラクトンなどのヒドロキシカルボン酸からなるポリエステルなどを挙げることができる。これらのポリエステルは単官能カルボン酸または単官能アルコールで末端封止されていても良い。
グルセリン系可塑剤としては、グリセリンモノステアレート、グリセリンジステアレート、グリセリンモノアセトモノラウレート、グリセリンモノアセトモノステアレート、グリセリンジアセトモノオレート、グリセリンモノアセトモノモンタネートなどが挙げられる。
燐酸エステル系可塑剤として、燐酸トリブチル、燐酸トリス(2−エチルヘキシル)、燐酸トリオクチル、燐酸トリフェニル、燐酸トリクレジル、燐酸ジフェニルー2−エチルヘキシルなどが挙げられる。
ポリアルキレングリコール系可塑剤として、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリ(エチレンオキシド.プロピレンオキシド)ブロックおよびまたはランダム共重合体、ビスフェノール類のエチレンオキシド付加重合体、ビスフェノール類のテトラヒドロフラン付加重合体などのポリアルキレングリコールあるいはその末端エポキシ変性化合物、末端エステル変性化合物および末端エーテル変性化合物などの末端封止剤化合物などが挙げられる。
エポキシ系可塑剤として、エポキシステアリン酸アルキルと大豆油とからなるエポキシトリグリセリドなどをさすがその他ビスフェノールAとエピクロルヒドリンを原料とするようないわゆるエポキシ樹脂などが挙げられる。
本発明のポリ乳酸組成物の製造方法は、第一の熱処理工程および第二の熱処理工程からなる。
(第一の熱処理工程)
第一の熱処理工程は、L−乳酸単位を主成分とし、D−乳酸単位を0〜10モル%含有するポリ乳酸(B)と、D−乳酸単位を主成分としL−乳酸単位を0〜10モル%含有するポリ乳酸(C)とを、重量比(B/C)=40/60〜60/40で溶融混練し、ステレオ化度(S)が80%以上の組成物(D)を得る工程である。
ポリ乳酸(B)とポリ乳酸(C)は、ポリ乳酸組成物の項で説明した通りである。ポリ乳酸(B)とポリ乳酸(C)は、結晶性であることが好ましい。ポリ乳酸(B)とポリ乳酸(C)との重量比は、40/60〜60/40である。一方のポリ乳酸の重量比が10未満であるかまたは、90を超えると、ホモ結晶化が優先してしまい、ステレオコンプレックスを形成し難くなるので好ましくない。
溶融混練は、得られる組成物(D)のステレオ化度(S)が80%以上、好ましくは90%、より好ましくは95%以上になるまで行う。第一の熱処理工程の後、組成物(D)は、一旦、固化させた後、第二の熱処理工程を行うことが好ましい。固化させた組成物(D)が実質的に非晶状態であることが好ましい。また、溶融状態の組成物(D)をそのまま、第二の熱処理工程を行うこともできる。
第二の熱処理工程は、組成物(D)に結晶化促進剤を添加し、240℃〜300℃で溶融混練する工程である。結晶化促進剤は、ポリ乳酸組成物(A)の項で説明した通りである。第二の熱処理温度(T2)は240〜300℃、好ましくは250〜300℃、より好ましくは270〜290℃である。熱処理温度が低いとステレオ化度の上昇が遅く、非効率であり。また他方温度が高いとステレオ化の速度は速いが、樹脂の熱分解もまた促進されるため両者のバランスを考慮して設定される。さらにT1とT2の温度差(T2−T1)は、好ましくは10〜40℃、より好ましくは20〜40℃であることが好ましい。
第二の熱処理時間はできるだけ短い方が、経済的に有利であるばかりでなく、樹脂組成物の熱分解を低いレベルに抑える観点からも好ましい条件である。具体的には0.2〜30分、好ましくは0.5〜20分、工業的生産性の観点、およびステレオ化度向上の観点から特に好ましくは1〜10分である。熱処理時の雰囲気は、常圧の不活性ガス雰囲気下、または減圧、加圧のいずれも適用可能である。熱処理に用いる装置、方法としては、雰囲気調整を行いながら加熱できる装置、方法であれば用いることができるが、たとえば、バッチ式の溶融混練装置、連続式の溶融混練装置、二軸あるいは一軸のエクストルーダーなど、またはプレス機、流管式の押し出し機を用いて、成形しながら処理する方法をとることが出来る。なかでも一軸あるいは二軸のエクストルーダーが好ましく使用することができる。
あえて結晶化促進剤を複数回に分け配合する場合、例えば装置性能上、どうしても2回にわけて配合する必要がある場合、第一回目と第二回目との配合比は重量比で0/100から30/70で配合される。より好ましくは0/100から10/90、さらにこのましくは0/100から5/95の割合で分割配合される。
かかる溶融混練時、剪断応力を効果的に作用させる装置として一軸、または2軸のルーダーが例示される。ルーダーの剪断応力を高めるため、ルーダースクリューの構成はマテリアルシール部、混練部を含むものがこのましく、さらにかかるユニットを複数組含むものが好ましい。マテリアルシール部は逆フライト、シールリング、または逆ニーディングなどを構成単位として含み、混練部はニュートラルニーディングおよび/または順ニーディングおよび/または逆ニーディングなどの構成単位を含有するものが好ましく剪断応力を高めるものとして使用される。
本発明のポリ乳酸組成物(A)は、各種、有機、無機性充填剤を配合することができる。かかる剤を配合することで、機械的特性、耐熱性、および金型成形性にすぐれた組成物および成形体を得ることができる。有機充填剤としては、本発明の用件を満たすものであれば特に制限はない。具体的にはたとえば、籾殻、木材チップ、おから、古紙粉砕材、衣料粉砕材などのチップ状のもの、綿繊維、麻繊維、竹繊維、木材繊維、ケナフ繊維、ジュート繊維、バナナ繊維、ココナツ繊維などの植物繊維もしくはこれらの植物繊維から加工されたパルプやセルロース繊維および絹、羊毛、アンゴラ、カシミヤ、ラクダなどの動物繊維などの繊維状のもの、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維などの合成繊維、紙粉、木粉、セルロース粉末、籾殻粉末、果実殻粉末、キチン粉末、キトサン粉末、タンパク質、澱粉などの粉末状のものが挙げられ、成形性の観点から紙粉、木粉、竹粉、セルロース粉末、ケナフ粉末、籾殻粉末、果実殻粉末、キチン粉末、キトサン粉末、タンパク質粉末、澱粉などの粉末状のものが好ましく、紙粉、木粉、竹粉、セルロース粉末、ケナフ粉末がより好ましく、さらに紙粉、木粉が、特に紙粉がこのましい。
紙粉としては本発明の用件を満たすかぎり特に限定されるものではないが、成形性の観点から接着剤を含有することが好ましい。接着剤としては、紙を加工する際に通常使用されるものであれば特に限定されるものではなく、酢酸ビニル樹脂系エマルジョンやアクリル樹脂系エマルジョンなどのエマルジョン系接着剤。ポリビニルアルコール系接着剤、セルロース系接着剤、天然ゴム系接着剤、澱粉糊およびエチレン酢酸ビニル共重合樹脂接着剤やポリアミド系接着剤などのホットメルト接着剤などを挙げることができる。これらのうち、エマルジョン系接着剤、ポリビニルアルコール系接着剤およびホットメルト系接着剤が好ましく、エマルジョン系接着剤およびポリビニルアルコール系接着剤がより好ましい。
上記層状珪酸塩の具体例としては、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイトなどのスメクタイト系粘土鉱物、バーミキュライト、ハロサイト、カネマイト、ケニヤイトなどの各種粘土鉱物、Li型フッ素テニオライト、Na型フッ素テニオライト、Li型四珪素フッ素雲母、Na型四珪素フッ素雲母などの膨潤性雲母などが挙げられ、天然のものであっても合成のものであって良い。これらのなかでモンモリロナイト、ヘクトライトなどのスメクタイト系粘土鉱物やLi型フッ素テニオライト、Na型四珪素フッ素雲母などの膨潤性合成雲母が好ましい。交換される陽イオン、有機オニウムイオンとしてはアンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、スルホニウムイオンなどが挙げられる。これらのなかではアンモニウムイオン、ホスホニウムイオンが好ましく特にアンモニウムイオンがイオン交換性が高いので好んで使用される。アンモニウムイオンとしては1級から4級のアンモニウムイオンいずれでもよい。
本発明において層状珪酸塩に対する有機オニウムイオンの使用量は層状珪酸塩の分散性、溶融時の熱安定性、成形時の発生ガス、臭気の発生などの観点から層状珪酸塩の陽イオン交換容量に対し0.4〜2当量の範囲であるが、0.8〜1.2当量であることがさらに好ましい。
これらの無機充填剤のなかでは繊維状もしくは板状の無機充填剤が好ましく、特にガラス繊維、ワラステナイト、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、マイカ、およびカオリン、陽イオン交換された層状珪酸塩が好ましい。また繊維状充填剤のアスペクト比は5以上であることが好ましく、10以上でありことがさらに好ましく、20以上であることがさらに好ましい。かかる充填剤はエチレン/酢酸ビニル共重合体などの熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で被覆または収束処理されていてもよく、アミノシランやエポキシシランなどのカップリング剤で処理されていても良い。
本発明の無機充填剤の配合量はポリ乳酸100重量部に対し0.1〜200重量部の範囲で好ましく使用され、より好ましくは0.5〜100重量部、さらに好ましくは1〜50重量部、特に好ましくは1〜30重量部、最も好ましくは1〜20重量部の範囲が選択される。
本発明ポリ乳酸樹脂組成物(A)には、所望によりポリ乳酸樹脂以外の熱可塑性樹脂を含有させることができる。かかる熱可塑性樹脂としては特に限定されるものではなく、ポリ乳酸樹脂以外のポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂およびポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、芳香族および脂肪族のポリケトン樹脂、フッソ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、熱可塑性澱粉樹脂、AS樹脂、ABS樹脂、AES樹脂、ACS樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ビニルエステル系樹脂、MS樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリ−4−メチルペンテン−1、ポリエーテルイミド樹脂、酢酸セルロース樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などの熱可塑性樹脂を挙げることができる。なかでもポリアセタール樹脂、ポリ乳酸樹脂以外のポリエステル樹脂たとえばPET、PPT、BPT、PENなどのポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂から選ばれる少なくとも1種を配合することがこのましい。これらの樹脂を配合することでこれらの樹脂の優れた特性を有する組成物、成形体を得ることができるようになる。
なかでもポリアセタールコポリマーが好ましく、主鎖中に2個の隣接する炭素原子を有するオキシアルキレン単位を2重量%以下含有するコポリマーまたは主鎖中に4個の隣接する炭素原子を有するオキシアルキレン単位を0.2から1.4重量%以下含有するコポリマーがさらに好ましく、主鎖中に2個の隣接する炭素原子を有するオキシアルキレン単位を2重量%以下含有するコポリマーまたは主鎖中に4個の隣接する炭素原子を有するオキシアルキレン単位を0.5から3重量%以下含有するコポリマーが特に好ましい。
ポリアセタール樹脂の粘度は、成形材料として使用できる範囲のものであれば特に制限はないが、ASTM1238法によるメルトフローレート(MFR)が測定可能であり、MFRが1.0から50g/10分の範囲のものが好ましく1.3から35g/10分のものが特に好ましい。
上記ジカルボン酸あるいはそのエステル形成性誘導体としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、ビス(4−カルボキシフェニル)メタン、アントラセンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、5−テトラブチルホスホニウムスルホイソフタル酸、5−ソジウムスルホイソフタル酸、などの芳香族ジカルボン酸、蓚酸、コハク酸、ダイマー酸などの脂肪族ジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸単位およびこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。
上記ヒドロキシカルボン酸としてはグリコール酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、オリゴあるいはポリカプロラクトンおよびこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。上記ラクトンとしてはカプロラクトン、バレロラクトン、プロピオラクトン、ウンデカラクトン、1,5−オキセパン−2−オンなどを挙げることができる。
ジカルボン酸としてはアジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、2−クロロテレフタル酸、2−メチルテレフタル酸、5−メチルイソフタル酸、5−ソヂウムスルホイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ジグリコール酸などが挙げられる。
−O−K1−O−CO− (7)
(式中K1は炭素数2から20の置換基を有していても良いアルキレン基、炭素数6から20の置換基を有していても良いシクロアルキレン基、炭素数6から20の置換基を有していても良いアリレン基、アリレンアルキレンアリレン基またはアリレンアルキリデンンアリレン基を表す。)で表されるものでありK1は複数の基からなることがあっても良い。かかるポリカーボネートは、ジヒドロキシ化合物とカーボネート結合形成性化合物との反応によって製造されるものである。現在工業的には、カーボネート形成性化合物としてホスゲンが使用されるときは界面重合法が、またジフェニルカーボネートが使用されるときは溶融重合法が採用される。本発明のポリカーボネートは界面重合法、溶融重合法いずれの方法により製造されたものでも良好に使用できる。
さらに導入可能なモノマーとして、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン等の芳香族ポリヒドロキシ化合物類、乳酸、p−ヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸等の脂肪族、芳香族のオキシカルボン酸類、アジピン酸、ドデカン二酸、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ピロメリット酸、トリメリット酸等のジカルボン酸類、ポリカルボン酸類等が例示される。本発明においてカーボネート樹脂を配合することにより、表面性、成形性、機械特性、耐熱性および靭性に優れた樹脂組成物ならびに成形体を得ることができる。
本発明で使用する耐衝撃改良剤とは熱可塑性樹脂の耐衝撃性改良に用いることができるものであり、とくに制限はない。例えば以下の各種耐衝撃改良財などの中から選択される少なくとも1種を用いることができる。
耐衝撃改良剤の具体例としては、エチレンーポロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−非共役ジエン共重合体、エチレン−ブテン−1共重合体、各種アクリルゴム、エチレン−アクリル酸共重合体およびそのアルカリ金属塩(いわゆるアイオノマー)エチレン−グリシジル(メタ)アクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体(たとえばエチレンーアクリル酸エチル共重合体、エチレン−アクリル酸ブチル共重合体)、変性エチレン−プロピレン共重合体、ジエンゴム(例えばポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン)、ジエンとビニル共重合体(例えばスチレン−ブタジエンランダム共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレンランダム共重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、ポリブタジエンにスチレンをグラフト共重合させたもの、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体)、ポリイソブチレン、イソブチレンとブタジエンまたはイソプレンとの共重合体、天然ゴム、チオコールゴム、多硫化ゴム、ポリウレタンゴム、ポリエーテルゴム、エピクロロヒドリンゴムなどが挙げられる。
これら耐衝撃改良剤の中でもアクリル単位を含む重合体や酸無水物およびまたはグルシジル基を有する単位を含む共重合体が好ましい。ここでいう(メタ)アクリル単位の好適例としてはメタアクリル酸メチル単位、アクリル酸エチル単位、アクリル酸メチル単位およびアクリル酸ブチル単位を挙げることができ、酸無水物基やグリジル基を有する単位の好適例としては無水マレイン酸単位、メタクリル酸グリシジル単位を挙げることができる。
本発明におけるポリ乳酸以外の熱可塑性樹脂の配合量はポリ乳酸100重量部に対して0.5〜200重量部の範囲であることが好ましく、1〜100重量部であることがより好ましく、3〜70重量部であることがさらに好ましく、5〜50重量部であることが特にこのましい。
本発明においては各種安定剤を配合することが好ましい。本発明で使用する安定剤(E)としては通常熱可塑性樹脂の安定剤に使用されるものを用いることができる。例えば酸化防止剤、光安定剤などを挙げることができる。これらの剤を配合することで組成物生物の機械的特性、成形性、耐熱性および耐久性にすぐれた組成物および成形体を得ることができる。
本発明で使用する酸化防止剤としてはヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、ホスファイト系化合物、チオエーテル系化合物などを挙げることができる。本発明で使用するヒンダードフェノール系化合物の例としては、n−オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、n−オクタデシル−3−(3’−メチル−5’−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、n−テトラデシル−3−(3’,5’−ジーt−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、1,6−ヘキサンジオ−ル−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]、1,4−ブタンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]、2,2’−メチレン−ビス(4−メチル−t−ブチルフェノール)、トリエチレングリコール−ビス[3−(3ーt−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]、テトラキス[メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、3,9−ビス[2−{3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}−1,1−ジメチルエチル]2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン、N,N’−ビス−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−テトラメチレン−ビス[3−(3’―メチル−5’−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオニル]ジアミン、N,N’ービス [3−(3,5−ジーt−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオニル]ヒドラジン、N−サリチロイル−N’−サリチリデンヒドラジン、3−(N−サリチロイル)アミノ−1,2,4―トリアゾール、N,N’−ビス[2−{3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ}エチル]オキシアミドなどを挙げることができる。好ましくは、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]、およびテトラキス[メチレン−3−(3’,5’−ジーt−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンである。
チオエーテル系化合物の具体的な例としては、ジラウリルチオジプロピオネート、ジトリデシルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ペンタエリスリト−ル−テトラキス(3−ラウリルチオプロピオネ−ト)、ペンタエリスリト−ル−テトラキス(3−ドデシルチオプロピオネ−ト)、ペンタエリスリトール−テトラキス(3−オクタデシルチオプロピオネート)、ペンタエリスリト−ル−テトラキス(3−ミリスチルチオプロピオネ−ト)、ペンタエリスリト−ル−テトラキス(3−ステアリルチオプロピオネート)などが挙げられる。
本発明で使用する光安定剤としては、具体的には例えば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、芳香族ベンゾエート系化合物、蓚酸アニリド系化合物、シアノアクリレート系化合物およびヒンダードアミン系化合物などを挙げることができる。
ベンゾヘノン系化合物の具体的な例としては、ベンゾフェノン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシ−5−スルホベンゾフェノン、2―ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2―ヒドロキシ−4−ドデシロキシベンゾフェノン、2―ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2―ヒドロキシ−4−メトキシ−5―スルホベンゾフェノン、5−クロロ−2―ヒドロキシベンゾフェノン、2―ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−2’−カルボキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(2−ヒドロキシ−3−メチルーアクリロキシイソプロポキシ)ベンゾフェノンなどが挙げられる。
蓚酸アニリド系化合物の具体的な例としては、2−エトキシ−2’−エチルオキザリックアシッドビスアニリド、2−エトキシ−5−t−ブチル−2’−エチルオキザリックアシッドビスアニリド、2−エトキシ−3’−ドデシルオキザリックアシッドビスアニリドなどが挙げられる。
シアノアクリレート系化合物の具体的な例としては、エチル−2−シアノ−3,3’−ジフェニルアクリレート、2−エチルヘキシル−2−シアノ−3,3’−ジフェニルアクリレートなどが挙げられる。
本発明においてカルボキシル基反応性の末端封止剤を配合することが好ましい。本発明で使用するカルボキシル基反応性の末端封止剤としては、ポリマーのカルボキシル末端基を封止することのできる剤でればとくに制限はなく使用することができる。本発明においてかかるカルボキシル基反応性の末端封止剤はポリ乳酸樹脂の末端カルボキシル基を封止するのみでなく、ポリ乳酸樹脂や各種添加剤の分解反応で生成するカルボキシ基や乳酸、ギ酸などの低分子化合物のカルボキシル基を封止することができる。また上記封止剤はカルボキシル基のみならず熱分解により酸性低分子化合物が生成する水酸基末端、あるいは樹脂組成物中に侵入する水分を封止できる化合物であることが好ましい。
かかるカルボキシ基反応性末端封止剤としては、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、イソシアネート化合物から選択される少なくとも1種の化合物を使用することが好ましく、なかでもカルボジイミド化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物が好ましい。
またこれらのうち工業的に入手可能なジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミドの使用も好適である。また上記カルボジイミド化合物に含まれるポリカルボジイミド化合物は種々の方法で製造したものが好適に使用することができる。
例えばポリ(1,6−シクロヘキサンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−メチレンビスシクロヘキシルカルボジイミド)、ポリ(1,3−シクロヘキシレンカルボジイミド)、ポリ(1,4−シクロヘキシレンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)、ポリ(3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)、ポリ(ナフチレンカルボジイミド)、ポリ(p−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(m−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(p−トリルカルボジイミド)、ポリ(ジイソプロピルカルボジイミド)、ポリ(メチルジソプロピルフェニレンカルボジイミド)、ポリ(トリエチルフェニレンカルボジイミド)などのポリカルボジイミドなどが挙げられる。さらに上記ポリカルボジイミド化合物として市販のポリカルボジイミド化合物は、合成する必要もなく好適に使用することができる。かかる市販のポリカルボジイミド化合物としては例えば日清紡(株)より市販されているカーボジライトの商品名で販売されているカーボジライトLA−1、あるいはHMV−8CAなどを例示することができる。かかるポリカルボジイミドの製造原料として好適に使用される有機ジイソシアネートとしては、例えば芳香族、脂肪族、脂環族ジイソシアネートやこれらの混合物を挙げることができる。
有機金属化合物としては式(8)
D−(OE)d (8)
(式中Dは、ナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、チタン、バナジウム、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、鉛、マンガン、ニッケルをEは炭素数1から20のアルキル基、炭素数6から20のシクロアルキル基またはアリール基を表す。dは金属元素Dの価数を表す。)
本発明でカルボキシル基反応性の末端封止剤として用いることのできるエポキシ化合物としては、グリシジルエーテル化合物、グリシジルエステル化合物、グリジジルアミン化合物、グリシジルイミド化合物、グリシジルアミド化合物、脂環式エポキシ化合物を好ましく使用することができる。かかる剤を配合することで、機械的特性、成形性、耐熱性、耐久性にすぐれたポリ乳酸樹脂組成物および成形体を得ることができる。
本発明においては離型剤を配合することが好ましい。本発明において使用する離型剤は通常の熱可塑性樹脂に用いられるものを使用することができる。具多的には脂肪酸、脂肪酸金属塩、オキシ脂肪酸、パラフィン低分子量ポリオレフィン、脂肪酸アミド、アルキレンビス脂肪酸アミド、脂肪族ケトン、脂肪酸部分鹸化エステル、脂肪酸低級アルコールエステル、脂肪酸多価アルコールエステル、脂肪酸高級アルコールエステル、脂肪酸多価アルコール部分エステル、脂肪酸ポリグリコールエステル、変性シリコーンなどを挙げることができる。これらを配合することで機械特性、成形性、耐熱性にすぐれたポリ乳酸樹脂組成物および成形体を得ることができる。
脂肪酸としては炭素数6から40のものが好ましく、具体的には、オレイン酸、ステアリン酸、ラウリン酸、ヒドロキシステアリン酸、ベヘン酸、アラキドン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、パルミチン酸、モンタン酸およびこれらの混合物などが挙げられる。脂肪酸金属塩としては、炭素数6から40の脂肪酸のアリカリ(土類)金属塩が好ましく、具体的にはステアリン酸カルシウム、モンタン酸ナトリウム、モンタン酸カルシウム、などが挙げられる。オキシ脂肪酸としては1,2−オキシステリン酸、などが挙げられる。脂肪酸エステルとしてはステアリン酸エステル、オレイン酸エステル、リノール酸エステル、リノレン酸エステル、アジピン酸エステル、ベヘン酸エステル、アラキドン酸エステル、モンタン酸エステル、イソステアリン酸エステルなどが挙げられる。脂肪酸部分鹸化エステルとしてはモンタン酸部分鹸化エステルなどが挙げられる。
脂肪酸アミドとしては炭素数6以上のものが好ましく、具体的にはアレイン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘン酸アミド、などが挙げられる。アルキレンビス脂肪酸アミドとしては炭素数6以上のものが好ましく、具体的にはメチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)ステアリン酸アミドなどが挙げられる。脂肪族ケトンとしては炭素数6以上のものが好ましく、高級脂肪族ケトンなどが挙げられる。脂肪酸エステルとしては炭素数6以上のものが好ましく、エチルステアレート、ブチルステアレート、エチルベヘネート、ステアリルステアレート、ステアリルオレート、ライスワックスなどが挙げられる。
そのうち脂肪酸、脂肪酸金属塩、オキシ脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸部分鹸化エステル、パラフィン、低分子量ポリオレフィン、脂肪酸アミド、アルキレンビス脂肪酸アミド、が好ましく、脂肪酸部分鹸化エステル、アルキレンビス脂肪酸アミドがより好ましい。なかでもモンタン酸エステル、モンタン酸部分鹸化エステル、ポリエチレンワックッス、酸価ポリエチレンワックス、ソルビタン脂肪酸エステル、エルカ酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドが好ましく、とくにモンタン酸部分鹸化エステル、エチレンビスステアリン酸アミドが好ましい。本発明において離型剤は1種でも2種以上を組み合わせて用いても良い。離型剤の配合量はポリ乳酸樹脂(A)100重量部に対し0.01〜3重量部が好ましく、0.03〜2重量部がさらに好ましい。
本発明で使用される帯電防止剤としては例えば、(β―ラウラミドプロピオニル)トリメチルアンモニウムスルフェート、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の第4級アンモニウム塩系、スルホン酸塩系化合物、アルキルホスフェート系化合物等が挙げられる。本発明において帯電防止剤は1種でも2種以上を組み合わせて用いても良い。帯電防止剤の配合量はポリ乳酸樹脂(A)100重量部に対し、0.05〜5重量部が好ましく、0.1〜5重量部がさらに好ましい。
また本発明においては、本発明の趣旨に反しない範囲において、フェノール樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含有させても良い。また本発明においては、本発明の趣旨に反しない範囲において、臭素系難燃剤、リン系難燃剤、シリコーン系難燃剤、アンチモン化合物などの難燃剤、有機、無機系の染料、顔料を含む着色剤、たとえば二酸化チタンなどの酸化物、アルミナホワイトなどの水酸化物、硫化亜鉛などの硫化物、紺青などのフェロシアン化物、ジンククロメートなどのクロム酸塩、硫酸バリウムなどの硫酸塩、炭酸カルシウムなどの炭酸塩、群青などの珪酸塩、マンガンバイオレットなどのリン酸塩、カーボンブラックなどの炭素、ブロンズ粉やアルミニウム粉などの金属着色剤などが挙げられる。
ナフトールグリーンBなどのニトロソ系、ナフトールイエローSなどのニトロ系、ナフトールレッド、クロモフタルイエローどのアゾ系、フタロシアニンブルーやファストスカイブルーなどのフタロシアニン系、インダントロンブルー等の縮合多環系着色剤など、グラファイト、フッソ樹脂などの摺動性改良剤などの添加剤を含有させても良い。これらの添加剤は単独であるいは2種以上を併用することもできる。
各種添加剤を配合するには、任意の方法が採用される。例えばタンブラー、V型ブレンダー、スーパーミキサー、ナウターミキサー、バンバリーミキサー、混練ロール、1軸または2軸の押出機等で混合する方法が適宜用いられる。こうして得られるポリ乳酸樹脂組成物は、そのまままたは溶融押出機で一旦ペレット状にしてから、成形する方法が好ましく採用できる。ペレットの形状は、ペレットを各種成形方法で成形するに好適な形状を有するのが好ましい。具体的にはペレット長は1から7mm、長径3から5mm、短径1から4mmのものが好ましい。またかかる形状はばらつきのないものが好ましい。
本発明のポリ乳酸樹脂組成物は独自の特際を有する組成物であり、射出成形、押し出し成形などの方法によって各種成形体に加工することができる。射出成形時、成形体の結晶化、成形サイクルを上げる観点から金型温度は30℃以上が好ましく、60℃以上がさらに好ましく、70℃以上がより好ましい。しかし製品の変形を防ぐ意味において、140℃以下に設定する必要がある。さらに好ましくは120℃以下、特に好ましくは110℃以下が選択される。かかる温度範囲において使用装置の特性を勘案し適当な温度に設定するのが実用的に好ましい。
本発明の組成物からなる成形体は射出成形体、押し出し成形体、真空、圧空成形体およびブロー成形体などが挙げられ、フィルム、シート、シート不織布、繊維、布、他の材料との複合体、農業用資材、漁業用資材、土木.建築用資材、文具、医療用品またはその他の成形体を従来公知の方法により得ることができる。またこれらの成形体は、各種ハウジング、歯車、ギヤーなどの電気.電子部品、建築部材、土木部材、農業資材、自動車部品(内装、外装部品など)および日用部品などの各種用途に利用できる。具体的にはノートパソコンハウジングおよび内部部品、CRTディスプレーハウジングおよび内部部品、プリンターハウジンングおよび内部部品、携帯電話、モバイルパソコン、ハンドヘルド型モバイルなどの携帯端末ハウジングおよび内部部品、CD,DVD,PD,FDDなどの記録媒体ドライブハウジングおよび内部部品、コピー機ハウジングおよび内部部品、ファクシミリなどのハウジングおよび内部部品、パラボラアンテナなどに代表される電気.電子部品を挙げることができる。
さらにVTRのハウジングおよび内部部品、TVのハウジングおよび内部部品、アイロン、ヘアードライアー、炊飯器部品、電子レンジ部品、音響部品、オーディオ.レーザーディスク(登録商標)、コンパクトディスクなどの音声機器部品、照明部品、冷蔵庫部品、エアコン部品、タイプライター部品、ワ−ドプロセッサー部品などに代表される家庭.事務機器部品を挙げることができる。
1.測定方法
(1)ポリマーの重量平均分子量および数平均分子量(Mn):
ポリマーの重量平均分子量および数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレンに換算した。GPC測定機器は、
検出器;示差屈折計島津RID−6A
カラム;東ソ−TSKgelG3000HXL、TSKgelG4000HXL,TSKgelG5000HXLとTSKguardcokumnHXL−Lを直列に接続したもの、あるいは東ソ−TSKgelG2000HXL、TSKgelG3000HXLとTSKguardcokumnHXL−Lを直列に接続したものを使用した。溶離液としてはクロロホルムを使用し、温度40℃、流速1.0ml/minで流し、濃度1mg/ml(1%ヘキサフルオロイソプロパノールを含むクロロホルム)の試料を10μl注入し測定した。
(2)還元粘度(ηsp/c):
試料1.2mgを〔テトラクロロエタン/フェノール(容量比1/1)wt混合溶媒〕100mlに溶解、35℃でウベローデ粘度管を使用して還元粘度(mL/g)を測定した。
(3)結晶化点、融点、融解エンタルピーおよび195℃以上の融解ピークの割合:
島津DSC−60示差走査熱量測定計DSCを用いた。測定は、試料10mgを窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で室温から250℃まで昇温し、20分間放冷、再び10℃/分で250℃まで昇温させた。第一スキャンで、ホモ結晶融解温度(Tmh)およびステレオコンプレックス結晶融解温度(Tms)、ホモ結晶融解熱(△Hmh)およびステレオコンプレックス結晶融解熱(ΔHms)、第二スキャンでは結晶化温度(Tc)を求めた。また相対結晶化度は、成形試料10mgを用い、第一スキャンでホモ乳酸とポリ乳酸ステレオコンプレックスの合計結晶生成熱(△Hc)とステレオコンプレックス結晶融解熱(ΔHms)を測定し、以下の式により求めた。
相対結晶化度={(ΔHms−△Hc)/ΔHms}*100
(4)ポリ乳酸組成物(A)成形体の外観目視テスト判定法:
目視テストは成形片に変形がなく、ノッチピンによるくぼみがないかまた軽微であるとき合格とした。
◎:厚み方向に変形なくノッチピンによる変形もなし。
○:厚み方向に変形はなく、ノッチピンによる軽微な変形。
△:厚み方向に軽微な変形であるが、ノッチピンによるくぼみあり。
×:厚み方向に変形、ノッチピンによる変形あり。
(1)ポリ乳酸樹脂(B)、(C)
B−1:三井化学製、L−ポリ乳酸 レイシア H100J 重量平均分子量16万
B−2:(株)島津製作所L−ポリ乳酸 ラクティー 重量平均分子量、18万
B−3:以下の光学純度99%以上のL−ラクチドの溶融開環重合によるL−ポリ乳酸、重量平均分子量10.5万、分子量分散=1.6
C−1:光学純度99%以上のD−ラクチド溶融開環重合によるD−ポリ乳酸、重量平均分子量10.2万、分子量分散=1.6
(ポリ乳酸B−3の合成)
真空配管、および窒素ガス配管、触媒、L−ラクチド溶液添加配管、アルコール開始剤添加配管を具備したフルゾーン翼具備縦型攪拌槽(40L)を窒素置換後L−ラクチド30Kg,ステアリルアルコール0.69kg(0.023モル/kg−LD)、オクチル酸スズ6.14g(5.05×10−4モル/1Kg LD)を仕込み、窒素圧106.4kPaの雰囲気下、150に昇温した、内容物が溶解した時点で、攪拌を開始、内温をさらに190℃に昇温した。内温が180℃を超えると反応が始まるので冷却を開始し、内温を185℃から190℃に保持し2時間反応を継続した。
ついで内圧を2気圧から5気圧に昇圧し、内容物をマックスブレンド翼具備攪拌槽に送液した。攪拌しつつ、窒素圧106.4kPa、内温200℃から210℃で、2時間反応を行なった後攪拌を停止、内圧を13.3kPaに減圧、20分間ラクチド量の調節をおこなった。その後内圧を窒素圧で2から3気圧に昇圧しプレポリマーをチップカッターに押し出し重量平均分子量6.5万、分子量分散1.5のプレポリマーをペレット化した。
該バッチ反応を3回実施した後、容積60Lの第一の無軸籠型攪拌翼具備重合装置にプレポリマーを16kg/hrで送液、触媒、L−ラクチド16kg/hr、オクチル酸スズ触媒をラクチド類1kgあたり5.05×10−4モル/1Kg L−LDを送液し200℃から210℃で滞留時間1.2時間重合を行い、第2の無軸籠型攪拌翼具備重合装置に移送、入り口で失活剤のリン酸を触媒1モルあたり1.05モルを添加し、内圧1.33kPa、滞留時間0.5時間ラクチド低減処理をおこなった後定量ポンプでチップカッターに移送しチップ化した。ラクチド低減処理したポリ乳酸B−3は重量平均分子量10.5万、分子量分散1.6、ラクチド含有量0.005重量%であった。
(ポリ乳酸C−1の合成)
また同様の合成実験をD−ラクチドを使用し、重量平均分子量10.2万、分子量分散1.6、ラクチド含有量0.005重量%のポリ乳酸C−1を得た。
E−1:タルク、日本タルク(株)製、微粉タルク、Micro Ace P6(平均粒径、4μm)
E−2:旭電化工業(株)製 燐酸エステル金属塩NA−10、
E−3: 同 NA−11
E−4: 同 NA−21
(3)充填剤(F)
F−1:ガラス繊維日本電気硝子(株)製、ウレタン集束処理チョップドストランドECS−03T−511
F−2:ワラストナイト Partek製 ウイックロール10
F−3:カオリン:エンゲルハード(株)製トランスリンク555
(4)カルボキシル基反応性末端封止剤(G)
G−1:ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ジャパンエポキシレジン(株)製エピコート828
G−2:日清紡(株)製 カルボジライトLA−1、イソジアネート基含有量1.5重量%、カルボジイミド当量247
G−3:日清紡(株)製 カルボジライトHMV−8CA、カルボジイミド当量293
G−4: 合成例1のポリカルボジイミド、イソシアネート基含量 1.5重量%、カルボジイミド当量214
G−5: 合成例2のポリカルボジイミド、イソシアネート基含量 1.7重量%、カルボジイミド当量244
特開平11−80522号公報に記載のカルボジイミド化合物の合成例に準拠してポリカルボジイミドを合成した。即ち、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート590重量部、シクロヘキシルイソシアネート62.6重量部、カルボジイミド化触媒、3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレンー1−オキシド6.12重量部を180℃、48時間反応させ重合度10のポリ(4,4’−ジシクロヘキシルカルボジイミド)を合成した。
テトラメチルビフェニレンジイソシアネート549重量部とn−ブチルイソシアネート49.5重量部、カルボジイミド化触媒、3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレンー1−オキシド5.99重量部を180℃で48時間反応させ重合度10のポリ(テトラメチレンカルボジイミド)を合成した。
H−1:ポリブチレン(テレフタレート/アジペート)樹脂BASF(株)製エコフレックス
H−2:ポリブチレン(サクシネート/アジペート) 昭和高分子製 ビオネーレ3001
H−3:ポリブチレンサクシネート.カーボネート 三菱ガス化(株)ユーペック
H−4:ビスフェノールAポリカーボネート;帝人化成製 L1250
H−5:ポリアミド 東レ(株)アミランCM4000
H−6:ブタジエン−アルキルアクリレート−アルキルメタアクリレート共重合体、呉羽化学工業(株)製 EXL−2602
H−7 コアシェル型エラストマー三菱レーヨン製 メタブレンS2001
(6)安定剤(I)
I−1:n−オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、Chiba−Geigy Corp.製 Irganox 1076
I−2:2−(3,5−ジーt−ブチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、Chiba−Geigy Corp.製 Tinuvin 320
I−3:トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスフィト、Chiba−Geigy Corp.製 Irgafos 168
(7)離型剤(J)
J−1:モンタン酸部分鹸化エステル クラリアント(株)製 リコワックスOP
J−2:エチレンビスステアリン酸アミド 日本化成(株)製 スリパックスE
(第一の熱処理工程)
50重量部のポリ乳酸B−1と、50重量部のポリ乳酸C−1とを、タンブラーを使用して均一に混合し、30mmφベント付き二軸押出機(神戸製鋼(株)製KTX−30)で、シリンダー温度240℃、真空度10mmHgで脱気しながら4分間混練した後、ノズルより冷水中に押し出し、ペレット状の組成物(D)を得た。得られた組成物(D)は非晶状態で、ステレオ化度は85%であった。
(第二の熱処理工程)
得られた組成物(D)を110℃で5時間乾燥した。その後、組成物(D)と0.3重量部の結晶化促進剤E−1をタンブラーを使用して均一に混合し、30mmφベント付き二軸押出機(神戸製鋼(株)製KTX−30)で、シリンダー温度260℃、真空度10mmHgで脱気しながら3分間混練した後、ノズルより冷水中に押し出し、ペレット状の組成物(A)を得た。得られた組成物(A)のステレオ化度は93%であった。
(成形)
得られた組成物(A)を110℃で5時間乾燥後、射出成形機(住友重機械工業(株)製SG150U型)を使用して、シリンダー温度260℃、金型温度100℃の条件で厚さ3mmのASTM測定用の成形片を作成した。この際、試験片を変形なく確実に得られる最短の時間を成形サイクルとした。得られた成形片の外観目視テスト、ASTM法D638に準じて引っ張り試験を行った。また成形片のポリ乳酸由来の結晶化開始温度(Tcc)、結晶化エンタルピー(△Hc)、結晶融融解熱を(△Hm)をDSCにて測定した。
表1に示す種類および量のポリ乳酸(B)、ポリ乳酸(C)、結晶化促進剤(E)を、表1に記載の温度および時間で混練する以外は、実施例1と同じ操作を繰り返した。得られた組成物(D)、(A)および成形片の物性の測定結果を表1に示す。ただし、実施例2のみ、組成物(D)を固化することなく、連続して第二の熱処理工程を実施した。また、比較例2においては、結晶化促進剤(E)を第一の熱処理工程において加えた。
表1から分かるように本発明の組成物(A)は、結晶性、成形サイクルに優れる。表1から分かるように、組成物(D)のステレオ化度が80%以上になった後、結晶化促進剤(E)を配合した組成物(A)は、ステレオ化度が高く、また高い相対結晶化度を有し、成形性良好であることが分かる。
第二の熱処理工程において、結晶化促進剤(E)を添加する際に、表2に示す種類および量のカルボキシル基末端反応性封止剤(G)、安定剤(I)、離型剤(J)を組成物(D)に添加した以外は実施例1と同様にペレット状の組成物(A)を得た。ただし、比較例5は、比較例2と同様に結晶化促進剤(E)を第一の熱処理工程において加えた。結果を表2に示す。本発明の組成物(A)は高いステレオ化度と結晶性を有し、良好な成形性、高い荷重撓み温度を有していた。
第二の熱処理工程において、結晶化促進剤(E)を添加する際に、表3に示す種類および量のカルボキシル基末端反応性封止剤(G)、安定剤(I)、離型剤(J)、充填剤(F)を組成物(D)に添加した以外は実施例1と同様にペレット状の組成物(A)を得た。ただし、比較例8は、比較例2と同様に結晶化促進剤(E)を第一の熱処理工程において加えた。結果を表3に示す。本発明の組成物(A)は高いステレオ化度と結晶性を有し、良好な成形性、高い荷重撓み温度を有していた。
第二の熱処理工程において、結晶化促進剤(E)を添加する際に、表4に示す種類および量のカルボキシル基末端反応性封止剤(G)、安定剤(I)、離型剤(J)、充填剤(F)、熱可塑性樹脂(H)を、組成物(D)に添加した以外は実施例1と同様にペレット状の組成物(A)を得た。ただし、比較例11は、比較例2と同様に結晶化促進剤(E)を第一の熱処理工程において加えた。結果を表4に示す。本発明の組成物(A)は高いステレオ化度と結晶性を有し、良好な成形性、高い荷重撓み温度を有していた。
実施例1で得られた組成物(A)100重量部あたり、離型剤(J)として、グリセロールジステアレート0.5重量部を配合し、30mmの2軸ルーダー、(シリンダー温度190℃)を通し、成形機のTダイに送った。鏡面冷却ロールと鏡面ロールで挟持または片面タッチして、溶融押出し、厚さ0.1mm、幅500mmの未延伸フィルムを得た。得られたフィルムは、MD/TD方向の強度147/127MPa、光線透過率91%、無作為に切断した100mm角フィルム中に目視判定したフィッシュアイ数8個の良好なフィルムであった。
Claims (5)
- (1)L−乳酸単位を主成分とし、D−乳酸単位を0〜10モル%含有する重量平均分子量10万〜20万の結晶性ポリ乳酸(B)と、D−乳酸単位を主成分としL−乳酸単位を0〜10モル%含有する重量平均分子量10万〜20万の結晶性ポリ乳酸(C)とを、重量比(B/C)=40/60〜60/40で溶融混練し、ステレオ化度(S)が80%以上の組成物(D)を得る第一の熱処理工程、但しステレオ化度(S)は、示差走査熱量計で測定した190℃以上の結晶融解エンタルピーを△Hms(J/g)、190℃以下の結晶化エンタルピーを△Hmh(J/g)としたとき、下記式
S={△Hms/(△Hms+Hmh)}×100
で表される、および
(2)組成物(D)に結晶化促進剤を添加し、240℃〜300℃で溶融混練する第二の熱処理工程、
からなる組成物の製造方法。 - 第一の熱処理工程においてS値が95%以上の組成物(D)を得る、請求項1項記載の方法。
- 第一の熱処理工程において得られた組成物(D)を、固化させた後、第二の熱処理工程を行う請求項1または2記載の方法。
- 固化させた組成物(D)が、ポリ乳酸(B)、(C)のホモ結晶を含まない請求項3記載の方法。
- 第一の熱処理工程において得られた組成物(D)を溶融状態のまま第二の熱処理工程を行う請求項1または2記載の方法。
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