JP5277407B2 - Nucleating agent for polylactic acid and polylactic acid resin composition - Google Patents
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Description
本発明は、ポリ乳酸の結晶化を促進し、耐熱性や成形性を向上させることのできるポリ乳酸用造核剤及びそれを用いたポリ乳酸樹脂組成物に関する。 The present invention relates to a nucleating agent for polylactic acid capable of promoting crystallization of polylactic acid and improving heat resistance and moldability, and a polylactic acid resin composition using the same.
近年、環境保護の見地から、自然環境中で微生物等により分解され得る生分解性樹脂が注目を集めており、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート等様々な生分解性樹脂が実用化されている。その中でも、ポリ乳酸は、強靭で硬質塩化ビニル樹脂と同等の硬度を持つ等、優れた機械的特性を有し、さらには透明性も有していることから、生分解性樹脂の中でも実用化が進んでいる。 In recent years, from the viewpoint of environmental protection, biodegradable resins that can be degraded by microorganisms in the natural environment have attracted attention, and various biodegradable resins such as polylactic acid, polycaprolactone, polybutylene succinate, and polyethylene succinate. Has been put to practical use. Among them, polylactic acid has excellent mechanical properties such as toughness and hardness equivalent to hard vinyl chloride resin, and also has transparency, so it is practically used among biodegradable resins. Is progressing.
しかし、ポリ乳酸は耐熱性が低く、例えば、包装容器として用いた場合には、熱湯を入れたり、電子レンジで暖めたりすることができないといった問題がある。このため、成形時における金型の冷却速度を遅くしたり、成形後にアニール処理を施したりして結晶化度を高め、耐熱性を向上させることがなされている。しかし、このような方法では、成型品に手間や時間がかかり、ひいては成型品の製造コストの高騰化を招来することとなる。 However, polylactic acid has low heat resistance, and, for example, when used as a packaging container, there is a problem that hot water cannot be added or heated in a microwave oven. For this reason, the cooling rate of the metal mold | die at the time of shaping | molding is made slow, or annealing treatment is performed after shaping | molding, crystallinity degree is raised and heat resistance is made | formed. However, with such a method, the molded product takes time and effort, and as a result, the manufacturing cost of the molded product increases.
このため、ポリ乳酸系樹脂に造核剤(結晶化剤と称されることもある)を添加し、ポリ乳酸の結晶化を促進させたり、結晶化温度を低下させたりして、上記問題を解決することが試みられている。このような造核剤としては、例えば乳酸カルシウム(特許文献1)、乳酸塩及び安息香酸塩(特許文献2)等が報告されている。しかし、これらの化合物は、結晶化の促進作用は低く、耐熱性や耐衝撃性の向上効果も小さいといわれている(特許文献3)。 For this reason, a nucleating agent (sometimes referred to as a crystallization agent) is added to the polylactic acid resin to promote the crystallization of polylactic acid or to lower the crystallization temperature. There are attempts to solve. As such a nucleating agent, for example, calcium lactate (Patent Document 1), lactate, benzoate (Patent Document 2) and the like have been reported. However, these compounds are said to have a low crystallization-promoting action and a small effect of improving heat resistance and impact resistance (Patent Document 3).
また、特許文献4にはポリグリコール酸及び/又はその誘導体を造核剤としてポリ乳酸に添加することによって、結晶化速度を速め、射出成型サイクルを短縮できるとしている。さらに、特許文献5〜7には、ポリ乳酸又は脂肪族ポリエステルに、芳香族又は脂肪族カルボン酸アミド化合物を混合することにより、結晶性、透明性及び耐熱性に優れた成形体が得られると記載されている。
しかし、上記特許文献3の記載によれば、上記特許文献4〜7に記載された造核剤について、そのような効果が確認できなかったとしている。そして、新たな造核剤として、鎖状アミド、環状アミド、鎖状ヒドラジド及び環状ヒドラジドが優れた結晶化促進効果を示すことが記載されている。
However, according to the description in
また、特許文献8では、アミド化合物やヒドラジド化合物を造核剤とし、フェノール系の酸化防止剤を併用することにより、結晶化温度125°C、結晶化熱量40J/g以上という結果を得ている。
In
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、ポリ乳酸の結晶化を促進し、耐熱性や成形性を向上させることのできるポリ乳酸用造核剤及びそれを用いたポリ乳酸樹脂組成物を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is capable of promoting crystallization of polylactic acid and improving heat resistance and moldability, and polylactic acid using the same. It is an object to provide a resin composition.
発明者らは、従来ポリ乳酸系樹脂の造核剤として知られているヒドラジン化合物について、特に優れた効果を有する構造上の要件について鋭意研究を行った。その結果、ニコチン酸ヒドラジド誘導体やイソニコチン酸ヒドラジド誘導体に、ポリ乳酸系樹脂の造核剤としの優れた効果があることを発見し、本発明を完成するに至った。 The inventors have conducted intensive studies on structural requirements that have particularly excellent effects on hydrazine compounds that are conventionally known as nucleating agents for polylactic acid resins. As a result, it was discovered that nicotinic acid hydrazide derivatives and isonicotinic acid hydrazide derivatives have an excellent effect as a nucleating agent for polylactic acid resins, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の第1の局面のポリ乳酸系樹脂用造核剤は、下記(a)〜(d)の官能基を有する化合物の少なくとも1種を含むことを特徴とする。
発明者らの試験結果によれば、上記(a)〜(d)の官能基を有する化合物をポリ乳酸に添加した場合、結晶化温度や結晶化熱量を顕著に高めることができ、耐熱性や成形性を向上させることができる。こうした効果は、上記(a)〜(d)の官能基におけるピリジン環をベンゼン環に置換した官能基を有する化合物(上記特許文献8にポリ乳酸系造核剤合物として記載されている)の効果よりも優れていた。この理由として、ピリジン環は塩基性の窒素を有しており、この窒素がポリ乳酸と水素結合を形成するため、結晶化温度が上昇するものと考えられる。
According to the test results of the inventors, when the compounds having the functional groups (a) to (d) are added to polylactic acid, the crystallization temperature and the heat of crystallization can be remarkably increased. Formability can be improved. Such an effect is obtained by the compound having a functional group obtained by substituting the pyridine ring in the functional groups (a) to (d) with a benzene ring (described in
また、本発明の第1の局面のポリ乳酸系樹脂用造核剤は、ニコチン酸ヒドラジドやイソニコチン酸ヒドラジドを原料とし、カルボン酸クロライドやイソシアネート等の親電子試薬と反応させることにより、容易かつ定量的に得ることができる。また、カルボン酸クロライド等の親電子試薬の構造を替えることによって、様々なバリエーションの化合物を得ることができる。 The nucleating agent for polylactic acid-based resin according to the first aspect of the present invention is easily and easily reacted with an electrophilic reagent such as carboxylic acid chloride or isocyanate using nicotinic acid hydrazide or isonicotinic acid hydrazide as a raw material. It can be obtained quantitatively. In addition, various variations of compounds can be obtained by changing the structure of the electrophilic reagent such as carboxylic acid chloride.
本発明の第2の局面のポリ乳酸系樹脂用造核剤は、下記構造式(1)〜(4)のいずれかで示される化合物(ただし、式中Rは分枝してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を示す)の少なくとも1種を含むものとした。
本発明の第3の局面のポリ乳酸系樹脂用造核剤は、下記構造式(5)〜(10)で示される化合物(ただし、式中nは1〜20の整数)の少なくとも1種を含むこととした。
本発明の第5の局面のポリ乳酸系樹脂用造核剤は、下記構造式(11)〜(17)で示される化合物の少なくとも1種を含むこととした。
本発明の第6の局面のポリ乳酸系樹脂用造核剤は、下記構造式(18)〜(27)で示される化合物(ただし、式中nは2〜10の整数)の少なくとも1種を含むこととした。
本発明の第7の局面のポリ乳酸系樹脂用造核剤は、下記構造式(28)又は(29)で示される化合物(ただし、式中R,Xは水素又はアルキル基ハロゲン基、ニトロ基、メトキシ基を示す)の少なくとも1種を含むこととした。
本発明のポリ乳酸系樹脂用造核剤をポリ乳酸系樹脂に加えることにより、ポリ乳酸系樹脂の耐熱性及び成形性が優れたものとなる。すなわち、本発明のポリ乳酸樹脂組成物は、請求項1乃至7のポリ乳酸系樹脂用造核剤の少なくとも1種を含有することを特徴とする。
By adding the nucleating agent for polylactic acid resin of the present invention to the polylactic acid resin, the heat resistance and moldability of the polylactic acid resin are excellent. That is, the polylactic acid resin composition of the present invention is characterized by containing at least one of the nucleating agents for polylactic acid resins according to
本発明のポリ乳酸系樹脂用造核剤は、ポリ乳酸あるいはポリ乳酸系樹脂に添加して用いることができる。ポリ乳酸は、使用者が自ら合成してもよいが、入手のし易さから市販されているものを用いることも可能である。具体的には、Cargill−DOW社製のNature Works(登録商標)、トヨタ自動車(株)製のU’z(登録商標)、UCC社製のTONE(登録商標)、島津製作所(株)製のラクティ(登録商標)、ユニチカ( 株)製のテラマック(登録商標)、三井化学(株)製のレイシア(登録商標)、カネボウ合繊社製ラクトロン(登録商標)、三菱樹脂社製のエコロージュ(登録商標)、クラレ(株)社製のプラスターチ(登録商標)、東セロ(株)社製のパルグリーン(登録商標)等が挙げられる。 The nucleating agent for polylactic acid resin of the present invention can be used by adding to polylactic acid or polylactic acid resin. The polylactic acid may be synthesized by the user himself, but it is also possible to use a commercially available product because it is easily available. Specifically, Nature Works (registered trademark) manufactured by Cargill-DOW, U'z (registered trademark) manufactured by Toyota Motor Corporation, TONE (registered trademark) manufactured by UCC, manufactured by Shimadzu Corporation Lacty (registered trademark), Terramac (registered trademark) manufactured by Unitika Ltd., Lacia (registered trademark) manufactured by Mitsui Chemicals Co., Ltd., Lactron (registered trademark) manufactured by Kanebo Gosei Co., Ltd. ), Plastarch (registered trademark) manufactured by Kuraray Co., Ltd., Palgreen (registered trademark) manufactured by Tosero Co., Ltd., and the like.
また、ポリ乳酸とは、実質的にL−乳酸及び/又はD−乳酸がエステル結合で重合している高分子をいう。ここで「実質的」にとは、本発明の効果を損なわない程度範囲で、L−乳酸またはD−乳酸以外の他のモノマー単位を含んでいても良いという意味である。 Moreover, polylactic acid means the polymer | macromolecule which L-lactic acid and / or D-lactic acid have superposed | polymerized by the ester bond substantially. Here, “substantially” means that other monomer units other than L-lactic acid or D-lactic acid may be included to the extent that the effects of the present invention are not impaired.
また、本発明のポリ乳酸樹脂組成物には、発明の課題達成を阻害しない範囲で必要に応じて副次的な添加物を加えて様々な改質を行うことが可能である。副次的な添加物の例としては、可塑剤、酸化防止剤、難燃剤、紫外線吸収剤、着色剤、顔料、抗菌剤、安定剤、静電剤、核形成材、各種フィラー等その他の類似のものが挙げられる。 In addition, the polylactic acid resin composition of the present invention can be subjected to various modifications by adding secondary additives as necessary within a range that does not hinder achievement of the problems of the invention. Examples of secondary additives include plasticizers, antioxidants, flame retardants, UV absorbers, colorants, pigments, antibacterial agents, stabilizers, electrostatic agents, nucleating materials, various fillers, and other similarities. Can be mentioned.
以下、本発明をさらに具体化した実施例について比較例と比較しつつ説明する。
(実施例1)
ジヒドラジド(I)の合成
Example 1
Synthesis of dihydrazide (I)
(実施例2)
ジヒドラジド(II)の合成
Synthesis of dihydrazide (II)
(実施例3)
ジヒドラジド(III)の合成
Synthesis of dihydrazide (III)
(実施例4)
ジヒドラジド(IV)の合成
Synthesis of dihydrazide (IV)
(実施例5)
ジヒドラジド(V)の合成
Synthesis of dihydrazide (V)
(実施例6)
ジヒドラジド(VI)の合成
Synthesis of dihydrazide (VI)
(実施例7)
ヒドラジド(VII)の合成
Synthesis of hydrazide (VII)
(実施例8)
ヒドラジド(VIII)の合成
Synthesis of hydrazide (VIII)
(実施例9)
ジヒドラジド(IX)の合成
Synthesis of dihydrazide (IX)
(実施例10)
ヒドラジド(X)の合成
Synthesis of hydrazide (X)
(実施例11)
ヒドラジド(XI)の合成
Synthesis of hydrazide (XI)
(実施例12)
セミカルバジド(XII)の合成
Synthesis of semicarbazide (XII)
(実施例13)
セミカルバジド(XIII)の合成
Synthesis of semicarbazide (XIII)
(実施例14)
セミカルバジド(XIV)の合成
Synthesis of semicarbazide (XIV)
<ポリ乳酸樹脂組成物の調製>
(実施例1)
上記ジヒドラジド(I)をポリ乳酸に添加したポリ乳酸樹脂組成物を以下のようにして調製した。すなわち、ポリ乳酸(ユニチカ社製テラマックT−4000)を100°Cで4時間乾燥させた後、ポリ乳酸とジヒドラジド(I)とを98:2の重量割合で混合した。この混合物を190°Cで二軸の押出加熱混練機で溶融押出し、実施例1のポリ乳酸樹脂組成物とした。
<Preparation of polylactic acid resin composition>
Example 1
A polylactic acid resin composition in which the dihydrazide (I) was added to polylactic acid was prepared as follows. That is, after polylactic acid (Terramac T-4000 manufactured by Unitika Co., Ltd.) was dried at 100 ° C. for 4 hours, polylactic acid and dihydrazide (I) were mixed at a weight ratio of 98: 2. This mixture was melt-extruded at 190 ° C. with a biaxial extrusion heating kneader to obtain a polylactic acid resin composition of Example 1.
(実施例2〜実施例10)
実施例1と同様の方法によって、ヒドラジド(II)〜(XI)及びセミカルバジド(XII)〜(XIV)をポリ乳酸とを98:2の重量割合で混練し、実施例2〜実施例14のポリ乳酸樹脂組成物を調製した。
(Example 2 to Example 10)
In the same manner as in Example 1, hydrazides (II) to (XI) and semicarbazides (XII) to (XIV) were kneaded with polylactic acid at a weight ratio of 98: 2, A lactic acid resin composition was prepared.
(比較例1)
実施例1〜14で原料として用いたポリ乳酸に何も添加しないものを比較例1とした。
(Comparative Example 1)
A comparative example 1 was prepared by adding nothing to the polylactic acid used as a raw material in Examples 1-14.
<評 価>
1)示差走査熱量(DSC)の測定
上記実施例1〜実施例14のポリ乳酸樹脂組成物及び比較例1のポリ乳酸について、示差走査熱量計(セイコー電子製品番DSC200熱流束方式)を用いて示差走査熱量(DSC)の測定を行った。結果を表1及び図1〜5に示す。
1) Measurement of differential scanning calorimetry (DSC) About the polylactic acid resin composition of the said Example 1- Example 14 and the polylactic acid of the comparative example 1, using a differential scanning calorimeter (Seiko electronic product number DSC200 heat flux system). Differential scanning calorimetry (DSC) was measured. The results are shown in Table 1 and FIGS.
図1に示すように、造核剤を添加していない比較例1のポリ乳酸樹脂では、結晶化温度を示すピークが認められないのに対し、実施例2、3,7,8の造核剤を添加したポリ乳酸樹脂組成物では、明瞭なピークが観察され、結晶化を促進する効果が確認された。また、DSC曲線を図示していない実施例1,4,5,6,9,10,11,12,13,14についても、明瞭な結晶化のピークが観察された。
また、実施例2,3,7,8の結晶化温度は、127.8℃〜137.4℃と特に高く、前述した従来のポリ乳酸系樹脂用造核剤の中で、最も高い結晶化温度を示した上記特許文献8の段落番号0096に記載されているポリ乳酸樹脂組成物のデータ(結晶化温度126℃、結晶化熱量−44)よりも優れていた。
以上の結果から、本発明のポリ乳酸用造核剤をポリ乳酸に添加すれば、ポリ乳酸の結晶化を促進し、耐熱性や成形性を向上させることができるということが分かった。
As shown in FIG. 1, in the polylactic acid resin of Comparative Example 1 to which no nucleating agent was added, no peak indicating the crystallization temperature was observed, whereas the nucleating examples of Examples 2, 3, 7, and 8 were observed. In the polylactic acid resin composition to which the agent was added, a clear peak was observed, and the effect of promoting crystallization was confirmed. In addition, clear crystallization peaks were also observed in Examples 1, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 13, and 14 whose DSC curves are not shown.
The crystallization temperatures of Examples 2, 3, 7, and 8 were particularly high at 127.8 ° C. to 137.4 ° C., and showed the highest crystallization temperature among the conventional polylactic acid resin nucleating agents described above. It was superior to the data of the polylactic acid resin composition described in paragraph No. 0096 of Patent Document 8 (crystallization temperature 126 ° C., crystallization heat amount −44).
From the above results, it was found that if the nucleating agent for polylactic acid of the present invention is added to polylactic acid, crystallization of polylactic acid can be promoted and heat resistance and moldability can be improved.
2)温度−たわみ曲線の測定
本発明のポリ乳酸用造核剤をポリ乳酸に添加した板材について、温度−たわみ曲線を測定した。試験には、上記実施例2で製造したヒドラジド(II)及び、比較として市販のポリ乳酸用造核剤(日産化学株式会社製 PPA−Zn)を用い、以下の手順で試料を作製した。すなわち、ポリ乳酸(ユニチカ テラマックT−4000)を100℃で4時間乾燥してから、500gを測りとる。そして、ポリ乳酸用造核剤としてヒドラジド(II)を5g添加し、二軸押出機(テクノベル株式会社製 KZW15−30TGN)で200℃の押出温度で溶融押出し、ペレットを調製した。こうして得られたペレットを射出成型機(住友重工業株式会社製 SE18S)を用い、200℃の成型温度において金型成形し、80mm×10mm×4mmの板材を得た。また、ポリ乳酸用造核剤を添加していないポリ乳酸からなる板材も作製した。
2) Measurement of temperature-deflection curve The temperature-deflection curve was measured about the board | plate material which added the nucleating agent for polylactic acids of this invention to polylactic acid. In the test, hydrazide (II) produced in Example 2 above and a commercially available nucleating agent for polylactic acid (PPA-Zn manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) were used as a comparison, and a sample was prepared according to the following procedure. That is, after polylactic acid (Unitika Terramac T-4000) is dried at 100 ° C. for 4 hours, 500 g is measured. And 5g of hydrazide (II) was added as a polylactic acid nucleating agent, and it melt-extruded with the twin-screw extruder (Technobel Co., Ltd. KZW15-30TGN) at the extrusion temperature of 200 degreeC, and prepared the pellet. The pellets thus obtained were molded using an injection molding machine (SE18S manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.) at a molding temperature of 200 ° C. to obtain a plate material of 80 mm × 10 mm × 4 mm. Moreover, the board | plate material which consists of polylactic acid which did not add the nucleating agent for polylactic acids was also produced.
温度−たわみ曲線の測定は、荷重−たわみ測定装置(東洋精機製 3M-2)を用い、荷重たわみ温度(DTUL)は、JIS K7191−1,2(ISO75)により、低荷重法(0.45MPa)及びフラットワイズ法により測定した。なお、測定試料を前もって120℃で2分間アニーリングしてから行なった。結果を図6に示す。
この図から、ポリ乳酸用造核剤を添加していないポリ乳酸からなる板材では、58.5℃で荷重たわみ温度に達し、市販のポリ乳酸用造核剤(日産化学株式会社製 PPA−Zn)を添加した板材でも、荷重たわみ温度が105℃であったのに対し、実施例2で製造したヒドラジド(II)を添加した試験片は、140℃においても基準たわみ量に達せず、極めて耐熱性に優れていることが分かった。
The temperature-deflection curve was measured using a load-deflection measuring device (3M-2 manufactured by Toyo Seiki). The deflection temperature under load (DTUL) was determined by the low load method (0.45 MPa) according to JIS K7191-1, 2 (ISO75). ) And the flatwise method. The measurement sample was annealed at 120 ° C. for 2 minutes in advance. The results are shown in FIG.
From this figure, the plate material made of polylactic acid to which no nucleating agent for polylactic acid was added reached the deflection temperature under load at 58.5 ° C., and a commercially available nucleating agent for polylactic acid (PPA-Zn made by Nissan Chemical Co., Ltd.) ), The deflection temperature under load was 105 ° C., whereas the test piece added with hydrazide (II) produced in Example 2 did not reach the reference deflection amount even at 140 ° C., and was extremely heat resistant. It turned out that it is excellent in property.
この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。 The present invention is not limited to the description of the embodiments of the invention. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物は、包装材料、医療用材料、産業資材、工業用品、容器等の各種用途に使用することができる。具体的には、フィルム、シート、被覆紙、ブロー成形体、射出成形体、押出成形体、繊維、不織布、包装材等に利用できる。また、本発明のポリ乳酸系樹脂用造核剤はポリ乳酸系樹脂組成物に好適に用いることができる。 The polylactic acid-based resin composition of the present invention can be used for various applications such as packaging materials, medical materials, industrial materials, industrial products, containers and the like. Specifically, it can be used for films, sheets, coated papers, blow molded articles, injection molded articles, extruded molded articles, fibers, nonwoven fabrics, packaging materials, and the like. Moreover, the nucleating agent for polylactic acid-type resin of this invention can be used suitably for a polylactic acid-type resin composition.
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