JP5376749B2 - ポリ乳酸フィルム - Google Patents
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Description
<フィルム>
ポリL―乳酸は、L―乳酸単位90〜99モル%とD−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位1〜10モル%とにより構成される。L―乳酸単位は、好ましくは95〜99モル%、より好ましくは97〜99モル%である。このときD―乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分は、好ましくは1〜5モル%、より好ましくは1〜3モル%である。またポリL―乳酸は、結晶性を有しておりその融点が150〜190℃であることが好ましく、さらには160〜190℃であることがより好ましい。これらの範囲に入るポリエステルであれば、より高融点のステレオコンプレックス結晶を形成し、且つ、結晶化度をあげることが出来る。ポリL―乳酸は、その重量平均分子量が5万〜50万、好ましくは10万〜20万である。
フィルムの重量平均分子量は5〜20万であり、フィルムの機械的特性を考慮すると8万〜20万が好ましく、さらには10万から20万が好ましい。
フィルムは、ポリL−乳酸(L成分)と、ポリD−乳酸(D成分)とを、L成分/D成分=90/10〜10/90の重量比で、245〜300℃にて溶融混合した後、製膜し、Tg〜Tg+30℃の温度、延伸倍率が縦横方向ともに2〜4倍の範囲で二軸延伸した後、150℃以上で熱固定することにより製造することができる。
(1)L成分とD成分とを、L成分/D成分=90/10〜10/90の重量比で、245〜300℃にて溶融混合した後、製膜し未延伸フィルムを得る工程、
(2)未延伸フィルムをTg〜Tg+30℃の温度、延伸倍率が縦横方向ともに2〜4倍の範囲で二軸延伸した後、150℃以上で熱固定を行う工程、
により製造することができる。
ポリL―乳酸(L成分)とポリD―乳酸(D成分)との重量比は、L成分/D成分が90/10〜10/90であり、ステレオコンプレックス結晶を発現させる観点からすれば、好ましくはL成分/D成分=60/40〜40/60、より好ましくは55/45〜45/55である。
溶融混合は、溶融押出機で行うことができる。溶融押出機としては、プレッシャーメルター型や1軸あるいは2軸エクストルーダー型など通常の溶融押出機を使用することができる。ただし、ステレオコンプレックス結晶の形成にあたっては、ポリL―乳酸とポリD―乳酸を十分に混合することが重要であり、その観点からすれば、1軸あるいは2軸エクストルーダー型が好ましい。混ざり具合をよくするために、ポリマー流路中に静止混練機を組み込むことが好ましい。またポリL―乳酸とポリD―乳酸とのチップブレンド物を混練機にて溶融した後、チップ化した、予備混練されたチップを用いることもできる。
製膜は、溶融混合物をダイから押し出し、未延伸フィルムを得る工程である。未延伸フィルムはTダイから押し出されたあと、金属ロール上に巻き取られることが好ましい。フィルムと金属ロールとの密着を防ぎ、溶融直後のフィルムをクエンチするために、金属ロールは冷却水などにより十分に冷却されていることが好ましい。
延伸は、Tg〜Tg+30℃の温度で行う。延伸温度がTg+30℃を超えると予熱時または延伸初期にポリ乳酸の結晶が生成するため延伸性の低下につながる。未延伸フィルムをTg〜Tg+30℃に予熱した後、二軸延伸を行うことが好ましい。延伸方法は、同時二軸延伸法のほかに逐次延伸法が挙げられるが、後者の場合、一軸目の延伸によりポリ乳酸の結晶が発現してしまい、二軸目の延伸が困難になる場合がある。従って延伸は、クリップでフィルム四方を把持して同時二軸延伸を行うことが好ましい。また延伸後に縦または幅方向の弛緩処理を施すことも可能である。延伸倍率は、縦横方向とも2〜4倍である。縦方向と横方向の延伸倍率は等しいことが好ましい。
熱固定は150℃以上で行う。150℃以上にて熱固定を行う理由は、フィルムの項で述べたとおり、熱収縮率を低く抑え、フィルムの寸法安定性を高めるためであり、好ましくは160℃以上、より好ましくは180℃以上である。熱固定は、延伸フィルムをクリップで把持した状態もしくは延伸フィルムをクリップから外し、別途金属枠に挟み行うことができる。
ポリマー0.04gを10mLのテトラクロロエタン/フェノール(容量比1/1)に溶解し、35℃における還元粘度(mL/g)を測定した。
(2)水分率
水分率は得られたチップをカールフィッシャー水分率計(三菱化学 CA−100 気化装置つき)を用いて測定した。
(3)重量平均分子量
フィルムの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC):ショーデックス製GPC−11を使用し、ポリ乳酸50mgを5mlのクロロホルムに溶解させ、40℃のクロロホルムにて展開した。重量平均分子量(Mw)、はポリスチレン換算値として算出した。
(4)示差走査熱量計測定
DSCを用いて、窒素雰囲気下、昇温速度20℃/分で測定し、結晶化点(Tc)、融点(Tm)および融解エンタルピー(ΔHm)を求めた。
195℃以上の融解ピークの割合(%)は、195℃以上(高温)の融解ピーク面積と140〜180℃(低温)融解ピーク面積から以下の式により算出した。
R195以上(%)=A195以上/(A195以上+A140〜180)×100
R195以上:195℃以上の融解ピークの割合
A195以上:195℃以上の融解ピーク面積
A140〜180:140〜180℃の融解ピーク面積
(5)熱収縮率
標点を記したポリ乳酸フィルム片を耐熱性を有するポリイミドフィルム2枚の間に軽く挟み、固定しない状態で150℃のオーブン内に30分間静置し、下記式に基づいて熱収縮率を計算した。
L150(%)=((L1−L2)/L1)x100
L1:加熱処理前の標点間の距離
L2:加熱処理後の標点間の距離
L−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所製)48.75gとD−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所製)1.25gをフラスコに加え、系内を窒素置換した後、ステアリルアルコール0.05g、触媒としてオクチル酸スズ25mgを加え、190℃、2時間、重合を行いポリマーを製造した。このポリマーを7%5N塩酸のアセトン溶液で洗浄し、触媒を除去し、ポリマーA1を得た。得られたポリマーA1の還元粘度は1.27(mL/g)、重量平均分子量13万であった。融点(Tm)は158℃であった。結晶化点(Tc)は117℃であった。
原料にL−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所)50.0gを用いた以外は製造例1と同様な操作を行い、ポリマーA2を製造した。ポリマーA2の還元粘度は1.69、重量平均分子量20万であった。融点(Tm)は176℃であった。結晶化点(Tc)は121℃であった。
原料にL−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所)1.25gとD−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所)48.75gを用いた以外は製造例1と同様な操作を行い、ポリマーB1を製造した。ポリマーB1の還元粘度は1.30、重量平均分子量14万であった。融点(Tm)は155℃であった。結晶化点(Tc)は121℃であった。
原料にD−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所)50.0gを用いた以外は製造例1と同様な操作を行い、ポリマーB2を製造した。ポリマーB2の還元粘度は1.69、重量平均分子量20万であった。融点(Tm)は175℃であった。結晶化点(Tc)は121℃であった。
ポリマーA1およびポリマーB1のチップを、ポリマーA1/ポリマーB1=50/50の割合でチップブレンドした後、80℃で16時間減圧乾燥し、水分率は85ppmであった。
このチップを2軸ルーダー付溶融製膜機を用い、260℃で溶融し、幅150mm、厚さ0.2mmのTダイで口金温度230℃にてフィルム状に押し出した。30℃に冷却したドラム上にキャストして未延伸フィルムを作製した。この未延伸フィルムの厚みは170μmであった。次いで、この未延伸フィルムをバッチ式延伸機を用いて、予熱温度80℃にて縦横3.5倍に二軸延伸した。さらに延伸フィルムを熱風乾燥機にて180℃で1分間熱固定を行った。
得られたフィルムの重量平均分子量は10万、厚みは15μmであり、150℃における熱収縮率は1.4%であった。また示差走査熱量計(DSC)測定において、ポリL乳酸およびポリD乳酸からなるステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示し、融点が203℃であった。このDSCチャートを図1に示す。
ポリマーA1/ポリマーB1=50/50の割合のチップブレンドを準備し、溶融製膜機内の温度を280℃として製膜すること以外は実施例1と同様の方法で延伸・熱固定フィルムを作製した。得られたフィルムの重量平均分子量は11万、厚みは13μmであり、150℃における熱収縮率は1.5%であった。また示差走査熱量計(DSC)測定において、ポリL乳酸およびポリD乳酸からなるステレオコンプレックス結晶の単一融解ピークを示し、融点が205℃であった。
ポリマーA2を2軸ルーダー付溶融製膜機を用い、260℃で溶融し、幅150mm、厚さ0.2mmのTダイで口金温度230℃にてフィルム状に押し出した。30℃に冷却したドラム上にキャストして未延伸フィルムを作製した。この未延伸フィルムの厚みは150μmであった。次いで、この未延伸フィルムをバッチ式延伸機を用いて、予熱温度75℃にて縦横3.0倍に二軸延伸した。さらに延伸フィルムを熱風乾燥機にて150℃で1分間熱固定を行った。
得られたフィルムの重量平均分子量は12万、厚みは13μmであり、150℃における熱収縮率は3.6%であった。またこのフィルムは示差走査熱量計(DSC)測定において、ポリL―乳酸結晶の単一融解ピークを示し、融点が170℃であった。
(比較例1)
ポリマーA1/ポリマーB1の代わりにポリマーA2/ポリマーB2=50/50の割合のチップブレンドを準備したこと以外は実施例1と同様の方法で延伸フィルムを作製した。この延伸フィルムを熱風乾燥機にて180℃で1分間熱固定を行ったところ、たわみが激しく発生し、均一なフィルムを作製することはできなかった。得られたフィルムの重量平均分子量は9万であり、DSC測定における195℃以上の融解ピークの割合(%)は70%であった。また低温結晶融解相の融点は170℃、高温結晶融解相の融点は220℃であった。
実施例1〜2、参考例3、比較例1および2の結果を表1に示す。
Claims (1)
- L―乳酸単位90〜99モル%とD−乳酸単位および/または乳酸以外の共重合成分単位1〜10モル%とにより構成され、重量平均分子量が5万〜50万のポリL−乳酸(L成分)と、D―乳酸単位90〜99モル%とL−乳酸単位および/または共重合成分単位1〜10モル%とにより構成され、重量平均分子量が5万〜50万のポリD−乳酸(D成分)とを、L成分/D成分=90/10〜10/90の重量比で、245〜300℃にて溶融混合した後、製膜し(但し、プレス成形により製膜する場合を除く)、Tg〜Tg+30℃の温度、延伸倍率が縦横方向ともに2〜4倍の範囲で二軸延伸した後、150℃以上で熱固定することからなる、ステレオコンプレックス結晶を含有し、150℃における熱収縮率が1.5%以下で、重量平均分子量が5万〜20万であり、示差走査熱量計(DSC)測定において、昇温過程における融解ピークのうち、195℃以上の融解ピークの割合が90%以上である二軸延伸フィルムの製造方法。
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