JPWO2007139236A1 - ポリ乳酸系組成物からなる成形品 - Google Patents
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Abstract
本発明は、特定の熱特性、ガスバリア性を有するポリ乳酸系組成物を提供し、さらに、表面平滑性、透明性、耐熱性、靭性に優れたポリ乳酸系延伸フィルム及びその他成形品を成すPLLAとPDLAとのポリ乳酸系組成物からなる成形品を得ることを目的とするものであり、その構成上の特徴は、DSC測定において250℃で10分経過した後、降温(cooling)(10℃/分)時のピークが30mJ/mg以上であることを特徴とするポリ乳酸系組成物であって、さらに好ましくはDSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=150〜180℃のピーク(ピーク1)とTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)のピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5以下であることを特徴とするポリ乳酸系組成物からなる成形品、ならびに、さらに上記組成物に無機フィラーを配合した組成物からなる成形品である。
Description
本発明は特定の熱特性を有するポリ乳酸系組成物からなるインジェクション、ブロー、真空/圧空成形または押出により成形された成形品に関する。さらに、本発明はポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸との組成物からなる組成物に関し、その組成物からなる耐熱性、ガスバリア性、靭性、表面平滑性に優れたインジェクション、ブロー、真空/圧空成形または押出成形により成形された成形品に関する。
生分解可能なプラスチックとして、汎用性の高い脂肪族ポリエステルが注目されており、ポリ乳酸(PLA)、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリエチレンサクシネート(PES)、ポリカプロラクトン(PCL)などが上市されている。
これら生分解性脂肪族ポリエステルの用途の一つとして包装用、農業用、食品用などのフィルム分野があり、用途に応じた高強度、耐熱性、ガスバリア性および生分解性が基本性能として要求されている。
上記脂肪族ポリエステルのうちPLAは、ポリ−L−乳酸(PLLA)やポリ−D−乳酸(PDLA)からなり、その単独結晶(α晶)の融点は約170℃であり、ポリエチレンテレフタレート等と比較すると耐熱性が不十分な場合もあり、その改良が求められている。
一方、PLAの耐熱性を更に改良する方法として、ポリ−L−乳酸(PLLA)とポリ−D−乳酸(PDLA)とをブレンドしてステレオコンプレックスを形成させる方法が多数提案されている(例えば、特許文献3、特許文献4、非特許文献1)。
このステレオコンプレックス(SC)は、ポリ−L−乳酸(PLLA)とポリ−D−乳酸(PDLA)の共晶であり、その結晶の融点はα晶よりも約50℃高く、それを利用することが期待されている。
しかしながら、PLLAとPDLAを単に溶融混練して得た組成物をフィルムに成形しても容易にステレオコンプレックスは形成されず、また、形成されたフィルムは、耐熱性は改良されるものの、脆く、包装用フィルム等として使い難い。
そこでPLLAとPDLAを溶融混練して得た組成物を特定の条件下で少なくとも一軸方向に延伸することにより耐熱性、靭性に優れた延伸フィルムが得られることを発明者らは提案した(特願2004−146239号)。
この延伸フィルムは広角X線回折による回折ピーク(2θ)が16°近辺〔以下、かかる領域に検出されるピークを(PPL)と呼ぶ場合がある。〕にあり、且つ12°近辺、21°近辺及び24°近辺の回折ピーク(2θ)〔以下、かかる領域に検出されるピークを併せて(PSC)と呼ぶ場合がある。〕の総面積(SSC)が、16°近辺の回折ピーク(PPL)の面積(SPL)と(SSC)との合計量に対して10%未満の延伸フィルムである。
そのため延伸フィルム中のSC晶はPLLA及びPDLA単体の結晶に比べ稀少である。
更に本発明者らはかかる延伸フィルムに特定の熱処理を行い、広角X線回折による主たる回折ピーク(2θ)が12°近辺、21°近辺及び24°近辺にあり、主にSC晶からなる延伸フィルムの製造方法を提案した(特願2004−146240号)。
又ポリ乳酸系二軸延伸フィルムのガスバリア性を改善する方法として無機酸化物、無機窒化物、無機酸化窒化物の層をもうける方法が提案されている(特許文献5)。
特開平7−207041号公報
特開平8−198955号公報
特開平9−25400号公報
特開2000−17164号公報
特開平10−24518号公報
Macromoleculs,20,904(1987)
これら生分解性脂肪族ポリエステルの用途の一つとして包装用、農業用、食品用などのフィルム分野があり、用途に応じた高強度、耐熱性、ガスバリア性および生分解性が基本性能として要求されている。
上記脂肪族ポリエステルのうちPLAは、ポリ−L−乳酸(PLLA)やポリ−D−乳酸(PDLA)からなり、その単独結晶(α晶)の融点は約170℃であり、ポリエチレンテレフタレート等と比較すると耐熱性が不十分な場合もあり、その改良が求められている。
一方、PLAの耐熱性を更に改良する方法として、ポリ−L−乳酸(PLLA)とポリ−D−乳酸(PDLA)とをブレンドしてステレオコンプレックスを形成させる方法が多数提案されている(例えば、特許文献3、特許文献4、非特許文献1)。
このステレオコンプレックス(SC)は、ポリ−L−乳酸(PLLA)とポリ−D−乳酸(PDLA)の共晶であり、その結晶の融点はα晶よりも約50℃高く、それを利用することが期待されている。
しかしながら、PLLAとPDLAを単に溶融混練して得た組成物をフィルムに成形しても容易にステレオコンプレックスは形成されず、また、形成されたフィルムは、耐熱性は改良されるものの、脆く、包装用フィルム等として使い難い。
そこでPLLAとPDLAを溶融混練して得た組成物を特定の条件下で少なくとも一軸方向に延伸することにより耐熱性、靭性に優れた延伸フィルムが得られることを発明者らは提案した(特願2004−146239号)。
この延伸フィルムは広角X線回折による回折ピーク(2θ)が16°近辺〔以下、かかる領域に検出されるピークを(PPL)と呼ぶ場合がある。〕にあり、且つ12°近辺、21°近辺及び24°近辺の回折ピーク(2θ)〔以下、かかる領域に検出されるピークを併せて(PSC)と呼ぶ場合がある。〕の総面積(SSC)が、16°近辺の回折ピーク(PPL)の面積(SPL)と(SSC)との合計量に対して10%未満の延伸フィルムである。
そのため延伸フィルム中のSC晶はPLLA及びPDLA単体の結晶に比べ稀少である。
更に本発明者らはかかる延伸フィルムに特定の熱処理を行い、広角X線回折による主たる回折ピーク(2θ)が12°近辺、21°近辺及び24°近辺にあり、主にSC晶からなる延伸フィルムの製造方法を提案した(特願2004−146240号)。
又ポリ乳酸系二軸延伸フィルムのガスバリア性を改善する方法として無機酸化物、無機窒化物、無機酸化窒化物の層をもうける方法が提案されている(特許文献5)。
本発明は、特定の熱特性を有するポリ乳酸系組成物からなる成形品に関し、さらに、本発明は、表面平滑性、透明性、耐熱性、バリア性能、靭性に優れたインジェクション、ブロー、真空/圧空成形または押出により成形された成形品を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために種々検討した結果、ポリ−L−乳酸(PLLA)とPDLAとを特定の条件下で溶融混練することにより得られるポリ乳酸系組成物が結晶化の過程でステレオコンプレックス構造を選択的に作りやすく、その組成物からなるインジェクション、ブロー、真空/圧空成形または押出成形品が表面平滑性、透明性に優れ、かつ耐熱性、ガスバリア性能、靭性に優れていることを見出し本発明に到達した。
すなわち、本発明はDSC測定において250℃で10分経過後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg,好ましくは45mJ/mg以上、特に好ましくは50mJ/mg以上であることを特徴とするポリ乳酸系組成物からなることを特徴とするインジェクション、ブロー、真空/圧空成形または押出により成形された成形品に関する。
さらに、本発明の好適な成形品に用いられる組成物は、DSCの第二回昇温時の測定(250℃で10経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=150〜180℃のピーク(ピーク1)とTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)のピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5以下、好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.2以下である。
また、本発明の成形品に用いられる組成物はDSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)が35mJ/mg以上であることを特徴とするポリ乳酸系組成物である。
これらの成形品に用いられる乳酸系組成物は、またポリ−L−乳酸を25〜75重量部、好ましくは35〜65重量部、特に好ましくは45〜55重量部及びポリ−D−乳酸75〜25重量部、好ましく65〜35重量部、特に好ましくは55〜45重量部(ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の合計で100重量部とする)から構成されていること、すなわち調製されていることが好適である。
このような組成物は、例えば、ポリ−L−乳酸25〜75重量部、好ましくは35〜65重量部、特に好ましくは45〜55重量部及びポリ−D−乳酸75〜25重量部、好ましく65〜35重量部、特に好ましくは55〜45重量部とのポリ乳酸系組成物を230〜260℃で混練することにより、好ましくは二軸押出機により溶融混練エネルギーを与えることにより得ることができる。溶融混練の時間はブラベンダーのようなバッチ式の低剪断の混練機では、通常10分以上、好ましくは15分以上であり、長くとも60分以下、好ましくは40分以下である。また、二軸押出機などの高剪断の機器を用いる場合は、一般に2分以上、特に4分以上であり、長くとも15分以下が通常である。
本発明の混練においては、原料を十分に乾燥し、また窒素シール等を行った条件で、得られる組成物の重量平均分子量が、利用するポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸のそれぞれの重量平均分子量を加重平均して得られる重量平均分子量の数値の0.3〜0.6倍、さらに好ましくは0.4〜0.6倍の範囲となるように負荷を与えて、溶融混練することが望ましい。これにより得られる組成物ではポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸が極めて微細に融合している状態となる。
また、これらの組成物からなる成形品としては、インジェクション(射出)、ブロー(吹き込み)、押出成形、真空成形、圧空成形また紡糸された種々の成形品がある。
本発明者は、上記目的を達成するために種々検討した結果、ポリ−L−乳酸(PLLA)とPDLAとを特定の条件下で溶融混練することにより得られるポリ乳酸系組成物が結晶化の過程でステレオコンプレックス構造を選択的に作りやすく、その組成物からなるインジェクション、ブロー、真空/圧空成形または押出成形品が表面平滑性、透明性に優れ、かつ耐熱性、ガスバリア性能、靭性に優れていることを見出し本発明に到達した。
すなわち、本発明はDSC測定において250℃で10分経過後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg,好ましくは45mJ/mg以上、特に好ましくは50mJ/mg以上であることを特徴とするポリ乳酸系組成物からなることを特徴とするインジェクション、ブロー、真空/圧空成形または押出により成形された成形品に関する。
さらに、本発明の好適な成形品に用いられる組成物は、DSCの第二回昇温時の測定(250℃で10経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=150〜180℃のピーク(ピーク1)とTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)のピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5以下、好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.2以下である。
また、本発明の成形品に用いられる組成物はDSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)が35mJ/mg以上であることを特徴とするポリ乳酸系組成物である。
これらの成形品に用いられる乳酸系組成物は、またポリ−L−乳酸を25〜75重量部、好ましくは35〜65重量部、特に好ましくは45〜55重量部及びポリ−D−乳酸75〜25重量部、好ましく65〜35重量部、特に好ましくは55〜45重量部(ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の合計で100重量部とする)から構成されていること、すなわち調製されていることが好適である。
このような組成物は、例えば、ポリ−L−乳酸25〜75重量部、好ましくは35〜65重量部、特に好ましくは45〜55重量部及びポリ−D−乳酸75〜25重量部、好ましく65〜35重量部、特に好ましくは55〜45重量部とのポリ乳酸系組成物を230〜260℃で混練することにより、好ましくは二軸押出機により溶融混練エネルギーを与えることにより得ることができる。溶融混練の時間はブラベンダーのようなバッチ式の低剪断の混練機では、通常10分以上、好ましくは15分以上であり、長くとも60分以下、好ましくは40分以下である。また、二軸押出機などの高剪断の機器を用いる場合は、一般に2分以上、特に4分以上であり、長くとも15分以下が通常である。
本発明の混練においては、原料を十分に乾燥し、また窒素シール等を行った条件で、得られる組成物の重量平均分子量が、利用するポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸のそれぞれの重量平均分子量を加重平均して得られる重量平均分子量の数値の0.3〜0.6倍、さらに好ましくは0.4〜0.6倍の範囲となるように負荷を与えて、溶融混練することが望ましい。これにより得られる組成物ではポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸が極めて微細に融合している状態となる。
また、これらの組成物からなる成形品としては、インジェクション(射出)、ブロー(吹き込み)、押出成形、真空成形、圧空成形また紡糸された種々の成形品がある。
第1図は、実施例2aのプレスシートの第1回昇温(1st−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第2図は、実施例2aのプレスシートの第1回降温(1st−cooling)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第3図は、実施例2aのプレスシートの第2回昇温(2nd−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第4図は、実施例2aの延伸フィルムの第1回昇温(1st−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第5図は、実施例2bのプレスシートの第1回昇温(1st−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第6図は、実施例2bのプレスシートの第1回降温(1st−cooling)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第7図は、実施例2bのプレスシートの第2回昇温(2nd−heating)のDSC測定結果を示すチャート図である。
第8図は、実施例2bの伸フィルムの第1回昇温(1st−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第9図は、実施例11のポリ乳酸系組成物(組成物−11)に用いられたポリ乳酸系ポリマー成分(GFを含まない)の第1回降温のDSC測定のチャートを示す図である。すなわち、PLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で90g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、120rpmの条件下で15分間溶融混練して得られたポリ乳酸系ポリマー成分(GFを含まない)の第1回降温のDSC測定のチャートを示す図である。
第10図は、実施例11のポリ乳酸系組成物(組成物−11)に用いられたポリ乳酸系ポリマー成分(GFを含まない)の第2回昇温のDSC測定のチャートを示す図である。
発明の効果
本発明の成形品に用いられる組成物は特定の熱特性を有している。これは、ステレオコンプレックス構造物を有しているものと考えられ、本発明ではこの構造を選択的に形成することができる。さらに、これらの本組成物を用いれば、耐熱性及びガスバリア性、靭性に優れ、更に表面平滑性、透明性に優れたポリ乳酸系の成形品が得られる。
本発明によれば、非晶状態から結晶化する際にステレオコンプレックス構造物を選択的に形成するものと考えられ、耐熱性に優れ、更に結晶化の処理が容易な種々の成形品を得ることができる。
本発明によれば、比較的高分子量であり成形品として十分な強度があり、かつ高い融点を持ち耐熱性のある成形品となる生分解性のポリマーを提供することができる。
第2図は、実施例2aのプレスシートの第1回降温(1st−cooling)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第3図は、実施例2aのプレスシートの第2回昇温(2nd−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第4図は、実施例2aの延伸フィルムの第1回昇温(1st−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第5図は、実施例2bのプレスシートの第1回昇温(1st−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第6図は、実施例2bのプレスシートの第1回降温(1st−cooling)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第7図は、実施例2bのプレスシートの第2回昇温(2nd−heating)のDSC測定結果を示すチャート図である。
第8図は、実施例2bの伸フィルムの第1回昇温(1st−heating)のDSC測定結果を示すチャートを示す図である。
第9図は、実施例11のポリ乳酸系組成物(組成物−11)に用いられたポリ乳酸系ポリマー成分(GFを含まない)の第1回降温のDSC測定のチャートを示す図である。すなわち、PLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で90g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、120rpmの条件下で15分間溶融混練して得られたポリ乳酸系ポリマー成分(GFを含まない)の第1回降温のDSC測定のチャートを示す図である。
第10図は、実施例11のポリ乳酸系組成物(組成物−11)に用いられたポリ乳酸系ポリマー成分(GFを含まない)の第2回昇温のDSC測定のチャートを示す図である。
発明の効果
本発明の成形品に用いられる組成物は特定の熱特性を有している。これは、ステレオコンプレックス構造物を有しているものと考えられ、本発明ではこの構造を選択的に形成することができる。さらに、これらの本組成物を用いれば、耐熱性及びガスバリア性、靭性に優れ、更に表面平滑性、透明性に優れたポリ乳酸系の成形品が得られる。
本発明によれば、非晶状態から結晶化する際にステレオコンプレックス構造物を選択的に形成するものと考えられ、耐熱性に優れ、更に結晶化の処理が容易な種々の成形品を得ることができる。
本発明によれば、比較的高分子量であり成形品として十分な強度があり、かつ高い融点を持ち耐熱性のある成形品となる生分解性のポリマーを提供することができる。
ポリ−L−乳酸
本発明においてポリ−L−乳酸(PLLA)は、L−乳酸を主たる構成成分、好ましくは95モル%以上を含む重合体である。L−乳酸の含有量が95モル%未満の重合体は、後述のポリ−D−乳酸(PDLA)と溶融混練して得られるポリ乳酸系組成物から得られるフィルム、シートその他の成形品の耐熱性、ガスバリア性、その他成形品の耐熱性が劣る虞がある。
PLLAの分子量は後述のポリ−D−乳酸と混合したポリ乳酸系組成物がフィルム、シートその他の成型品の形成性を有する限り、特に限定はされないが、通常、重量平均分子量(Mw)は6千〜100万の範囲にある。本発明では、重量平均分子量が6千〜50万のポリ−L乳酸が好適である。なお、フィルム分野では、重量平均分子量が6万未満のものは得られる延伸フィルムの強度が劣る虞がある。一方、100万を越えるものは溶融粘度が大きく成形加工性が劣る虞がある。
ポリ−D−乳酸
本発明においてポリ−D−乳酸(PDLA)は、D−乳酸を主たる構成成分、好ましくは95モル%以上を含む重合体である。D−乳酸の含有量が95モル%未満の重合体は、前述のポリ−L−乳酸と溶融混練して得られるポリ乳酸系組成物を延伸して得られる延伸フィルム、その他成形品の耐熱性が劣る虞がある。
PDLAの分子量は前述のPLLAと混合したポリ乳酸系組成物がフィルム等の成形品の形成性を有する限り、特に限定はされないが、通常、重量平均分子量(Mw)は6千〜100万の範囲にある。本発明では、重量平均分子量が6千〜50万のポリ−D乳酸が好適である。なお、フィルム分野では、重量平均分子量が6万未満のものは得られる延伸フィルムの強度が劣る虞がある。一方、100万を越えるものは溶融粘度が大きく成形加工性が劣る虞がある。
本発明においてPLLA及びPDLAには、本発明の目的を損なわない範囲で、少量の他の共重合成分、例えば、多価カルボン酸若しくはそのエステル、多価アルコール、ヒドロキシカルボン酸、ラクトン類等を共重合させておいてもよい。
多価カルボン酸としては、具体的には、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、スベリン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、セバシン酸、ジグリコール酸、ケトピメリン酸、マロン酸及びメチルマロン酸等の脂肪族ジカルボン酸並びにテレフタル酸、イソフタル酸及び2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
多価カルボン酸エステルとしては、具体的には、例えば、コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、グルタル酸ジメチル、グルタル酸ジエチル、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、ピメリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、スベリン酸ジエチル、セバシン酸ジメチル、セバシン酸ジエチル、デカンジカルボン酸ジメチル、ドデカンジカルボン酸ジメチル、ジグリコール酸ジメチル、ケトピメリン酸ジメチル、マロン酸ジメチル及びメチルマロン酸ジメチル等の脂肪族ジカルボン酸ジエステル並びにテレフタル酸ジメチル及びイソフタル酸ジメチル等の芳香族ジカルボン酸ジエステルが挙げられる。
多価アルコールとしては、具体的には、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、オクタメチレングリコール、デカメチレングリコール、ドデカメチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール及び分子量1000以下のポリエチレングリコール等が挙げられる。
ヒドロキシカルボン酸としては、具体的には、例えば、グリコール酸、2−メチル乳酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、2−ヒドロキシ−n−酪酸、2−ヒドロキシ−3,3−ジメチル酪酸、2−ヒドロキシ−2−メチル酪酸、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸、ヒドロキシピバリン酸、ヒドロキシイソカプロン酸及びヒドロキシカプロン酸等が挙げられる。
ラクトン類としては、具体的には、例えば、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、β又はγ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、4−メチルカプロラクトン、3,5,5−トリメチルカプロラクトン、3,3,5−トリメチルカプロラクトン等の各種メチル化カプロラクトン;β−メチル−δ−バレロラクトン、エナントラクトン、ラウロラクトン等のヒドロキシカルボン酸の環状1量体エステル;グリコリド、L−ラクチド、D−ラクチド等の上記ヒドロキシカルボン酸の環状2量体エステル等が挙げられる。
また、本発明に係わるPLLA及びPDLAには、それぞれD−乳酸若しくはL−乳酸を前記範囲以下であれば少量含まれていてもよい。
ポリ乳酸系組成物(A)
本発明の成形品に用いられるポリ乳酸系組成物は、DSC測定において250℃で10分経過後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg以上、好ましくは45mJ/mg以上、特に好ましくは50mJ/mg以上であることを特徴とする。
さらに、本発明の好適な組成物は、そのDSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=150〜180℃のピーク(ピーク1)とTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)のピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5以下、好ましくは0.3以下、特に好ましくは0.2以下であるという熱特性を有することが望ましい。これは、この組成物がステレオコンプレックス晶を選択的に形成しているためと考えられる。
ピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5より大きいと、結晶化後にPLLA、PDLA単体結晶の形成量が大きく、上記混練が十分でない虞がある。
またピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5より大きい組成物からなる成形品は結晶化後のα晶(PLLAあるいはPDLAの単独結晶)の形成量が大きいため、耐熱性に劣る虞がある。
また、本発明はDSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)が35mJ/mg以上であることを特徴とするポリ乳酸系組成物からなる成形品である。
このような本発明の成形品に用いられるポリ乳酸系組成物は、前記PLLAを25〜75重量部、好ましくは35〜65重量部、特に好ましくは45〜55重量部、その中でも好ましくは47〜53重量部及びPDLAを75〜25重量部、好ましくは65〜35重量部、特に好ましくは55〜45重量部、その中でも好ましくは53〜47重量部(PLLA+PDLA=100重量部)から構成されている、即ち調製されていることが好ましい。
これらの組成物は、ポリ−L−乳酸およびポリ−D−乳酸の重量平均分子量が、いずれも6,000〜500,000の範囲内であり、かつ、ポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸のいずれか一方の重量平均分子量が30,000〜500,000であるポリ−L−乳酸及びポリ−D−乳酸から混練により調製することが望ましい。
また、本発明の成形品に用いられるポリ乳酸系組成物は、例えば、これらPLLAとPDLAを、230〜260℃で二軸押出機、二軸混練機、バンバリーミキサー、プラストミルなどで溶融混練することにより得ることができる。
PLLAの量が75〜25重量部、特に65〜35重量部、その中でも特に55重量部を超える組成物及び45重量部未満の組成物は上述の方法で混練しても、得られる組成物の耐熱性が十分でない場合がある。得られる組成物からなる成形品がα晶の結晶体を含み、耐熱性が不十分となるおそれがある。ステレオコンプレックス構造はPLLAとPDLAの等量から構成されるためあると考えられる。
一方、PLLAとPDLAを溶融混練するときの温度は好ましくは230〜260℃であり、より好ましくは235〜255℃である。溶融混練する温度が230℃より低いとステレオコンプレックス構造物が未溶融で存在する虞があり、260℃より高いとポリ乳酸が分解する虞がある。
また、本発明のポリ乳酸系組成物を調製する際に、PLLAとPDLAを十分に溶融混練することが望ましい。
本発明の成形品に用いられる組成物は、ステレオコンプレックスの結晶化が早く、かつステレオコンプレックス結晶化可能領域も大きいので、PLLAあるいはPDLAの単独結晶(α晶)が生成し難いと考えられる。
更に本発明の成形品に用いられるポリ乳酸系組成物は、DSCによる250℃で10分経過後の降温(cooling)時での測定(10℃/分)において結晶化によるピークが、30mJ/mg以上、好ましくは45mJ/mg以上、特に好ましくは50mJ/mg以上であり、ポリ乳酸系組成物の結晶化が速やかに起こる。
また結晶化によるピークが30mJ/mgより小さいと結晶化速度が小さく、上記混練が十分でない虞がある。
さらにDSCの250℃で10分経過後の降温(cooling)時での測定(10℃/分)において結晶化によるピークが30mJ/mgより小さい、さらには成形品の分野によっては45mJ/mgより小さい組成物からなる成形品は結晶化速度が小さく、成形品の結晶化後の結晶体の形成量が小さいため、耐熱性に劣る虞がある。
本発明においてDSC測定は、昇温および降温速度10℃/分で行う。なお、一般には昇温および降温速度が遅くなるほど結晶化熱量(測定値)は大きくなる。例えば、実施例2aの1st cooling61.7J/g(降温速度10℃/分)の試料は、降温速度5℃/分の測定では、70.6J/gであった。DSCによる結晶化熱量(測定値)を比較する場合は、その昇温、降温速度が同一の場合の測定値を比較しなければならない。
本発明に用いられるポリ乳酸系の組成物の重量平均分子量は特に限定されるものではない、しかしながら、本発明の組成物の重量平均分子量は10,000〜300,000の範囲にあることが好ましい。また、フィルム分野では重量平均分子量が100,000〜150,000の範囲にあることが望ましい。
また、本発明の成形品に用いられる組成物を調製する方法として、得られる組成物の重量平均分子量が、利用するポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の重量平均分子量を加重平均して得られる重量平均分子量の数値の0.3〜0.6倍、特に好ましくは0.4〜0.6倍の範囲となるように、溶融混練して調製する方法が好ましい。本発明により得られる組成物では、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸が極めて微細に融合している状態にある。例えば、ポリ−D−乳酸の重量平均分子量がポリ−L−乳酸の重量平均分子量より大きい場合、中でも重量平均分子量が150,000〜200,000のポリ−L−乳酸および重量平均分子量が200,000〜350,000のポリ−D−乳酸を、ポリ−L−乳酸/ポリ−D−乳酸=45/55〜55/45の重量比で用いる場合のように、これらを混練により、特に望ましくは二軸押出機または二軸混練機を用いた混練により得られる組成物は、以下に示すようにポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸が微細に融合した状態である。
即ち、当該組成物を240〜260℃でプレス後0〜30℃で急冷して得られるプレスシートを用いて、ポリ−L−乳酸を分解する酵素を利用して、ポリ−L−乳酸を分解して除去した48日後のプレスシートを走査型電子顕微鏡(SEM)により観察すると、微細な孔が形成されており、直径5μm以上の孔は観測されないことを特徴とする。このような微細な孔は通常直径0.1〜3μm程度であり、5μm×5μm当たり20〜200個有していることからそれが明らかである。これは、ポリ−L−乳酸単体からなる部分が無いか、またあるとしても極めて少ないため、酵素による分解除去が起きにくいためである。
本発明における熱変形試験は、熱分析装置(セイコーインスツルメンツ株式会社製、熱・応用・歪測定装置 TMA/SS120)を用いてフィルムから幅4mmの試験片を切り出し、チャック間10mmで試験片に荷重0.25MPaをかけ、30℃(開始温度)から5℃/分で昇温し、各温度における試験片の変形(伸びまたは収縮)を測定した。変形は、試験片の変形率で表示した。変形率(%)は、変形量(伸び方向)/チャック間距離×100(%)で算出した。
本発明における破断エネルギー(mJ)は、引張り試験機(オリエンテック社製、テンシロン万能試験機 RTC−1225)を用いて、長さ:50mm、幅:15mmの試験片をチャック間距離20mmで、引張り速度300mm/分で測定して得た引張テンシロン万能試験機 RTC−1225)を用いて、長さ:50mm、幅:15mmの試験片をチャック間距離20mmで、引張り速度300mm/分で測定して得た引張応力−ひずみ曲線図から、引張応力−ひずみ曲線と横軸(ひずみ)で囲まれた面積を切り取り、その重量(W−1)を測定した。
次いで、引張強さ(MPa)と伸び(%)で囲まれた面積を切り取りその重量(W−2)を測定し、(W−1)と(W−2)の比から破断エネルギー(mJ)を求めた。なお、破断エネルギー(mJ)を求めるために、伸び(%)を破壊に要した距離(mm)に換算した。
成形品
本発明のポリ乳酸系組成物はインジェクション(射出)、ブロー(吹き込み)、押出成形、真空成形、圧空成形、1.1〜1.5倍に弱延伸した後の真空成形、圧空成形および種々の成形方法により種々の成形品として用いられる。
射出成形には、一般に採用される射出成形法、射出圧縮成形法、ガスアシスト成形法を採用できる。さらに、二色成形、インモールド成形、ガスプレス成形を利用することもできる。また、シリンダー内の樹脂温度は結晶化および熱分解を避けるため200℃を越えることが望ましく、200℃〜250℃とすることが通常である。
中でも、本発明では、シリンダー先端部分の温度が少なくとも1ゾーン以上が、200〜240℃中でも210〜220℃であることが望ましく、またホッパー側(供給側)のゾーンが230〜250℃である射出成形機を用いることが望ましい。なお、一旦融解された本発明の組成物をステレオコンプレックス構造ポリ乳酸の融点近傍で射出することが望ましい。
さらに、金型温度を100〜160℃とし、型内での保持時間を10秒〜3分とすることにより、結晶化を促進させることができるので、望ましい。
インジェクション成形品には、熱処理を施し結晶化させてもよい。このように成形品を結晶化させることにより、成形品の耐熱性をさらに向上させることができる。結晶化処理は、成形時の金型内、及び/又は、金型から取り出した後に行うことができる。生産性の面からは、射出成形品を形成する樹脂組成物の結晶化速度が遅い場合には、金型から取り出した後に結晶化処理を行うことが好ましく、一方、結晶化速度が速い場合には、金型内で結晶化処理を行ってもよい。
金型から成形品を取り出した後に結晶化処理を行う場合、熱処理の温度は60〜180℃の範囲であることが好ましい。熱処理温度が60℃未満では、成形工程において結晶化が進行しないことがあり、180℃より高いと、成形品を冷却する際に変形や収縮が生じることがある。加熱時間は射出成形品を構成する樹脂の組成、及び熱処理温度によって適宜決められるが、例えば、熱処理温度が70℃の場合には15分〜5時間熱処理を行う。また、熱処理温度が130℃の場合には10秒〜30分間熱処理を行う。
これらのインジェクション成形品の中でも、透明性が3mm厚さで全光線透過率(TT)が60%以上であることが容器等に利用される場合に、内容物が透視できるので望ましい。
また、真空/圧空成形の際に、シートを成形型に接触させる方法としては、得られる容器の品位が高い、生産効率が高い等の理由から、真空成形法、圧空成形法およびプレス成形法などが好ましい。
真空成形においては、プラスチック成形用の汎用成形機を良好に使用可能であり、熱板または熱風を用いてシートをシート作製時にシート表面温度を110〜150℃に予熱して、キャビティ温度100〜150℃でキャビティに密着させることが好ましい。キャビティには、多数の細孔を設けてキャビティ内を減圧することで成形を行い、型の再現性の良好な容器を得ることができる。
また、真空成形法において、プラグと称する押し込み装置を備えて用いることにより、シートの局所的な引き延ばしによる薄肉化を防止することができる。
圧空成形においても、プラスチック成形用の汎用成形機を良好に使用可能であり、熱板によるシートの可塑化後、熱板全体に設けられた多数の細孔からシート表面に空気圧を作用することで、シートの押し込み成形を行い、型の再現性の良好な成形品を得ることができる。
このようにして得られた真空/圧空成形品の中でも、熱湯(98℃)によっても変形しない耐熱性に優れた成形品が望ましい。
無機フィラーによる耐熱性の改良
本発明はまた他の態様として、ガラス繊維等の無機フィラーが配合されたポリ乳酸系の成形品に関するものであり、その耐熱性の改良された成形品に関する。
このために本発明では、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸を含み、且つ、DSC測定において250℃で10分経過した後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg以上であるポリ乳酸系組成物(A)及び無機フィラー(B)を含有することを特徴とするポリ乳酸系組成物を用いることを提案する。
用いるポリ乳酸系組成物(A)は、既に上記で説明している。
このポリ乳酸系組成物(A)に無機フィラー(B)を配合することにより、生分解性であると共に耐熱性に優れており、従来ポリ乳酸ではなしえなかったエンプラ用途等のより広い用途に使用することができる。
次に、本発明に用いられる無機フィラー(B)について以下に説明する。
無機フィラー(B)
本発明に用いられる無機フィラー(B)は、従来からポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性に配合されている公知の無機フィラーを使用することができる。具体的には、タルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、カオリン、酸化チタン、中空ガラスバルーン、ガラスビーズ、カーボンブラック、水酸化マグネシウム等の粒状フィラー;チタン酸カリウム、モスハイジ等のウィスカー状フィラー;モンモリロナイト、マイカ等の板状フィラー;ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の繊維状フィラーなどがあげられる。その他にもクレー、ケイソウ土、ワラストナイト、ハイドロタルサイト、酸化マグネシウム、酸化チタン、水酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、多孔質シリカ、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、二硫化モリブデン、グラファイト、シラスバルーンおよびガラスバルーンなどがあげられる。好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、マイカ、タルクおよび炭酸カルシウムである。これらは、1種単独または2種以上の組み合わせで用いることもできる。これら無機フィラー(B)の粒径、粒度分布などは、用途により適宜決定することができる。
例えば、粉末状や鱗片状の場合、平均粒子径は0.01〜200μm程度が通常であり、1〜50μmが好ましい。また、これら無機フィラーは、微粒子の場合は粒度分布がそろっていることが望ましく、均一に分散させやすい。
さらに、これら無機フィラー(B)の表面は予めシラン化合物などのカップリング剤、エポキシ樹脂などの結束剤、前記したポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸、さらにはステレオコンプレックスを含むポリ乳酸などで表面処理されたものが、均質混合性、密着性、衝撃性にも優れた組成物となる。
カップリング剤は、特に限定されないがアミノ基を有するものが好適であり、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシランのようなアミノシランが好適である。
集束剤は、特に限定されないがエポキシ樹脂が好適である。エポキシ樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノ一ルAD型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が例示される。これらカップリング剤、集束剤の割合はガラス繊維に対して固形分として通常0.1〜2質量%程度である。
これら無機フィラー(B)の含有量としては、ポリ乳酸系組成物(A)とこれら無機フィルラー(B)の合計を100質量%として、無機フィルラー(B)が5〜60質量%であることが好ましく、5〜30質量%であることがより好ましく、8〜20質量%であることが特に好ましい。
これら無機フィラー(B)の含有量が5.0質量%以下であると、機械的強度の改善効果が十分とはいえず、50.0質量%を超えると、成形性が制限される場合がある。
本発明では、これらの無機フィラーとして、特にガラス繊維、中でもガラス短繊維が好適である。
このようなガラス繊維は、単繊維の平均径が5〜30μm程度が通常である。また、ガラス短繊維が用いられる場合は、その長さは混練する押出し機等により適宜選択することができ、一般的には1.5〜6mm程度である。
これらガラス繊維は、上記したようにその表面がカップリング剤、結束剤、ポリ乳酸等で表面処理されたものが好適である。
本発明では、無機フィラー(B)として、ガラス短繊維と共に中空ガラスバルーンまたはタルクを併用することも行われる。併用する場合の中空ガラスバルーンまたはタルクの配合割合は、ポリ乳酸系組成物(A)および無機フィラー(B)の合計を100質量%に対して、ガラス短繊維が5〜30質量%とし、中空ガラスバルーンまたはタルク5〜25質量%、中でも7.5〜20質量%とすることが好適である。
ポリ乳酸系組成物(A)に無機フィラー(B)を配合した組成物
本発明の無機フィラーを配合した組成物は、ポリ乳酸系組成物(A)と望ましくは上記した処理が施された無機フィラー(B)を混合した後、混練して、好ましくはこれを線状に押出しペレット化して用いることが効率上好適である。溶融混練の温度は、230〜250℃が通常である。
本発明の無機フィラーを配合した組成物は、任意の形状に成形される。例えば、ストランド状、シート状、平板状、ペレット状等がある。なかでも、射出成形に利用するため、その径1.5〜4.5mm程度で長さが2〜50mm程度のペレットの形態が取り扱い上好適である。
なお、本発明の無機フィラーを配合した組成物には、本発明の目的に反しない限り、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤などの安定剤、臭素系難燃剤、燐系難燃剤、メラミン化合物など難燃剤、結晶核剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤、離形剤、染料、顔料などの着色剤、有機カルボン酸金属塩など核剤、可塑剤、エポキシ化合物やオキサゾリン化合物、カルボジイミド化合物などの末端封鎖剤、その他樹脂などが添加されることがある。
本発明の無機フィラーを配合した組成物は、種々の成形品に利用することができる。すなわち、一軸押出機、二軸押出機等の押出機を用いる押出成形、中空成形、射出成形、シート成形、熱成形、回転成形、積層成形等により種々の成形品を成形することができる。これらの無機フィラーを配合した成形品は、成形後に熱処理することが望ましい。熱処理の温度はポリ−L−乳酸のα晶の結晶融解温度以上とすることが望ましく、通常は160〜220℃程度である。
この熱処理により、成形品の耐熱性がより向上し、熱たわみ試験(HDT:低荷重)の温度が190℃以上の成形品を得ることができる。
本発明で提供されるこれらの射出成形品、ブロー成形品、真空/圧空成形品、押出成形品は、電気電子用品の部品、外装品、自動車の内装品、産業用、食品用の種々の包装用途にシート、フィルム、糸、テープ、織布、不織布、発泡成形品等の種々の成形品とすることができる。さらに紡糸には複合紡糸、スパンバンド法紡糸など従来公知の種々の紡糸方法がある。
本発明の成形品、例えばフィルム等には、必要に応じて他の材料を積層することも行われる。例えば、ポリオレフィンや他の生分解性プラスチックの層、無機物薄膜層などがある。
中でも、アクリル酸などの不飽和カルボン酸やその誘導体のポリマーや無機物薄膜層を設けてガスバリア性に優れた積層体を設けることも行われる。不飽和カルボン酸およびその誘導体からなるポリマー、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸などの不飽和カルボン酸やその金属塩、例えば、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛などの金属塩を重合して得られるポリマーや、それらのモノマーがポリビニルアルコールなどのポリマーの存在下に重合させて得られる耐ガスバリア性の層がある。
無機物薄膜層
無機物薄膜層には、金属または金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等の無機物を、フィルム上に薄い被膜を形成させたものがあり、その被膜がフィルムその他の成形品に対してガスバリア性を付与することができるものであれば、特に制限されるものではない。金属の具体例としては、アルミニウム、ニッケル、チタン、銅、金、白金等を挙げることができ、金属酸化物の具体例としては酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等を挙げることができる。
金属または金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物の具体的な材料を選択するに当たり、積層フィルムに求められる物性や両層間の密着性を総合的に判断して行う。例えば、高いガスバリア性を目的にする時には、アルミニウムが適切である。しかし、同時に高い透明性をも要求される場合には、無機酸化物、特に酸化珪素や酸化アルミニウムが好都合である。
さらに、フィルム基材層との密着性を上げるために各種接着剤をアンカーコートすることができる。
また珪素酸化物はSiOやSiO2で表される化合物だけでなく、組成式SiOX(Xは1.0〜2.0)で表される組成物であってもよい。例えば、SiOとSiO2との1:1の組成物を使用することができる。これらの無機薄膜は、蒸着、スパッタリング、Cat−CVDなどの従来公知の種々の方法で形成することができる。
本発明のフィルムに、上記のようなガスバリア性層を積層した積層フィルムは、種々の用途に用いることができる。例えば、乾燥食品、水物、ボイル・レトルト食品、サプリメント食品等の包装材料、シャンプー、洗剤、入浴剤、芳香剤などのトイレタリー製品の包装材、粉体、顆粒体、錠剤などの医薬品の包装材、輸液バッグをはじめとする液体の医薬品の包装材、医療用具の包装袋、ハードディスク、配線基盤、プリント基盤などの電子部品の包装材、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、無機・有機ELディスプレイ、電子ペーパー等のバリア層の材料、その他の電子材料用のバリア材、真空断熱材用のバリア材、インクカートリッジ用等の工業製品の包装材、太陽電池、燃料電池用のバリア材、バックシートとして利用される。
本発明においてポリ−L−乳酸(PLLA)は、L−乳酸を主たる構成成分、好ましくは95モル%以上を含む重合体である。L−乳酸の含有量が95モル%未満の重合体は、後述のポリ−D−乳酸(PDLA)と溶融混練して得られるポリ乳酸系組成物から得られるフィルム、シートその他の成形品の耐熱性、ガスバリア性、その他成形品の耐熱性が劣る虞がある。
PLLAの分子量は後述のポリ−D−乳酸と混合したポリ乳酸系組成物がフィルム、シートその他の成型品の形成性を有する限り、特に限定はされないが、通常、重量平均分子量(Mw)は6千〜100万の範囲にある。本発明では、重量平均分子量が6千〜50万のポリ−L乳酸が好適である。なお、フィルム分野では、重量平均分子量が6万未満のものは得られる延伸フィルムの強度が劣る虞がある。一方、100万を越えるものは溶融粘度が大きく成形加工性が劣る虞がある。
ポリ−D−乳酸
本発明においてポリ−D−乳酸(PDLA)は、D−乳酸を主たる構成成分、好ましくは95モル%以上を含む重合体である。D−乳酸の含有量が95モル%未満の重合体は、前述のポリ−L−乳酸と溶融混練して得られるポリ乳酸系組成物を延伸して得られる延伸フィルム、その他成形品の耐熱性が劣る虞がある。
PDLAの分子量は前述のPLLAと混合したポリ乳酸系組成物がフィルム等の成形品の形成性を有する限り、特に限定はされないが、通常、重量平均分子量(Mw)は6千〜100万の範囲にある。本発明では、重量平均分子量が6千〜50万のポリ−D乳酸が好適である。なお、フィルム分野では、重量平均分子量が6万未満のものは得られる延伸フィルムの強度が劣る虞がある。一方、100万を越えるものは溶融粘度が大きく成形加工性が劣る虞がある。
本発明においてPLLA及びPDLAには、本発明の目的を損なわない範囲で、少量の他の共重合成分、例えば、多価カルボン酸若しくはそのエステル、多価アルコール、ヒドロキシカルボン酸、ラクトン類等を共重合させておいてもよい。
多価カルボン酸としては、具体的には、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、スベリン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、セバシン酸、ジグリコール酸、ケトピメリン酸、マロン酸及びメチルマロン酸等の脂肪族ジカルボン酸並びにテレフタル酸、イソフタル酸及び2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
多価カルボン酸エステルとしては、具体的には、例えば、コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、グルタル酸ジメチル、グルタル酸ジエチル、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、ピメリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、スベリン酸ジエチル、セバシン酸ジメチル、セバシン酸ジエチル、デカンジカルボン酸ジメチル、ドデカンジカルボン酸ジメチル、ジグリコール酸ジメチル、ケトピメリン酸ジメチル、マロン酸ジメチル及びメチルマロン酸ジメチル等の脂肪族ジカルボン酸ジエステル並びにテレフタル酸ジメチル及びイソフタル酸ジメチル等の芳香族ジカルボン酸ジエステルが挙げられる。
多価アルコールとしては、具体的には、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、オクタメチレングリコール、デカメチレングリコール、ドデカメチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール及び分子量1000以下のポリエチレングリコール等が挙げられる。
ヒドロキシカルボン酸としては、具体的には、例えば、グリコール酸、2−メチル乳酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、2−ヒドロキシ−n−酪酸、2−ヒドロキシ−3,3−ジメチル酪酸、2−ヒドロキシ−2−メチル酪酸、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸、ヒドロキシピバリン酸、ヒドロキシイソカプロン酸及びヒドロキシカプロン酸等が挙げられる。
ラクトン類としては、具体的には、例えば、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、β又はγ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、4−メチルカプロラクトン、3,5,5−トリメチルカプロラクトン、3,3,5−トリメチルカプロラクトン等の各種メチル化カプロラクトン;β−メチル−δ−バレロラクトン、エナントラクトン、ラウロラクトン等のヒドロキシカルボン酸の環状1量体エステル;グリコリド、L−ラクチド、D−ラクチド等の上記ヒドロキシカルボン酸の環状2量体エステル等が挙げられる。
また、本発明に係わるPLLA及びPDLAには、それぞれD−乳酸若しくはL−乳酸を前記範囲以下であれば少量含まれていてもよい。
ポリ乳酸系組成物(A)
本発明の成形品に用いられるポリ乳酸系組成物は、DSC測定において250℃で10分経過後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg以上、好ましくは45mJ/mg以上、特に好ましくは50mJ/mg以上であることを特徴とする。
さらに、本発明の好適な組成物は、そのDSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=150〜180℃のピーク(ピーク1)とTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)のピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5以下、好ましくは0.3以下、特に好ましくは0.2以下であるという熱特性を有することが望ましい。これは、この組成物がステレオコンプレックス晶を選択的に形成しているためと考えられる。
ピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5より大きいと、結晶化後にPLLA、PDLA単体結晶の形成量が大きく、上記混練が十分でない虞がある。
またピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5より大きい組成物からなる成形品は結晶化後のα晶(PLLAあるいはPDLAの単独結晶)の形成量が大きいため、耐熱性に劣る虞がある。
また、本発明はDSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)が35mJ/mg以上であることを特徴とするポリ乳酸系組成物からなる成形品である。
このような本発明の成形品に用いられるポリ乳酸系組成物は、前記PLLAを25〜75重量部、好ましくは35〜65重量部、特に好ましくは45〜55重量部、その中でも好ましくは47〜53重量部及びPDLAを75〜25重量部、好ましくは65〜35重量部、特に好ましくは55〜45重量部、その中でも好ましくは53〜47重量部(PLLA+PDLA=100重量部)から構成されている、即ち調製されていることが好ましい。
これらの組成物は、ポリ−L−乳酸およびポリ−D−乳酸の重量平均分子量が、いずれも6,000〜500,000の範囲内であり、かつ、ポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸のいずれか一方の重量平均分子量が30,000〜500,000であるポリ−L−乳酸及びポリ−D−乳酸から混練により調製することが望ましい。
また、本発明の成形品に用いられるポリ乳酸系組成物は、例えば、これらPLLAとPDLAを、230〜260℃で二軸押出機、二軸混練機、バンバリーミキサー、プラストミルなどで溶融混練することにより得ることができる。
PLLAの量が75〜25重量部、特に65〜35重量部、その中でも特に55重量部を超える組成物及び45重量部未満の組成物は上述の方法で混練しても、得られる組成物の耐熱性が十分でない場合がある。得られる組成物からなる成形品がα晶の結晶体を含み、耐熱性が不十分となるおそれがある。ステレオコンプレックス構造はPLLAとPDLAの等量から構成されるためあると考えられる。
一方、PLLAとPDLAを溶融混練するときの温度は好ましくは230〜260℃であり、より好ましくは235〜255℃である。溶融混練する温度が230℃より低いとステレオコンプレックス構造物が未溶融で存在する虞があり、260℃より高いとポリ乳酸が分解する虞がある。
また、本発明のポリ乳酸系組成物を調製する際に、PLLAとPDLAを十分に溶融混練することが望ましい。
本発明の成形品に用いられる組成物は、ステレオコンプレックスの結晶化が早く、かつステレオコンプレックス結晶化可能領域も大きいので、PLLAあるいはPDLAの単独結晶(α晶)が生成し難いと考えられる。
更に本発明の成形品に用いられるポリ乳酸系組成物は、DSCによる250℃で10分経過後の降温(cooling)時での測定(10℃/分)において結晶化によるピークが、30mJ/mg以上、好ましくは45mJ/mg以上、特に好ましくは50mJ/mg以上であり、ポリ乳酸系組成物の結晶化が速やかに起こる。
また結晶化によるピークが30mJ/mgより小さいと結晶化速度が小さく、上記混練が十分でない虞がある。
さらにDSCの250℃で10分経過後の降温(cooling)時での測定(10℃/分)において結晶化によるピークが30mJ/mgより小さい、さらには成形品の分野によっては45mJ/mgより小さい組成物からなる成形品は結晶化速度が小さく、成形品の結晶化後の結晶体の形成量が小さいため、耐熱性に劣る虞がある。
本発明においてDSC測定は、昇温および降温速度10℃/分で行う。なお、一般には昇温および降温速度が遅くなるほど結晶化熱量(測定値)は大きくなる。例えば、実施例2aの1st cooling61.7J/g(降温速度10℃/分)の試料は、降温速度5℃/分の測定では、70.6J/gであった。DSCによる結晶化熱量(測定値)を比較する場合は、その昇温、降温速度が同一の場合の測定値を比較しなければならない。
本発明に用いられるポリ乳酸系の組成物の重量平均分子量は特に限定されるものではない、しかしながら、本発明の組成物の重量平均分子量は10,000〜300,000の範囲にあることが好ましい。また、フィルム分野では重量平均分子量が100,000〜150,000の範囲にあることが望ましい。
また、本発明の成形品に用いられる組成物を調製する方法として、得られる組成物の重量平均分子量が、利用するポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の重量平均分子量を加重平均して得られる重量平均分子量の数値の0.3〜0.6倍、特に好ましくは0.4〜0.6倍の範囲となるように、溶融混練して調製する方法が好ましい。本発明により得られる組成物では、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸が極めて微細に融合している状態にある。例えば、ポリ−D−乳酸の重量平均分子量がポリ−L−乳酸の重量平均分子量より大きい場合、中でも重量平均分子量が150,000〜200,000のポリ−L−乳酸および重量平均分子量が200,000〜350,000のポリ−D−乳酸を、ポリ−L−乳酸/ポリ−D−乳酸=45/55〜55/45の重量比で用いる場合のように、これらを混練により、特に望ましくは二軸押出機または二軸混練機を用いた混練により得られる組成物は、以下に示すようにポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸が微細に融合した状態である。
即ち、当該組成物を240〜260℃でプレス後0〜30℃で急冷して得られるプレスシートを用いて、ポリ−L−乳酸を分解する酵素を利用して、ポリ−L−乳酸を分解して除去した48日後のプレスシートを走査型電子顕微鏡(SEM)により観察すると、微細な孔が形成されており、直径5μm以上の孔は観測されないことを特徴とする。このような微細な孔は通常直径0.1〜3μm程度であり、5μm×5μm当たり20〜200個有していることからそれが明らかである。これは、ポリ−L−乳酸単体からなる部分が無いか、またあるとしても極めて少ないため、酵素による分解除去が起きにくいためである。
本発明における熱変形試験は、熱分析装置(セイコーインスツルメンツ株式会社製、熱・応用・歪測定装置 TMA/SS120)を用いてフィルムから幅4mmの試験片を切り出し、チャック間10mmで試験片に荷重0.25MPaをかけ、30℃(開始温度)から5℃/分で昇温し、各温度における試験片の変形(伸びまたは収縮)を測定した。変形は、試験片の変形率で表示した。変形率(%)は、変形量(伸び方向)/チャック間距離×100(%)で算出した。
本発明における破断エネルギー(mJ)は、引張り試験機(オリエンテック社製、テンシロン万能試験機 RTC−1225)を用いて、長さ:50mm、幅:15mmの試験片をチャック間距離20mmで、引張り速度300mm/分で測定して得た引張テンシロン万能試験機 RTC−1225)を用いて、長さ:50mm、幅:15mmの試験片をチャック間距離20mmで、引張り速度300mm/分で測定して得た引張応力−ひずみ曲線図から、引張応力−ひずみ曲線と横軸(ひずみ)で囲まれた面積を切り取り、その重量(W−1)を測定した。
次いで、引張強さ(MPa)と伸び(%)で囲まれた面積を切り取りその重量(W−2)を測定し、(W−1)と(W−2)の比から破断エネルギー(mJ)を求めた。なお、破断エネルギー(mJ)を求めるために、伸び(%)を破壊に要した距離(mm)に換算した。
成形品
本発明のポリ乳酸系組成物はインジェクション(射出)、ブロー(吹き込み)、押出成形、真空成形、圧空成形、1.1〜1.5倍に弱延伸した後の真空成形、圧空成形および種々の成形方法により種々の成形品として用いられる。
射出成形には、一般に採用される射出成形法、射出圧縮成形法、ガスアシスト成形法を採用できる。さらに、二色成形、インモールド成形、ガスプレス成形を利用することもできる。また、シリンダー内の樹脂温度は結晶化および熱分解を避けるため200℃を越えることが望ましく、200℃〜250℃とすることが通常である。
中でも、本発明では、シリンダー先端部分の温度が少なくとも1ゾーン以上が、200〜240℃中でも210〜220℃であることが望ましく、またホッパー側(供給側)のゾーンが230〜250℃である射出成形機を用いることが望ましい。なお、一旦融解された本発明の組成物をステレオコンプレックス構造ポリ乳酸の融点近傍で射出することが望ましい。
さらに、金型温度を100〜160℃とし、型内での保持時間を10秒〜3分とすることにより、結晶化を促進させることができるので、望ましい。
インジェクション成形品には、熱処理を施し結晶化させてもよい。このように成形品を結晶化させることにより、成形品の耐熱性をさらに向上させることができる。結晶化処理は、成形時の金型内、及び/又は、金型から取り出した後に行うことができる。生産性の面からは、射出成形品を形成する樹脂組成物の結晶化速度が遅い場合には、金型から取り出した後に結晶化処理を行うことが好ましく、一方、結晶化速度が速い場合には、金型内で結晶化処理を行ってもよい。
金型から成形品を取り出した後に結晶化処理を行う場合、熱処理の温度は60〜180℃の範囲であることが好ましい。熱処理温度が60℃未満では、成形工程において結晶化が進行しないことがあり、180℃より高いと、成形品を冷却する際に変形や収縮が生じることがある。加熱時間は射出成形品を構成する樹脂の組成、及び熱処理温度によって適宜決められるが、例えば、熱処理温度が70℃の場合には15分〜5時間熱処理を行う。また、熱処理温度が130℃の場合には10秒〜30分間熱処理を行う。
これらのインジェクション成形品の中でも、透明性が3mm厚さで全光線透過率(TT)が60%以上であることが容器等に利用される場合に、内容物が透視できるので望ましい。
また、真空/圧空成形の際に、シートを成形型に接触させる方法としては、得られる容器の品位が高い、生産効率が高い等の理由から、真空成形法、圧空成形法およびプレス成形法などが好ましい。
真空成形においては、プラスチック成形用の汎用成形機を良好に使用可能であり、熱板または熱風を用いてシートをシート作製時にシート表面温度を110〜150℃に予熱して、キャビティ温度100〜150℃でキャビティに密着させることが好ましい。キャビティには、多数の細孔を設けてキャビティ内を減圧することで成形を行い、型の再現性の良好な容器を得ることができる。
また、真空成形法において、プラグと称する押し込み装置を備えて用いることにより、シートの局所的な引き延ばしによる薄肉化を防止することができる。
圧空成形においても、プラスチック成形用の汎用成形機を良好に使用可能であり、熱板によるシートの可塑化後、熱板全体に設けられた多数の細孔からシート表面に空気圧を作用することで、シートの押し込み成形を行い、型の再現性の良好な成形品を得ることができる。
このようにして得られた真空/圧空成形品の中でも、熱湯(98℃)によっても変形しない耐熱性に優れた成形品が望ましい。
無機フィラーによる耐熱性の改良
本発明はまた他の態様として、ガラス繊維等の無機フィラーが配合されたポリ乳酸系の成形品に関するものであり、その耐熱性の改良された成形品に関する。
このために本発明では、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸を含み、且つ、DSC測定において250℃で10分経過した後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg以上であるポリ乳酸系組成物(A)及び無機フィラー(B)を含有することを特徴とするポリ乳酸系組成物を用いることを提案する。
用いるポリ乳酸系組成物(A)は、既に上記で説明している。
このポリ乳酸系組成物(A)に無機フィラー(B)を配合することにより、生分解性であると共に耐熱性に優れており、従来ポリ乳酸ではなしえなかったエンプラ用途等のより広い用途に使用することができる。
次に、本発明に用いられる無機フィラー(B)について以下に説明する。
無機フィラー(B)
本発明に用いられる無機フィラー(B)は、従来からポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性に配合されている公知の無機フィラーを使用することができる。具体的には、タルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、カオリン、酸化チタン、中空ガラスバルーン、ガラスビーズ、カーボンブラック、水酸化マグネシウム等の粒状フィラー;チタン酸カリウム、モスハイジ等のウィスカー状フィラー;モンモリロナイト、マイカ等の板状フィラー;ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の繊維状フィラーなどがあげられる。その他にもクレー、ケイソウ土、ワラストナイト、ハイドロタルサイト、酸化マグネシウム、酸化チタン、水酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、多孔質シリカ、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、二硫化モリブデン、グラファイト、シラスバルーンおよびガラスバルーンなどがあげられる。好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、マイカ、タルクおよび炭酸カルシウムである。これらは、1種単独または2種以上の組み合わせで用いることもできる。これら無機フィラー(B)の粒径、粒度分布などは、用途により適宜決定することができる。
例えば、粉末状や鱗片状の場合、平均粒子径は0.01〜200μm程度が通常であり、1〜50μmが好ましい。また、これら無機フィラーは、微粒子の場合は粒度分布がそろっていることが望ましく、均一に分散させやすい。
さらに、これら無機フィラー(B)の表面は予めシラン化合物などのカップリング剤、エポキシ樹脂などの結束剤、前記したポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸、さらにはステレオコンプレックスを含むポリ乳酸などで表面処理されたものが、均質混合性、密着性、衝撃性にも優れた組成物となる。
カップリング剤は、特に限定されないがアミノ基を有するものが好適であり、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシランのようなアミノシランが好適である。
集束剤は、特に限定されないがエポキシ樹脂が好適である。エポキシ樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノ一ルAD型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が例示される。これらカップリング剤、集束剤の割合はガラス繊維に対して固形分として通常0.1〜2質量%程度である。
これら無機フィラー(B)の含有量としては、ポリ乳酸系組成物(A)とこれら無機フィルラー(B)の合計を100質量%として、無機フィルラー(B)が5〜60質量%であることが好ましく、5〜30質量%であることがより好ましく、8〜20質量%であることが特に好ましい。
これら無機フィラー(B)の含有量が5.0質量%以下であると、機械的強度の改善効果が十分とはいえず、50.0質量%を超えると、成形性が制限される場合がある。
本発明では、これらの無機フィラーとして、特にガラス繊維、中でもガラス短繊維が好適である。
このようなガラス繊維は、単繊維の平均径が5〜30μm程度が通常である。また、ガラス短繊維が用いられる場合は、その長さは混練する押出し機等により適宜選択することができ、一般的には1.5〜6mm程度である。
これらガラス繊維は、上記したようにその表面がカップリング剤、結束剤、ポリ乳酸等で表面処理されたものが好適である。
本発明では、無機フィラー(B)として、ガラス短繊維と共に中空ガラスバルーンまたはタルクを併用することも行われる。併用する場合の中空ガラスバルーンまたはタルクの配合割合は、ポリ乳酸系組成物(A)および無機フィラー(B)の合計を100質量%に対して、ガラス短繊維が5〜30質量%とし、中空ガラスバルーンまたはタルク5〜25質量%、中でも7.5〜20質量%とすることが好適である。
ポリ乳酸系組成物(A)に無機フィラー(B)を配合した組成物
本発明の無機フィラーを配合した組成物は、ポリ乳酸系組成物(A)と望ましくは上記した処理が施された無機フィラー(B)を混合した後、混練して、好ましくはこれを線状に押出しペレット化して用いることが効率上好適である。溶融混練の温度は、230〜250℃が通常である。
本発明の無機フィラーを配合した組成物は、任意の形状に成形される。例えば、ストランド状、シート状、平板状、ペレット状等がある。なかでも、射出成形に利用するため、その径1.5〜4.5mm程度で長さが2〜50mm程度のペレットの形態が取り扱い上好適である。
なお、本発明の無機フィラーを配合した組成物には、本発明の目的に反しない限り、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤などの安定剤、臭素系難燃剤、燐系難燃剤、メラミン化合物など難燃剤、結晶核剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤、離形剤、染料、顔料などの着色剤、有機カルボン酸金属塩など核剤、可塑剤、エポキシ化合物やオキサゾリン化合物、カルボジイミド化合物などの末端封鎖剤、その他樹脂などが添加されることがある。
本発明の無機フィラーを配合した組成物は、種々の成形品に利用することができる。すなわち、一軸押出機、二軸押出機等の押出機を用いる押出成形、中空成形、射出成形、シート成形、熱成形、回転成形、積層成形等により種々の成形品を成形することができる。これらの無機フィラーを配合した成形品は、成形後に熱処理することが望ましい。熱処理の温度はポリ−L−乳酸のα晶の結晶融解温度以上とすることが望ましく、通常は160〜220℃程度である。
この熱処理により、成形品の耐熱性がより向上し、熱たわみ試験(HDT:低荷重)の温度が190℃以上の成形品を得ることができる。
本発明で提供されるこれらの射出成形品、ブロー成形品、真空/圧空成形品、押出成形品は、電気電子用品の部品、外装品、自動車の内装品、産業用、食品用の種々の包装用途にシート、フィルム、糸、テープ、織布、不織布、発泡成形品等の種々の成形品とすることができる。さらに紡糸には複合紡糸、スパンバンド法紡糸など従来公知の種々の紡糸方法がある。
本発明の成形品、例えばフィルム等には、必要に応じて他の材料を積層することも行われる。例えば、ポリオレフィンや他の生分解性プラスチックの層、無機物薄膜層などがある。
中でも、アクリル酸などの不飽和カルボン酸やその誘導体のポリマーや無機物薄膜層を設けてガスバリア性に優れた積層体を設けることも行われる。不飽和カルボン酸およびその誘導体からなるポリマー、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸などの不飽和カルボン酸やその金属塩、例えば、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛などの金属塩を重合して得られるポリマーや、それらのモノマーがポリビニルアルコールなどのポリマーの存在下に重合させて得られる耐ガスバリア性の層がある。
無機物薄膜層
無機物薄膜層には、金属または金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等の無機物を、フィルム上に薄い被膜を形成させたものがあり、その被膜がフィルムその他の成形品に対してガスバリア性を付与することができるものであれば、特に制限されるものではない。金属の具体例としては、アルミニウム、ニッケル、チタン、銅、金、白金等を挙げることができ、金属酸化物の具体例としては酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等を挙げることができる。
金属または金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物の具体的な材料を選択するに当たり、積層フィルムに求められる物性や両層間の密着性を総合的に判断して行う。例えば、高いガスバリア性を目的にする時には、アルミニウムが適切である。しかし、同時に高い透明性をも要求される場合には、無機酸化物、特に酸化珪素や酸化アルミニウムが好都合である。
さらに、フィルム基材層との密着性を上げるために各種接着剤をアンカーコートすることができる。
また珪素酸化物はSiOやSiO2で表される化合物だけでなく、組成式SiOX(Xは1.0〜2.0)で表される組成物であってもよい。例えば、SiOとSiO2との1:1の組成物を使用することができる。これらの無機薄膜は、蒸着、スパッタリング、Cat−CVDなどの従来公知の種々の方法で形成することができる。
本発明のフィルムに、上記のようなガスバリア性層を積層した積層フィルムは、種々の用途に用いることができる。例えば、乾燥食品、水物、ボイル・レトルト食品、サプリメント食品等の包装材料、シャンプー、洗剤、入浴剤、芳香剤などのトイレタリー製品の包装材、粉体、顆粒体、錠剤などの医薬品の包装材、輸液バッグをはじめとする液体の医薬品の包装材、医療用具の包装袋、ハードディスク、配線基盤、プリント基盤などの電子部品の包装材、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、無機・有機ELディスプレイ、電子ペーパー等のバリア層の材料、その他の電子材料用のバリア材、真空断熱材用のバリア材、インクカートリッジ用等の工業製品の包装材、太陽電池、燃料電池用のバリア材、バックシートとして利用される。
次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限りこれらの実施例に制約されるものではない。
実施例及び比較例で使用したポリ乳酸は次の通りである。
(イ)ポリ−L−乳酸(PLLA−1): D体量:1.9% Mw:183000(222000)(g/モル)、Tm:162.9℃及びTg:58.1℃。
(ロ)ポリ−D−乳酸(PURAC社製:PDLA−1): D体量:100.0% Mw:323000(404000)(g/モル)、Tm:178.4℃及びTg:59.2℃
本発明における測定方法は以下のとおりである。
(1−1)重量平均分子量(Mw)
下記の測定は一般的な高分子の分子量測定方法であり、この測定結果はカッコ書きで示した。
試料20mgに、GPC溶離液10mlを加え、一晩静置後、手で緩やかに攪拌した。この溶液を、両親媒性0.45μm−PTFEフィルター(ADVANTECDISMIC−25HP045AN)でろ過し、GPC試料溶液とした。
測定装置:Shodex GPC SYSTEM−21解析装置
データ解析プログラム:SIC480データステーションII
検出器:示差屈折検出器(RI)
カラム:Shodex GPC K−G + K−806L + K−806L
カラム温度:40℃
溶離液:クロロホルム
流 速:1.0ml/分
注入量:200μL
分子量校正:単分散ポリスチレン
(1−2)重量平均分子量(Mw)
下記の測定は特にポリ乳酸ステレオコンプレックス構造物の測定に適しており、この測定結果はカッコ書きなしで示した。
試料20mgを移動相に溶解し(濃度0.5%)、0.45μmの親水性PTFEフィルター(Millex−LH;日本ミリポア)でろ過し、GPC試料溶液とした。
カラム:PL HFIPgel(300×7.5mm)2本(Polymerlaboratories)
カラム温度:40℃
移動相:HFIP+5mM TFANa
流量:1.0ml/分
検出:RI
注入量:50μL
測定装置:510高圧ポンプ、U6K注水装置、410示差屈折計(日本ウオーターズ)
分子量校正:単分散PMMA(Easi Cal PM−1;Polymerlaboratories)
(2)DSC測定
示差走査熱量計(DSC)としてティー・エイ・インスツルメント社製、Q100を用い、試料約5mgを精秤し、JIS K 7121に準拠し、窒素ガス流入量:50ml/分の条件下で、0℃から加熱速度:10℃/分で250℃まで昇温して試料を一旦融解させた後、250℃に10分間維持し、冷却速度:10℃/分で0℃まで降温して結晶化させた後、再度、加熱速度:10℃/分で250℃まで昇温して熱融解曲線を得、得られた熱融解曲線から、試料の融点(Tm)及び融点の第2回昇温(2nd−heating)時のピーク高さ、ガラス転位点(Tg)、降温時での結晶化温度(Tc)及び熱量(Hc)を求めた。
なお、ピーク高さは、65℃〜75℃付近のベースラインと240℃〜250℃付近のベースラインを結ぶことにより得られるベースラインからの高さで求めた。
(3)透明性
日本電色工業社製、ヘイズメーター300Aを用いてフィルムのヘイズ(HZ)および平行光線透過率(PT)を測定した。また、全光線透過率(TT)も測定した。
(4)インジェクション成形の加工性(型開き性)
射出充填後金型を開いた際に成形品が固化しているものを、型開き性良好とした。また成形品が軟化しており、取り出した後形が崩れてしまうもの、またゼットピンで取り出せず、スプルーが金型内に残ってしまうものを、型開き性不良とした。
(5)真空成形品の耐熱性
真空成形品(容器)の耐熱性を98℃の熱湯を底から6cmまで入れて容器の変形が起きるか確認することで測定した。
但し、実施例10は浅底のため底から3cmとした。
○:変形なし
△:軽微な変形有り(主に底部の変形)
×:変形が大きい(容器が傾く、湯がこぼれるような状況)
実施例1
<ポリ乳酸系組成物の製造>
PLLA−1:PDLA−1を50:50(重量%)の比で計量し、フィード速度120g/分で、東芝機械株式会社製 同方向回転二軸混練押出機(TEM−37BS)スクリュ径:37mm、スクリュ条数:2、スクリュ長(l/d):42、スクリュ部:882mm、ミキシング部:644mmからなるスクリュパターン)を用いてC1〜C12:250℃、430rpmの条件下で混練押出し、次にその先端に一軸混練押出機(SE−50C スクリュ径:50mm、スクリュ長(l/d):28)を用いて、更に幅400mmのコートハンガー型Tダイのリップに0.5mm厚さのスズ合金板を挿入固定し幅280mmとして用い、鏡面処理したチルロール(水温:15℃)で1.0m/分の速度で成形を行い、厚さ約300μmの無延伸シートとした。
結果を表1に示す。
ダイスから出てきた無延伸シートのDSCを測定した。2nd−heatingのピーク高さを見るとTm=200〜250℃のピークしかなく、選択的にステレオコンプレックス晶を生成する組成物となっていることが分かる。
実施例2a
<ポリ乳酸系組成物の製造>
PLLA−1:PDLA−1を50:50(質量%)の比で80g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、60rpmの条件下で15分間溶融混練し、ポリ乳酸系組成物(組成物−2a)を得た。
<プレスシートの製造>
組成物−2aを厚さ:50μmのポリイミドフィルム(宇部興産製 商品名:ユーピレックスー50S)で挟んだ後、厚さ:0.5mm及び270mm×270mmのステンレス製矩形の金枠に入れ、プレス温度:250℃、初圧:3分(圧力0)、ガス抜き:5回、プレス時間:4分(圧力100kgf)、冷却:5分(圧力10kgf)の条件でプレス成形し、プレスシート(プレスシート−2a)を得た。
実施例2b
混練時間を3分にした以外は実施例2aと同様に行った。
実施例2aと2bの結果を表2に示す。
表2から明らかなように、プレスシートのDSC測定において10分経過後の降温時(10℃/分)のピークが45J/g以上であり、第二回昇温でTm=150〜180℃のピークがないプレスシート−2からなる実施例2aの延伸フィルムが表面粗さ(SRa)が0.1μm以下と表面平滑性に優れヘイズが3%と透明性に優れている。
一方、実施例2bは延伸後200℃×30分熱処理をした後のDSC測定ではΔHm2が56J/gと大きくピーク高さ比も0.1以下とステレオコンプレックス結晶が多く生成していることが伺えるが、フィルムの物性を実施例17bに比べ17aのほうがフィルム強度、ヘイズ、表面粗さ、耐熱性に優れている。
実施例3
<インジェクション成形用チップの製造>
実施例1で作製した厚さ約300μmのシートを粉砕した後にプレス成形機で250℃×5分で約1mm厚でプレス成形し、カットしたものを原料とした。
<インジェクション成形>
東洋機械金属インジェクション成形機Ti−80を用い下記条件で成形した。金型は3mm厚のスペシメン用を使用した。
シリンダー温度:C1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=215/215/215/215/235(℃)
金型温度:130(℃)
型内結晶化時間:1(分)
切替位置0〜40mmの速度:50(%)、圧力:30(kgf)、タイマー:5(秒)
切替位置40〜40mmの速度:50(%)、圧力:30(kgf)、タイマー:10(秒)
切替位置40〜70mmの速度:50(%)、圧力:30(kgf)、タイマー:4(秒)
チャージ位置70mmの速度:50(%)、タイマー:10(秒)
サックバック(位置0mm):50(%)、タイマー:170(秒)
実施例4
金型温度を120(℃)とした以外は、実施例3と同様に行った。
実施例5
金型温度を120(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
実施例6
金型温度を110(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例1
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を60(℃)とした以外は、実施例18と同様に行った。
比較例2
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を80(℃)とした以外は、実施例18と同様に行った。
比較例3
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を80(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例4
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を90(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例5
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例6
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=230/230/230/250/250(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例7
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=225/225/225/235/235(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例8
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=225/225/225/235/235(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を1(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例9
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=225/225/225/235/235(℃)
金型温度を80(℃)、型内結晶化時間を1(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例10
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=225/225/225/235/235(℃)
金型温度を20(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例11
PLLA−1:PDLA−1=50:50(質量%)からなる無延伸シートを粉砕してプレスし更にカットしたものの代わりにPLLA−1を単体で用い、シリンダー温度を、C1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=200/200/200/200/200(℃)
とし、金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を1(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例12
比較例11においてオーブンで120℃×5分加熱した例を示す。
比較例13
PLLA−1:PDLA−1=50:50(質量比)からなる無延伸シートを粉砕してプレスし更にカットしものの代わりにPLLA−1:タルク(日本タルク社製P4)=70:30(質量比)を予め二軸押出機で混練して作ったペレットを用い、
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=200/200/200/200/200(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を1(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例14
比較例22においてさらにオーブンで120℃×5分加熱した例を示す。
結果を表3−1〜表3−4に示す。
表から明らかなように、PLLA−1とPDLA−1を50:50(質量%)で予め十分混練したシートを原料として用い、且つシリンダー温度C1〜C4が220℃以下の実施例3〜6は金型内で結晶化が進んでいるため、型開き性が良好であった。また成形品は実施例3のようにDSC測定において、第1回昇温で結晶化のピークが現れずほとんど結晶化しており、且つTm=150〜180℃の融解のピークが現れず、Tm=200〜250℃の融解ピークのみであることから、成形品の中の結晶構造はステレオコンプレックス晶化している。PLLA−1に炭酸カルシウムを30室量%配合した比較例13及び14に比べても透明性が優れている。
比較例14は、比較例13において更に120℃×5分の熱処理を行ったものであり、DSCの測定により1st heatingのΔHcが減少していることから、熱処理で結晶化が進み耐熱性が改善することが予想される。
実施例7
<真空成形用シートの製造>
実施例1で作製した厚さ約300μmのシートを原料とした。
<真空成形>
株式会社浅野研究所製カットシートテスト成形機FKS−0631−20を用いて下記条件で成形した。金型は上面径82mm、下面径55mm、絞り深さ60mmのプリン型を用いた。
<1>時間設定
上テーブル下降遅れ:0.0(秒)
真空遅れ :0.8(秒)
圧空遅れ :1.2(秒)
下テーブル上昇遅れ:0.2(秒)
冷却エア遅れ :0.0(秒)
冷却時間 :60.0(秒)
型締遅れ :0.5(秒)
離型1時間 :0.5(秒)
排気時間 :0.5(秒)
離型2時間 :0.0(秒)
排気時間 :0.5(秒)
型締切遅れ :60.0(秒)
圧空圧力 :0.5(秒)
<2>上テーブル
オープンハイト :250.0(mm)
下降低速位置 :157.0(mm)
シャットハイト : 94.0(mm)
下降高速 :100 (%)
下降低速 :100 (%)
上昇高速 :100 (%)
上昇低速 : 3 (%)
上昇高速位置 :150.0(mm)
<3>下テーブル
シャットハイト :115.0(mm)
上昇低速位置 :220.0(mm)
オープンハイト :300.0(mm)
上昇高速 :100 (%)
上昇低速 :100 (%)
下降高速 : 20 (%)
上昇低速 :100 (%)
上昇高速位置 :200.0(mm)
本装置は(1)予熱部、(2)成形部と分かれているバッチ式である。まず(1)予熱部で遠赤外ヒーターによりシートが加熱させ放射温度計によりシート表面の温度が設定値に予熱されると、(2)成形部に移動しキャビティ/プラグ間で成形される。
予熱ヒーター温度を300℃にし、シート表面温度が140℃に上昇したところで成形を行った。予熱時間は21秒であった。またキャビティの設定温度は100℃、プラグの設定温度は100℃、成形時間(型内保持時間)は60秒とした。
実施例8
キャビティ設定温度を140℃とする以外は実施例22と同様に行った。
実施例9
予熱ヒーター温度を400℃にし、シート表面温度が80℃に上昇したところで成形を行い、またキャビティの設定温度は130℃、ブラグの設定温度は130℃とした以外は実施例22と同様に行った。
比較例15
予熱ヒーター温度を400℃にし、シート表面温度が100℃に上昇したところで成形をした以外は実施例22と同様に行った。
比較例16
予熱ヒーター温度を400℃にし、シート表面温度が100℃に上昇したところで成形を行い、またキャビティの設定温度は120℃、プラグの設定温度は120℃とした以外は実施例22と同様に行った。
比較例17
PLLA−1:PDLA−1=50:50(質量%)からなるシートを用いる代わりにPLLA−1単体からなるシートを用いた以外は実施例22と同様に行った。
比較例18
PLLA−1:PDLA−1=50:50(質量%)からなるシートを用いる代わりにPLLA−1単体からなるシートを用い、またキャビティの設定温度を40℃、プラグの設定温度を40℃とした以外は実施例22と同様に行った。
結果を表4に示す。
表4から明らかなように、PLLA−1とPDLA−1を50:50(質量%)で予め十分混練したシートを原料として用い、且つ予熱に時間をかけてシートで一部結晶させた実施例7、実施例8はヘイズはやや上がるものの成形性、耐熱性ともに優れていた。
一方PLLA−1単体からなる比較例16は同一条件ではキャビティ内で成形品が軟化して貼りついてしまい成形できず、成形するためにキャビティ、プラグ温度を常温まで下げた比較例17では耐熱性が得られなかった。
また予熱ヒーター温度を上げて予熱時間が短い条件とした実施例9は成形性は不安定ながらもヘイズの低いサンプルが得られた。熱湯を入れても大きな変形はなく、耐熱性に優れたサンプルであった。
実施例10
<真空成形用シートの製造>
実施例1で作製した厚み約300μmのシート(無延伸)を原料とした。
<真空成形>
大森機械工業株式会社製真空成形機を用いて下記条件で成型した。金型は内径100mm、絞り深さ40mmの円筒型を用いた。
予熱時間:5.0(秒)
予熱温度:100(℃)
キャビティの加温はなし(15℃程度)
<熱処理>
上記成形品をアルミ製治具に固定しオーブン内で200℃×15分熱処理を行った。
また熱処理後は速やかに冷却するため20℃の水中に治具ごと投入した。
得られた成形品は98℃の熱湯を注いでも変形しなかった。またHZ:3.9(%)、TT:91.4(%)、PT:87.9(%)と透明性に優れるものであった。
以下に示す実施例、比較例においては、PLLA−1とPDLA−1は前記の通りであり、ガラス繊維は次の通りである。
(イ)NSG ヴェトロテックス社製 ガラスファイバー RES 03(繊維状)(GF1)
繊維径::10μm
繊維長:3mm
(ロ)日本板硝子製 ガラスフレーク REF−500A(鱗片状)(GF2)
フレーク厚み:平均5μm フレーク径:10〜4000μm(平均4mm)
(ハ)日東紡績製 ガラスファイバー CSF3PE−941(繊維状)(GF3)
繊維径:5〜10μm
繊維長:3mm
なお、測定方法は前記した以外は、以下の方法の通りである。
(6)引張り試験
プレスシートから試験片(長さ:120mm、幅:15mm)を採取して測定を行った。
装置 :万能材料試験機 2010−5型(インテスコ社製)
試験片形状 :120mm×15mm×1mmt
つかみ具距離:60mm
試験速度 :50mm/分
試験環境 :23℃、50%
試験数 :n=3
(7)曲げ剛性
プレスシートから試験片(長さ:60mm、幅:15mm)を採取して、測定を行った。
装置 :オルゼン剛性試験機 6−U型(東洋精機製作所社製)
試験片形状 :60mm×15mm×1mmt
試験法 :JIS K 7106に準ずる
支点間距離 :15mm
試験環境 :23℃、50%
試験数 :n=5
(8)耐熱性
プレスシートから試験片(長さ:120mm、幅:15mm)を採取して、3枚重ねて端をセロハンテープで留めて測定を行った。
但し、インジェクション成形品は試験片(ASTM 1/4inch)をそのまま用いた。
装置 :全自動HDT試験機 148−HDA6型(安田精機製作所社製)
試験片形状 :120mm×15mm×3mmt(1mmtを3枚重ね)
試験法 :JIS K 7191に準ずる
試験片の方向:エッジワイズ
試験荷重 :低荷重(0.45MPa)
高荷重(1.81MPa)
試験数 :n=2
(9)引張試験
インジェクション成形の試験片(ダンベル形状)を用いた。
試験機種 :万能材料試験機 2100型(インテスコ社製)
試験片形状 :JIS K7113−2
つかみ具距離:80mm
試験速度 :50mm/分
試験環境 :23℃、50%
試験数 :n=3
(10)アイゾット衝撃試験
インジェクション成形の試験片(ノッチ付き)を用いた。
試験方法 :アイゾットJIS
ハンマー容量:3.92J(40kgf・cm)
つかみ具距離:80mm
ノッチの有無:有
空振り確度 :149.0°
試験温度 :23℃
試験数 :n=3
(11)曲げ弾性率
試験機種 : 万能材料試験機 2001−5型(インテスコ社製)
試験片形状: ASTM 1/4inch
試験速度 : 2mminch/min.
支点間距離: 100mm
試験環境 : 23℃、50%
試験数 : n=3
実施例11
<ポリ乳酸系組成物の製造>
PLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で81g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、120rpmの条件下で15分間溶融混練したところで、GF1を9g(全体に対して10質量%相当)追加し更に5分間(合計20分間)同条件で混練し、ポリ乳酸系組成物(組成物−11)を得た。
<プレスシートの製造>
組成物−11を厚さ:50μmのポリイミドフィルム(宇部興産製 商品名:ユーピレックスー50S)で挟んだ後、厚さ1.0mm及び240mm×240mmのステンレス製矩形の金枠に入れ、プレス温度:240℃、時間:8分(圧力0.6kgf)、ガス抜き:20回、プレス時間:4分(圧力30kgf)、冷却:5分(圧力30kgf)の条件でプレス成形し、プレスシート(プレスシート−11)を得た。
<試験片の製造>
プレスシート−11より15mm×120mm×1mmtを40本の短冊を切り出した。
更にこれら短冊に熱処理を行った。すなわち、各短冊10本ずつに(1)オーブン内で130℃×10分、(2)オーブン内で200℃×30分、(3)プレスで200℃×3分、(4)プレスで200℃×7分の熱処理を行った。
実施例12
実施例11のPLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で72g計量し、GF1を18g(全体に対して20質量%相当)とした以外は、実施例11と同様に行った。
実施例13
実施例11のPLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で63g計量し、GF1を27g(全体に対して30質量%相当)とした以外は、実施例11と同様に行った。
実施例14
実施例11のPLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で54g計量し、GF1を36g(全体に対して40質量%相当)とした以外は、実施例11と同様に行った。
実施例15
実施例1のPLLA−1:PDLA−1:を50:50の重量比で45g計量し、GF1を45g(全体に対して50質量%相当)とした以外は、実施例11と同様に行った。
実施例16
実施例13のGF1をGF2とした以外は、実施例13と同様に行った。
実施例17
実施例13のGF1をGF3とした以外は、実施例13と同様に行った。
比較例19
実施例11のPLLA−1:PDLA−1:を50:50の質量比で90g計量し、GF1を入れないとした以外は、実施例1と同様に行った。
比較例20及び比較例21
PLLA−1を100(質量%)の比で63g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて200℃、120rpmの条件下で3分間溶融混練したところで、GF1を27g(全体に対して30質量%相当)追加し更に3分間(合計6分間)同条件で混練し、ポリ乳酸系組成物(組成物−比21)を得た。
<プレスシートの製造>
組成物−比21を厚さ:50μmのポリイミドフィルム(宇部興産製 商品名:ユーピレックスー50S)で挟んだ後、厚さ:1.0mm及び240mm×240mmのステンレス製矩形の金枠に入れ、プレス温度:200℃、時間:8分(圧力0.6kgf)、ガス抜き:10回、プレス時間:4分(圧力30kgf)、冷却:5分(圧力30kgf)の条件でプレス成形し、プレスシート(プレスシート−比21)を得た。また、同様にしてPLLA−1のみから同様にプレスシートを得た(プレスシート−比20)。
<試験片の製造>
プレスシート−比20及びプレスシート−比21より15mm×120mm×1mmtを40本の短冊を切り出した。
更にこれら短冊に熱処理を行った。すなわち、各短冊10本ずつに(1)オーブン内で130℃×10分、(2)オーブン内で200℃×30分、(3)プレスで200℃×3分、(4)プレスで200℃×7分の熱処理を行った。
比較例22
比較例20のGF1をGF2とした以外は、比較例20と同様に行った。
比較例23
比較例20のGF1をGF3とした以外は、比較例20と同様に行った。
これらの結果を表5−1、5−2に示す。
図9、図10に実施例11のポリ乳酸系組成物(組成物11)に用いられたポリ乳酸系ポリマー成分のDSCチャートを示す。すなわちPLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で81g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、120rpmの条件下で15分間溶融混練して得られたポリ乳酸系ポリマー成分(GFを含まない)(これは、比較例19のポリ乳酸系組成物でもある。)の第1回降温のDSC測定のチャートが図9である。また、第2回昇温のDSC測定のチャートが図10である。
図から明らかなように、実施例11〜17のポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の混練体は、DSC測定において250℃で10分経過した後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg以上であり、DSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=150〜180℃のピーク(ピーク1)とTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)のピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5以下である。
このようなポリ乳酸組成物にガラスファーバーを混練した実施例11〜17はいずれも、HDT(低荷重)が200℃とガラスファイバーを混練しない比較例19に比べて熱たわみ温度が格段に高いものである。一方、ポリ乳酸としてポリ−L−乳酸単体しか含まない比較例20〜22は(1)オーブン内で130℃×10分の熱処理でも耐熱温度は160℃程度と不十分であり、更に(2)オーブン内で200℃×30分、(3)プレスで200℃×3分、(4)プレスで200℃×7分の熱処理を行っても溶融して測定不可であった。
実施例28
<ポリ乳酸系組成物の製造>
PLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で70g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、120rpmの条件下で15分間溶融混練したところで、GF1を30g(全体に対して30%相当)追加し更に5分間(合計20分間)同条件で混練し、ポリ乳酸系組成物(組成物−28)を得た。本操作を6回繰り返し計600gの組成物を得た。
<プレスシートの製造>
組成物−28を厚さ:50μmのポリイミドフィルム(宇部興産製、商品名:ユーピレックスー50S)で挟んだ後、厚さ:1.0mm及び230mm×260mmのステンレス製矩形の金枠に入れ、プレス温度:240℃、時間:8分(圧力0.6kgf)、ガス抜き:10回、プレス時間:4分(圧力30kgf)、冷却:5分(圧力30kgf)の条件でプレス成形し、プレスシート(プレスシート−28)を計7枚得た。
<チップの製造>
プレスシート−28をプラスチック用シュレッダーにかけて5mm巾×約20mmにチップ化した。更に粉砕機にかけて30mm以上の長いものを短くした。
<インジェクション成形による試験片の製造>
上記チップを用いてインジェクション成形を行った。
東洋機械金属インジェクション成形機Ti−100IIIを用い下記条件で成形した。
金型は3mm厚のスペシメン用を使用した。
スクリュ径:24mmφ
シリンダー温度:C1(先端)/C2/C3/C4(ホッパー側)=210/220/220/215(℃)
金型温度:180(℃)
型内結晶化時間:1(分)
射出
切替位置0〜17mmの速度:3.0(mm/s)、圧力:0(MPa)、タイマー:0(s)
切替位置17〜36mmの速度:4.1(mm/s)、圧力:50(MPa)、タイマー:2(秒)
切替位置36〜45mmの速度:4.1(mm/s)、圧力:100(MPa)、タイマー:20(秒)
計量の速度 :10.0(mm/s)
サックバック(巾0.0mm):91.1(mm/s)
結果を表6に示す。
表6から明らかなように、実施例13,16及び17と同じ組成物をインジェクション成形した実施例28,29及び30はいずれも1分のサイクルで引っ張り試験強度、耐熱性、アイゾット衝撃試験強度の優れた成形品となったことが分かる。その中でも特に長繊維型のグラスファイバーを充填した実施例28,30は引張試験強度、曲げ弾性率、アイゾット衝撃試験強度が所謂エンジニアリングプラスチックであるガラス強化PBT等と同レベルにまで優れていた。
実施例及び比較例で使用したポリ乳酸は次の通りである。
(イ)ポリ−L−乳酸(PLLA−1): D体量:1.9% Mw:183000(222000)(g/モル)、Tm:162.9℃及びTg:58.1℃。
(ロ)ポリ−D−乳酸(PURAC社製:PDLA−1): D体量:100.0% Mw:323000(404000)(g/モル)、Tm:178.4℃及びTg:59.2℃
本発明における測定方法は以下のとおりである。
(1−1)重量平均分子量(Mw)
下記の測定は一般的な高分子の分子量測定方法であり、この測定結果はカッコ書きで示した。
試料20mgに、GPC溶離液10mlを加え、一晩静置後、手で緩やかに攪拌した。この溶液を、両親媒性0.45μm−PTFEフィルター(ADVANTECDISMIC−25HP045AN)でろ過し、GPC試料溶液とした。
測定装置:Shodex GPC SYSTEM−21解析装置
データ解析プログラム:SIC480データステーションII
検出器:示差屈折検出器(RI)
カラム:Shodex GPC K−G + K−806L + K−806L
カラム温度:40℃
溶離液:クロロホルム
流 速:1.0ml/分
注入量:200μL
分子量校正:単分散ポリスチレン
(1−2)重量平均分子量(Mw)
下記の測定は特にポリ乳酸ステレオコンプレックス構造物の測定に適しており、この測定結果はカッコ書きなしで示した。
試料20mgを移動相に溶解し(濃度0.5%)、0.45μmの親水性PTFEフィルター(Millex−LH;日本ミリポア)でろ過し、GPC試料溶液とした。
カラム:PL HFIPgel(300×7.5mm)2本(Polymerlaboratories)
カラム温度:40℃
移動相:HFIP+5mM TFANa
流量:1.0ml/分
検出:RI
注入量:50μL
測定装置:510高圧ポンプ、U6K注水装置、410示差屈折計(日本ウオーターズ)
分子量校正:単分散PMMA(Easi Cal PM−1;Polymerlaboratories)
(2)DSC測定
示差走査熱量計(DSC)としてティー・エイ・インスツルメント社製、Q100を用い、試料約5mgを精秤し、JIS K 7121に準拠し、窒素ガス流入量:50ml/分の条件下で、0℃から加熱速度:10℃/分で250℃まで昇温して試料を一旦融解させた後、250℃に10分間維持し、冷却速度:10℃/分で0℃まで降温して結晶化させた後、再度、加熱速度:10℃/分で250℃まで昇温して熱融解曲線を得、得られた熱融解曲線から、試料の融点(Tm)及び融点の第2回昇温(2nd−heating)時のピーク高さ、ガラス転位点(Tg)、降温時での結晶化温度(Tc)及び熱量(Hc)を求めた。
なお、ピーク高さは、65℃〜75℃付近のベースラインと240℃〜250℃付近のベースラインを結ぶことにより得られるベースラインからの高さで求めた。
(3)透明性
日本電色工業社製、ヘイズメーター300Aを用いてフィルムのヘイズ(HZ)および平行光線透過率(PT)を測定した。また、全光線透過率(TT)も測定した。
(4)インジェクション成形の加工性(型開き性)
射出充填後金型を開いた際に成形品が固化しているものを、型開き性良好とした。また成形品が軟化しており、取り出した後形が崩れてしまうもの、またゼットピンで取り出せず、スプルーが金型内に残ってしまうものを、型開き性不良とした。
(5)真空成形品の耐熱性
真空成形品(容器)の耐熱性を98℃の熱湯を底から6cmまで入れて容器の変形が起きるか確認することで測定した。
但し、実施例10は浅底のため底から3cmとした。
○:変形なし
△:軽微な変形有り(主に底部の変形)
×:変形が大きい(容器が傾く、湯がこぼれるような状況)
実施例1
<ポリ乳酸系組成物の製造>
PLLA−1:PDLA−1を50:50(重量%)の比で計量し、フィード速度120g/分で、東芝機械株式会社製 同方向回転二軸混練押出機(TEM−37BS)スクリュ径:37mm、スクリュ条数:2、スクリュ長(l/d):42、スクリュ部:882mm、ミキシング部:644mmからなるスクリュパターン)を用いてC1〜C12:250℃、430rpmの条件下で混練押出し、次にその先端に一軸混練押出機(SE−50C スクリュ径:50mm、スクリュ長(l/d):28)を用いて、更に幅400mmのコートハンガー型Tダイのリップに0.5mm厚さのスズ合金板を挿入固定し幅280mmとして用い、鏡面処理したチルロール(水温:15℃)で1.0m/分の速度で成形を行い、厚さ約300μmの無延伸シートとした。
結果を表1に示す。
実施例2a
<ポリ乳酸系組成物の製造>
PLLA−1:PDLA−1を50:50(質量%)の比で80g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、60rpmの条件下で15分間溶融混練し、ポリ乳酸系組成物(組成物−2a)を得た。
<プレスシートの製造>
組成物−2aを厚さ:50μmのポリイミドフィルム(宇部興産製 商品名:ユーピレックスー50S)で挟んだ後、厚さ:0.5mm及び270mm×270mmのステンレス製矩形の金枠に入れ、プレス温度:250℃、初圧:3分(圧力0)、ガス抜き:5回、プレス時間:4分(圧力100kgf)、冷却:5分(圧力10kgf)の条件でプレス成形し、プレスシート(プレスシート−2a)を得た。
実施例2b
混練時間を3分にした以外は実施例2aと同様に行った。
実施例2aと2bの結果を表2に示す。
一方、実施例2bは延伸後200℃×30分熱処理をした後のDSC測定ではΔHm2が56J/gと大きくピーク高さ比も0.1以下とステレオコンプレックス結晶が多く生成していることが伺えるが、フィルムの物性を実施例17bに比べ17aのほうがフィルム強度、ヘイズ、表面粗さ、耐熱性に優れている。
実施例3
<インジェクション成形用チップの製造>
実施例1で作製した厚さ約300μmのシートを粉砕した後にプレス成形機で250℃×5分で約1mm厚でプレス成形し、カットしたものを原料とした。
<インジェクション成形>
東洋機械金属インジェクション成形機Ti−80を用い下記条件で成形した。金型は3mm厚のスペシメン用を使用した。
シリンダー温度:C1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=215/215/215/215/235(℃)
金型温度:130(℃)
型内結晶化時間:1(分)
切替位置0〜40mmの速度:50(%)、圧力:30(kgf)、タイマー:5(秒)
切替位置40〜40mmの速度:50(%)、圧力:30(kgf)、タイマー:10(秒)
切替位置40〜70mmの速度:50(%)、圧力:30(kgf)、タイマー:4(秒)
チャージ位置70mmの速度:50(%)、タイマー:10(秒)
サックバック(位置0mm):50(%)、タイマー:170(秒)
実施例4
金型温度を120(℃)とした以外は、実施例3と同様に行った。
実施例5
金型温度を120(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
実施例6
金型温度を110(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例1
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を60(℃)とした以外は、実施例18と同様に行った。
比較例2
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を80(℃)とした以外は、実施例18と同様に行った。
比較例3
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を80(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例4
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を90(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例5
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=250/250/250/250/250(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例6
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=230/230/230/250/250(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例7
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=225/225/225/235/235(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例8
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=225/225/225/235/235(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を1(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例9
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=225/225/225/235/235(℃)
金型温度を80(℃)、型内結晶化時間を1(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例10
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=225/225/225/235/235(℃)
金型温度を20(℃)、型内結晶化時間を3(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例11
PLLA−1:PDLA−1=50:50(質量%)からなる無延伸シートを粉砕してプレスし更にカットしたものの代わりにPLLA−1を単体で用い、シリンダー温度を、C1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=200/200/200/200/200(℃)
とし、金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を1(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例12
比較例11においてオーブンで120℃×5分加熱した例を示す。
比較例13
PLLA−1:PDLA−1=50:50(質量比)からなる無延伸シートを粉砕してプレスし更にカットしものの代わりにPLLA−1:タルク(日本タルク社製P4)=70:30(質量比)を予め二軸押出機で混練して作ったペレットを用い、
シリンダー温度をC1(先端)/C2/C3/C4/C5(ホッパー側)
=200/200/200/200/200(℃)
金型温度を100(℃)、型内結晶化時間を1(分)とした以外は、実施例3と同様に行った。
比較例14
比較例22においてさらにオーブンで120℃×5分加熱した例を示す。
結果を表3−1〜表3−4に示す。
比較例14は、比較例13において更に120℃×5分の熱処理を行ったものであり、DSCの測定により1st heatingのΔHcが減少していることから、熱処理で結晶化が進み耐熱性が改善することが予想される。
実施例7
<真空成形用シートの製造>
実施例1で作製した厚さ約300μmのシートを原料とした。
<真空成形>
株式会社浅野研究所製カットシートテスト成形機FKS−0631−20を用いて下記条件で成形した。金型は上面径82mm、下面径55mm、絞り深さ60mmのプリン型を用いた。
<1>時間設定
上テーブル下降遅れ:0.0(秒)
真空遅れ :0.8(秒)
圧空遅れ :1.2(秒)
下テーブル上昇遅れ:0.2(秒)
冷却エア遅れ :0.0(秒)
冷却時間 :60.0(秒)
型締遅れ :0.5(秒)
離型1時間 :0.5(秒)
排気時間 :0.5(秒)
離型2時間 :0.0(秒)
排気時間 :0.5(秒)
型締切遅れ :60.0(秒)
圧空圧力 :0.5(秒)
<2>上テーブル
オープンハイト :250.0(mm)
下降低速位置 :157.0(mm)
シャットハイト : 94.0(mm)
下降高速 :100 (%)
下降低速 :100 (%)
上昇高速 :100 (%)
上昇低速 : 3 (%)
上昇高速位置 :150.0(mm)
<3>下テーブル
シャットハイト :115.0(mm)
上昇低速位置 :220.0(mm)
オープンハイト :300.0(mm)
上昇高速 :100 (%)
上昇低速 :100 (%)
下降高速 : 20 (%)
上昇低速 :100 (%)
上昇高速位置 :200.0(mm)
本装置は(1)予熱部、(2)成形部と分かれているバッチ式である。まず(1)予熱部で遠赤外ヒーターによりシートが加熱させ放射温度計によりシート表面の温度が設定値に予熱されると、(2)成形部に移動しキャビティ/プラグ間で成形される。
予熱ヒーター温度を300℃にし、シート表面温度が140℃に上昇したところで成形を行った。予熱時間は21秒であった。またキャビティの設定温度は100℃、プラグの設定温度は100℃、成形時間(型内保持時間)は60秒とした。
実施例8
キャビティ設定温度を140℃とする以外は実施例22と同様に行った。
実施例9
予熱ヒーター温度を400℃にし、シート表面温度が80℃に上昇したところで成形を行い、またキャビティの設定温度は130℃、ブラグの設定温度は130℃とした以外は実施例22と同様に行った。
比較例15
予熱ヒーター温度を400℃にし、シート表面温度が100℃に上昇したところで成形をした以外は実施例22と同様に行った。
比較例16
予熱ヒーター温度を400℃にし、シート表面温度が100℃に上昇したところで成形を行い、またキャビティの設定温度は120℃、プラグの設定温度は120℃とした以外は実施例22と同様に行った。
比較例17
PLLA−1:PDLA−1=50:50(質量%)からなるシートを用いる代わりにPLLA−1単体からなるシートを用いた以外は実施例22と同様に行った。
比較例18
PLLA−1:PDLA−1=50:50(質量%)からなるシートを用いる代わりにPLLA−1単体からなるシートを用い、またキャビティの設定温度を40℃、プラグの設定温度を40℃とした以外は実施例22と同様に行った。
結果を表4に示す。
一方PLLA−1単体からなる比較例16は同一条件ではキャビティ内で成形品が軟化して貼りついてしまい成形できず、成形するためにキャビティ、プラグ温度を常温まで下げた比較例17では耐熱性が得られなかった。
また予熱ヒーター温度を上げて予熱時間が短い条件とした実施例9は成形性は不安定ながらもヘイズの低いサンプルが得られた。熱湯を入れても大きな変形はなく、耐熱性に優れたサンプルであった。
実施例10
<真空成形用シートの製造>
実施例1で作製した厚み約300μmのシート(無延伸)を原料とした。
<真空成形>
大森機械工業株式会社製真空成形機を用いて下記条件で成型した。金型は内径100mm、絞り深さ40mmの円筒型を用いた。
予熱時間:5.0(秒)
予熱温度:100(℃)
キャビティの加温はなし(15℃程度)
<熱処理>
上記成形品をアルミ製治具に固定しオーブン内で200℃×15分熱処理を行った。
また熱処理後は速やかに冷却するため20℃の水中に治具ごと投入した。
得られた成形品は98℃の熱湯を注いでも変形しなかった。またHZ:3.9(%)、TT:91.4(%)、PT:87.9(%)と透明性に優れるものであった。
以下に示す実施例、比較例においては、PLLA−1とPDLA−1は前記の通りであり、ガラス繊維は次の通りである。
(イ)NSG ヴェトロテックス社製 ガラスファイバー RES 03(繊維状)(GF1)
繊維径::10μm
繊維長:3mm
(ロ)日本板硝子製 ガラスフレーク REF−500A(鱗片状)(GF2)
フレーク厚み:平均5μm フレーク径:10〜4000μm(平均4mm)
(ハ)日東紡績製 ガラスファイバー CSF3PE−941(繊維状)(GF3)
繊維径:5〜10μm
繊維長:3mm
なお、測定方法は前記した以外は、以下の方法の通りである。
(6)引張り試験
プレスシートから試験片(長さ:120mm、幅:15mm)を採取して測定を行った。
装置 :万能材料試験機 2010−5型(インテスコ社製)
試験片形状 :120mm×15mm×1mmt
つかみ具距離:60mm
試験速度 :50mm/分
試験環境 :23℃、50%
試験数 :n=3
(7)曲げ剛性
プレスシートから試験片(長さ:60mm、幅:15mm)を採取して、測定を行った。
装置 :オルゼン剛性試験機 6−U型(東洋精機製作所社製)
試験片形状 :60mm×15mm×1mmt
試験法 :JIS K 7106に準ずる
支点間距離 :15mm
試験環境 :23℃、50%
試験数 :n=5
(8)耐熱性
プレスシートから試験片(長さ:120mm、幅:15mm)を採取して、3枚重ねて端をセロハンテープで留めて測定を行った。
但し、インジェクション成形品は試験片(ASTM 1/4inch)をそのまま用いた。
装置 :全自動HDT試験機 148−HDA6型(安田精機製作所社製)
試験片形状 :120mm×15mm×3mmt(1mmtを3枚重ね)
試験法 :JIS K 7191に準ずる
試験片の方向:エッジワイズ
試験荷重 :低荷重(0.45MPa)
高荷重(1.81MPa)
試験数 :n=2
(9)引張試験
インジェクション成形の試験片(ダンベル形状)を用いた。
試験機種 :万能材料試験機 2100型(インテスコ社製)
試験片形状 :JIS K7113−2
つかみ具距離:80mm
試験速度 :50mm/分
試験環境 :23℃、50%
試験数 :n=3
(10)アイゾット衝撃試験
インジェクション成形の試験片(ノッチ付き)を用いた。
試験方法 :アイゾットJIS
ハンマー容量:3.92J(40kgf・cm)
つかみ具距離:80mm
ノッチの有無:有
空振り確度 :149.0°
試験温度 :23℃
試験数 :n=3
(11)曲げ弾性率
試験機種 : 万能材料試験機 2001−5型(インテスコ社製)
試験片形状: ASTM 1/4inch
試験速度 : 2mminch/min.
支点間距離: 100mm
試験環境 : 23℃、50%
試験数 : n=3
実施例11
<ポリ乳酸系組成物の製造>
PLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で81g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、120rpmの条件下で15分間溶融混練したところで、GF1を9g(全体に対して10質量%相当)追加し更に5分間(合計20分間)同条件で混練し、ポリ乳酸系組成物(組成物−11)を得た。
<プレスシートの製造>
組成物−11を厚さ:50μmのポリイミドフィルム(宇部興産製 商品名:ユーピレックスー50S)で挟んだ後、厚さ1.0mm及び240mm×240mmのステンレス製矩形の金枠に入れ、プレス温度:240℃、時間:8分(圧力0.6kgf)、ガス抜き:20回、プレス時間:4分(圧力30kgf)、冷却:5分(圧力30kgf)の条件でプレス成形し、プレスシート(プレスシート−11)を得た。
<試験片の製造>
プレスシート−11より15mm×120mm×1mmtを40本の短冊を切り出した。
更にこれら短冊に熱処理を行った。すなわち、各短冊10本ずつに(1)オーブン内で130℃×10分、(2)オーブン内で200℃×30分、(3)プレスで200℃×3分、(4)プレスで200℃×7分の熱処理を行った。
実施例12
実施例11のPLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で72g計量し、GF1を18g(全体に対して20質量%相当)とした以外は、実施例11と同様に行った。
実施例13
実施例11のPLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で63g計量し、GF1を27g(全体に対して30質量%相当)とした以外は、実施例11と同様に行った。
実施例14
実施例11のPLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で54g計量し、GF1を36g(全体に対して40質量%相当)とした以外は、実施例11と同様に行った。
実施例15
実施例1のPLLA−1:PDLA−1:を50:50の重量比で45g計量し、GF1を45g(全体に対して50質量%相当)とした以外は、実施例11と同様に行った。
実施例16
実施例13のGF1をGF2とした以外は、実施例13と同様に行った。
実施例17
実施例13のGF1をGF3とした以外は、実施例13と同様に行った。
比較例19
実施例11のPLLA−1:PDLA−1:を50:50の質量比で90g計量し、GF1を入れないとした以外は、実施例1と同様に行った。
比較例20及び比較例21
PLLA−1を100(質量%)の比で63g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて200℃、120rpmの条件下で3分間溶融混練したところで、GF1を27g(全体に対して30質量%相当)追加し更に3分間(合計6分間)同条件で混練し、ポリ乳酸系組成物(組成物−比21)を得た。
<プレスシートの製造>
組成物−比21を厚さ:50μmのポリイミドフィルム(宇部興産製 商品名:ユーピレックスー50S)で挟んだ後、厚さ:1.0mm及び240mm×240mmのステンレス製矩形の金枠に入れ、プレス温度:200℃、時間:8分(圧力0.6kgf)、ガス抜き:10回、プレス時間:4分(圧力30kgf)、冷却:5分(圧力30kgf)の条件でプレス成形し、プレスシート(プレスシート−比21)を得た。また、同様にしてPLLA−1のみから同様にプレスシートを得た(プレスシート−比20)。
<試験片の製造>
プレスシート−比20及びプレスシート−比21より15mm×120mm×1mmtを40本の短冊を切り出した。
更にこれら短冊に熱処理を行った。すなわち、各短冊10本ずつに(1)オーブン内で130℃×10分、(2)オーブン内で200℃×30分、(3)プレスで200℃×3分、(4)プレスで200℃×7分の熱処理を行った。
比較例22
比較例20のGF1をGF2とした以外は、比較例20と同様に行った。
比較例23
比較例20のGF1をGF3とした以外は、比較例20と同様に行った。
これらの結果を表5−1、5−2に示す。
図から明らかなように、実施例11〜17のポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の混練体は、DSC測定において250℃で10分経過した後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg以上であり、DSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=150〜180℃のピーク(ピーク1)とTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)のピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5以下である。
このようなポリ乳酸組成物にガラスファーバーを混練した実施例11〜17はいずれも、HDT(低荷重)が200℃とガラスファイバーを混練しない比較例19に比べて熱たわみ温度が格段に高いものである。一方、ポリ乳酸としてポリ−L−乳酸単体しか含まない比較例20〜22は(1)オーブン内で130℃×10分の熱処理でも耐熱温度は160℃程度と不十分であり、更に(2)オーブン内で200℃×30分、(3)プレスで200℃×3分、(4)プレスで200℃×7分の熱処理を行っても溶融して測定不可であった。
実施例28
<ポリ乳酸系組成物の製造>
PLLA−1とPDLA−1を50:50の重量比で70g計量し、東洋精機製ラボプラストミルCモデル(2軸混練機)を用いて250℃、120rpmの条件下で15分間溶融混練したところで、GF1を30g(全体に対して30%相当)追加し更に5分間(合計20分間)同条件で混練し、ポリ乳酸系組成物(組成物−28)を得た。本操作を6回繰り返し計600gの組成物を得た。
<プレスシートの製造>
組成物−28を厚さ:50μmのポリイミドフィルム(宇部興産製、商品名:ユーピレックスー50S)で挟んだ後、厚さ:1.0mm及び230mm×260mmのステンレス製矩形の金枠に入れ、プレス温度:240℃、時間:8分(圧力0.6kgf)、ガス抜き:10回、プレス時間:4分(圧力30kgf)、冷却:5分(圧力30kgf)の条件でプレス成形し、プレスシート(プレスシート−28)を計7枚得た。
<チップの製造>
プレスシート−28をプラスチック用シュレッダーにかけて5mm巾×約20mmにチップ化した。更に粉砕機にかけて30mm以上の長いものを短くした。
<インジェクション成形による試験片の製造>
上記チップを用いてインジェクション成形を行った。
東洋機械金属インジェクション成形機Ti−100IIIを用い下記条件で成形した。
金型は3mm厚のスペシメン用を使用した。
スクリュ径:24mmφ
シリンダー温度:C1(先端)/C2/C3/C4(ホッパー側)=210/220/220/215(℃)
金型温度:180(℃)
型内結晶化時間:1(分)
射出
切替位置0〜17mmの速度:3.0(mm/s)、圧力:0(MPa)、タイマー:0(s)
切替位置17〜36mmの速度:4.1(mm/s)、圧力:50(MPa)、タイマー:2(秒)
切替位置36〜45mmの速度:4.1(mm/s)、圧力:100(MPa)、タイマー:20(秒)
計量の速度 :10.0(mm/s)
サックバック(巾0.0mm):91.1(mm/s)
結果を表6に示す。
本発明の組成物は特定の熱特性を有する。これは、容易にステレオコンプレックス構造物を選択的に、かつ均一に形成するためと考えられる。そのため本組成物からなる延伸フィルムなどの各種成形品は、ポリ−L−乳酸、ポリ−D−乳酸の単体からなる成形品に比べ、耐熱性及びガスバリア性、靭性に優れており、更に表面平滑性、透明性に優れている。またインジェクション等の成形品は従来に比べて加工性(型開き性)、透明性に優れている。
このように本発明の組成物からなるインジェクション(射出)、ブロー(吹き込み)、押出および紡糸などの種々の成形方法によって得られるフィルム、シート、糸などの成形品も優れた耐熱性を有する。これは、非晶状態から結晶化する際に選択的にステレオコンプレックス構造物を形成するためであり、また本発明の組成物によれば結晶化の処理が容易である。
また、本発明の無機フィラーを配合した組成物は、生分解性でありかつ耐熱性が改良されており、種々の成形品に利用することができる。
このように本発明の組成物からなるインジェクション(射出)、ブロー(吹き込み)、押出および紡糸などの種々の成形方法によって得られるフィルム、シート、糸などの成形品も優れた耐熱性を有する。これは、非晶状態から結晶化する際に選択的にステレオコンプレックス構造物を形成するためであり、また本発明の組成物によれば結晶化の処理が容易である。
また、本発明の無機フィラーを配合した組成物は、生分解性でありかつ耐熱性が改良されており、種々の成形品に利用することができる。
Claims (20)
- DSC測定において250℃で10分経過した後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg以上であることを特徴とするポリ乳酸系組成物からなることを特徴とするインジェクション、ブロー、真空/圧空成形または押出により成形された成形品。
- ポリ−L−乳酸75〜25重量部及びポリ−D−乳酸25〜75重量部(ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の合計で100重量部)から調製されることを特徴とするポリ乳酸系組成物から成形されたことを特徴とする請求項1に記載の成形品。
- 重量平均分子量が10,000〜300,000であるポリ乳酸系組成物を用いることを特徴とする請求項1に記載の成形品。
- ポリ−L−乳酸およびポリ−D−乳酸の重量平均分子量が、いずれも、6,000〜500,000の範囲内であり、かつ、ポリ−L−乳酸およびポリ−D−乳酸のいずれか一方の重量平均分子量が30,000〜500,000であるポリ−L−乳酸およびポリ−D−乳酸から混練により調整され、得られる組成物の重量平均分子量が、利用するポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸のそれぞれの重量平均分子量を加重平均して得られる重量平均分子量の数値の0.3から0.6倍の範囲となるように溶融混練することにより得られることを特徴とする組成物からなる成形品。
- 請求項4記載の混練が二軸混練機または二軸押出機を用いた混練であることを特徴とする請求項4に記載の成形品。
- インジェクション成形品の透明性が3mm厚さで全光線透過率(TT)が60%以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載のインジェクション成形品。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載の熱湯によっても変形しない耐熱性を有することを特徴とする真空/圧空成形品。
- 不飽和カルボン酸またはその誘導体のポリマーからなる層を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の成形品。
- 無機物薄膜層を有することを特徴とする請求項1〜8のずれか1項記載の成形品。
- ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸を含み、且つ、DSC測定において250℃で10分経過した後の降温(cooling)時(10℃/分)のピークが30mJ/mg以上であるポリ乳酸系組成物(A)及び無機フィラー(B)を含有することを特徴とするポリ乳酸系組成物からなることを特徴とする成形品。
- ポリ乳酸系組成物(A)が、DSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=150〜180℃のピーク(ピーク1)とTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)のピーク比(ピーク1/ピーク2)が0.5以下である請求項10に記載のポリ乳酸系組成物からなることを特徴とする成形品。
- ポリ乳酸系組成物(A)が、DSCの第2回昇温(2nd−heating)時の測定(250℃で10分経た後に10℃/分で降温を行い、0℃から再度10℃/分で昇温)においてTm=200〜240℃のピーク(ピーク2)が35mJ/mg以上である請求項11に記載のポリ乳酸系組成物からなることを特徴とする成形品。
- ポリ乳酸系組成物(A)が、ポリ−L−乳酸75〜25重量部及びポリ−D−乳酸25〜75重量部(ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の合計で100重量部)から調製されてなる請求項10〜12のいずれか1項記載のポリ乳酸系組成物からなることを特徴とする成形品からなることを特徴とする成形品。
- ポリ乳酸系組成物(A)が、重量平均分子量が10,000〜300,000である請求項10〜13のいずれか1項記載のポリ乳酸系組成物からなることを特徴とする成形品からなることを特徴とする成形品。
- 無機フィラー(B)が、ガラス繊維である請求項10記載の組成物からなることを特徴とする成形品からなることを特徴とする成形品。
- 請求項10〜15のいずれか1項記載のポリ乳酸系組成物から射出成形又はプレス成形により得られる成形品。
- 荷重0.45MPaのときの荷重たわみ温度が150℃以上であることを特徴とする請求項10〜16のいずれか1項記載のポリ乳酸系組成物から得られる成形品。
- 成形品がシートであることを特徴とする請求項10に記載の成形品。
- 成形後に熱処理されていることを特徴とする請求項10〜18のいずれか1項記載の成形品。
- 熱処理温度が160〜220℃であり、熱処理時間が10秒〜1時間であることを特徴とする請求項19に記載の成形品。
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