JPWO2009107772A1 - ポリ乳酸系樹脂、ポリ乳酸系樹脂組成物およびそれらの成形体ならびにポリ乳酸系樹脂の製造方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]本発明は、ポリ乳酸系樹脂が本来有している剛性を損なわずに、耐熱性(高結晶化性)及び透明性が改善された樹脂組成物、該樹脂組成物からなる成形体、ならびに該樹脂組成物に用いられる新規なポリ乳酸系樹脂を提供することを目的とする。本発明に係るポリ乳酸系樹脂(A)は、特定の構造部位を有し、かつ重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000であることを特徴とする。本発明に係るポリ乳酸系樹脂組成物は、前記ポリ乳酸系樹脂(A)を含むことを特徴とする。

Description

本発明は新規なポリ乳酸系樹脂、ポリ乳酸系樹脂組成物およびそれらの成形体ならびにポリ乳酸系樹脂の製造方法に関する。また、透明性、結晶化速度および耐熱性を向上させたポリ乳酸系樹脂、ポリ乳酸系樹脂組成物およびそれらの成形体に関する。
地球環境問題への意識が高まる中、化石原料や石油資源の枯渇、二酸化炭素の増大が問題視されている。そのため、脂肪族ポリエステルなどの生分解性樹脂や植物を原料として合成する樹脂の研究開発が活発に行われている。脂肪族ポリエステルの中でも特に、優れた成形性を有するポリ乳酸は、とうもろこし等の穀物資源から発酵により得られる乳酸を原料とする、植物由来の樹脂として注目されている。
しかしながら、ポリ乳酸は、固くて脆いという欠点に加え、結晶化速度が遅く、耐熱性が低いため、用途展開に限界があった。特に、ポリ乳酸非晶成形体の場合、軟化温度が60℃未満であるため、日常の使用環境下において白化や変形等を生じやすいという問題点が指摘されている。
また、熱処理(アニール)をして結晶性を上げることによりポリ乳酸の耐熱性を向上させようとすると、通常、光を散乱する原因となる光の波長と同程度以上の大きさの結晶(例えば、球晶)が急速に成長し、不透明になる問題点がある。
このような問題を解決するため、ポリ乳酸に各種添加剤を添加することにより、耐熱性、透明性を向上させる試みが多数なされている。
特許文献1には、核剤としてリン酸エステル金属塩、含水珪酸マグネシウム等の添加が効果的であると記載されている。しかしながら、その様な核剤を用いた場合、透明性が損なわれるという欠点がある。また、一般的に用いられるタルクは、結晶化速度の観点のみならば実用範囲内であるが、そのためには添加量が1%以上必要となる場合が多く、ポリ乳酸本来の特性である透明性を損なう欠点がある。
特許文献2には、核剤として脂肪族カルボン酸アミド、脂肪族カルボン酸塩、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸エステルから選択される少なくとも一種を透明核剤として添加する方法が記されている。しかしながら、この場合、結晶化度33%でヘイズ6.5%であり、十分な結晶化度と透明性とを兼ね備える結果は得られなかった。
特許文献3には、特定の官能基を有する化合物を開始剤とするポリ乳酸と無機フィラーを用いる方法が記載されている。しかしながら、この方法では、スリップ性が改良されたものの、無機フィラーを添加していることで、透明性を確保することはできなかった。
一方、特許文献4には、ポリエチレン、プロピレンなどのポリオレフィンとポリ乳酸のブロック共重合が示されているが、透明性に関する記述は無く、特に高結晶化度における透明性に関しては触れられていない。さらに、特許文献4で用いられているオレフィン系ブロック共重合体は、煩雑且つ高度な反応を用いるため工業的に製造することは容易でなく、汎用ポリマーとして用いるためにはコスト的に折り合わない。
特許文献5には、ポリオレフィンセグメントと脂肪族ポリエステルセグメントとを有する脂肪族ポリエステルブロック共重合体が示されているが、上記特許文献4の方法で製造されるため、特許文献4のオレフィン系ブロック共重合体と同様にコスト面で有利とは言えない。
また、特許文献5には、ポリプロピレンに対して、2−ヒドロキシメタクリレートなどの水酸基および不飽和結合を有する化合物(HEMA)をラジカル的に反応させてポリプロピレン鎖上にHEMAおよびそのオリゴマーがグラフトされた共重合体を得た後、当該水酸基を利用してポリ乳酸セグメントを導入する方法が示されている。しかしながら、この方法をポリエチレンに適用した場合、ラジカル反応がポリエチレン鎖の様々な場所で起こるためポリエチレン鎖間の架橋反応も併発してゲル化し易いことが一般的に知られている。
また、いずれにしてもグラフト化剤のホモポリマーが副反応により生成することは、通常避けられない。
特開2003-192884号公報 特開平9-278991号公報 特開2004-285121号公報 特開2001−270924号公報 特開2007−177039号公報
本発明の課題は、新規なポリ乳酸系樹脂を提供することにある。またポリ乳酸系樹脂が本来有している剛性を損なわずに、耐熱性(高結晶化性)および透明性が改善された樹脂組成物、ならびに該樹脂組成物からなる成形体を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、特定の部位を有するポリ乳酸系樹脂を見出し、該ポリ乳酸系樹脂を用いたポリ乳酸系樹脂組成物により、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明に係るポリ乳酸系樹脂(A)は、下記式(1)または(1')で表される部位を有し、かつ重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000であることを特徴とする。
Figure 2009107772
(式(1)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、X1はO原子またはS原子を表し、R1は単結合または下記式(2)で示される基を表す。)
Figure 2009107772
(式(1')中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、R2〜R3は、それぞれ独立して単結合または下記式(2)で示される基を表す。)
−R4−X2− ・・・(2)
(式(2)中、R4は二価の炭化水素基またはポリオキシアルキレン基を表し、X2はO原子、S原子またはNH基を表す。)
また、上記式(1)または(1')で表される部位以外の部位は、乳酸単位の繰り返しであることが好ましい。
また、上記式(1)中、Eは、エチレン単独重合体、またはエチレンと炭素数3〜10のα−オレフィンとの共重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子を表し、X1はO原子を表し、R1は単結合または炭素数1〜6のオキシアルキレン基を表すことが好ましい。
また、上記式(1')中、Eは、エチレン単独重合体、またはエチレンと炭素数3〜10のα−オレフィンとの共重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子を表し、R2〜R3は単結合または炭素数1〜6のオキシアルキレン基を表すことが好ましい。
また、本発明に係るポリ乳酸系樹脂組成物は、上記ポリ乳酸系樹脂(A)5〜95重量%を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るポリ乳酸系樹脂組成物は、上記ポリ乳酸系樹脂(A)5〜95重量部と、上記ポリ乳酸系樹脂(A)以外のポリ乳酸系樹脂(B)95〜5重量部と(ただし、ポリ乳酸系樹脂(A)および(B)の合計を100重量部とする)を含むことが好ましい。また、前記ポリ乳酸系樹脂(B)はポリ乳酸であることが好ましい。
また、前記ポリ乳酸系樹脂(B)は、下記一般式(3)
−X3−R5−X4− ・・・(3)
(式(3)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、R5は、芳香環または脂肪族環を少なくとも1つ含む二価の炭化水素基を表し、該炭化水素基はO原子、N原子またはS原子を含んでいてもよい。)
で表される部位を有し、かつ前記ポリ乳酸系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000の範囲であることが好ましい。
また、前記ポリ乳酸系樹脂(B)は、下記一般式(4)
−X3−R6−X4− ・・・(4)
(式(4)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、R6は、環構造を含まない重量平均分子量(Mw)25〜50,000の二価の脂肪族炭化水素基を表し、該炭化水素基はO原子、N原子またはS原子を含んでいてもよい。)
で表される部位を有し、かつ前記ポリ乳酸系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000の範囲であることが好ましい。
また、前記ポリ乳酸系樹脂(B)は、下記一般式(5)
Figure 2009107772
(式(5)中、R7およびR8はそれぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状または分岐を有するアルキル基、または炭素数6〜10のアリール基を表し、同一であっても異なっていてもよい。)
で表される繰り返し単位からなる、重量平均分子量(Mw)が100〜10000の範囲の部位を有し、かつ該ポリ乳酸系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000の範囲であることが好ましい。
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物は、前記ポリ乳酸系樹脂(A)100重量部あるいは前記ポリ乳酸系樹脂(A)と必要に応じて用いられるその他の前記ポリ乳酸系樹脂(B)の合計100重量部に対して、カルボン酸アミド類、脂肪族アルコール類および脂肪族カルボン酸エステル類から選ばれる少なくとも1種の透明核剤(C)0.1〜10重量部をさらに含んでもよい。
また、前記透明核剤(C)は、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘニン酸アミド、リシノール酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド、N-オレイルパルミチン酸アミド、N-ステアリルエルカ酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスカプリン酸アミド、ヘキサメチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、m-キシリレンビスカプリン酸アミド、m-キシリレンビスラウリン酸アミド、m-キシリレンビスステアリン酸アミド、m-キシリレンビスオレイン酸アミドおよびm-キシリレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミドからなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸アミドであることが好ましい。
本発明に係る成形体は、上述したポリ乳酸系樹脂(A)またはポリ乳酸系樹脂組成物からなり、105℃で60秒間アニール(熱処理)後の、厚み100μmでのヘイズが0.1〜15%であり、かつ、結晶化度が35%以上であることを特徴とする。
本発明に係るポリ乳酸系樹脂(A)の製造方法は、下記式(I)または(II)で表わされる重合体と、ラクチドおよび/または乳酸を共重合させる工程を含むことが好ましい。
Figure 2009107772
(式(I)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、X1はO原子またはS原子を表し、R11〜R12は、それぞれ独立にH原子、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、または重量平均分子量(標準ポリスチレン換算)200〜6000のヒドロキシポリオキシアルキレン基を表す。)
Figure 2009107772
(式(II)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、R13〜R15は、それぞれ独立にH原子、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、または重量平均分子量(標準ポリスチレン換算)200〜6000のヒドロキシポリオキシアルキレン基を表す。)
本発明によれば、耐熱性(高結晶化性)および透明性が改善された樹脂組成物、ならびに該樹脂組成物からなる成形体が得られ、従来困難であった成形サイクル短縮、ならびに耐熱性および透明性の必要とされる製品への適用が可能となり、ポリ乳酸系樹脂に代表されるグリーンプラスチックの使用拡大に貢献できる。
以下、本発明に係るポリ乳酸系樹脂および該ポリ乳酸系樹脂からなる成形体、ポリ乳酸系樹脂組成物および該ポリ乳酸系樹脂組成物からなる成形体、ならびにポリ乳酸系樹脂の製造方法について詳細に説明する。まず、本発明のポリ乳酸系樹脂組成物に用いることができる各成分について説明する。
<ポリ乳酸系樹脂(A)>
本発明に係るポリ乳酸系樹脂(A)は、下記式(1)または(1')で表される部位を有し、かつ重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000であることを特徴としている。下記式(1)または(1')で表される部位を有していると高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。下記式(1)または(1')で表される部位以外の部位は、乳酸単位の繰り返しであることが好ましい。
Figure 2009107772
(式(1)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、X1はO原子またはS原子を表し、R1は単結合または下記式(2)で示される基を表す。)
Figure 2009107772
(式(1’)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、R2〜R3は、それぞれ独立して単結合または下記式(2)で示される基を表す。)
−R4−X2− ・・・(2)
(式(2)中、R4は二価の炭化水素基またはポリオキシアルキレン基を表し、X2はO原子、S原子またはNH基を表す。)
式(1)または(1')において、Eが、エチレン単独重合体残基、エチレンとα−オレフィンとの共重合体残基、またはα−オレフィン単独重合体残基であると、E部分の製造の観点から有利である。また、Eは、エチレン単独重合体残基、またはエチレンとα−オレフィンとの共重合体残基であることがより好ましい。前記α−オレフィンの炭素数は、通常3〜20であり、好ましくは3〜15であり、より好ましくは3〜10である。前記α−オレフィンの炭素数が前記範囲であると、α−オレフィンの汎用性の点で好ましい。Eの重量平均分子量(Mw)は、通常400〜20,000であり、好ましくは450〜15,000であり、より好ましくは500〜10,000である。
式(1)または(1')において、Zが、H原子、アルキル基またはアラルキル基であると式(1)または(1')の製造上の観点から有利である。また、Zは、H原子であることがより好ましい。前記アルキル基の炭素数は、好ましくは1〜18であり、より好ましくは1〜12、さらに好ましくは1〜8の範囲である。前記アラルキル基の炭素数は、好ましくは7〜15であり、より好ましくは7〜12、さらに好ましくは7〜9の範囲である。
式(1)において、X1はO原子であることが好ましい。また、R1は単結合または炭素数1〜6のオキシアルキレン基であることが好ましい。
式(1')において、R2〜R3は、単結合または炭素数1〜6のオキシアルキレン基であることが好ましい。
上記式(2)において、R4が二価の炭化水素基の場合、その炭素数は、好ましくは1〜10であり、より好ましくは1〜6である。R4がポリオキシアルキレン基の場合、その重量平均分子量(ポリスチレン換算)は、好ましくは100〜10000であり、より好ましくは200〜6000、さらに好ましくは200〜4000である。
なお、本発明において示す重量平均分子量(Mw)とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(カラム温度40℃、クロロホルム溶媒)により求めた、ポリスチレン換算の値である。但し、後述する片末端二重結合を有するポリオレフィン(出発原料)に関しては、溶解性の問題からオルソジクロロベンゼンを溶媒として、140℃の温度で測定することが必要である。
また、本発明で「ポリ乳酸系樹脂」とは、L−乳酸単位および/またはD−乳酸単位を50モル%以上、好ましくは75モル%以上含有する重合体およびこれら重合体の混合物をいう。
上記ポリ乳酸系樹脂(A)は、公知公用の方法で得ることができる。たとえば、特開2006−131870号公報等に開示されている末端に活性水素を有するポリオレフィンと、ラクチドまたは乳酸を主成分とするモノマーとを共重合させることにより、上記ポリ乳酸系樹脂(A)を得ることができる。末端に活性水素を有するポリオレフィンは、たとえば、片末端二重結合を有するポリオレフィンを出発原料とし、該出発原料の二重結合部分をエポキシ化し、さらにそのエポキシ基に活性水素を有する化合物を付加させることにより得ることができる。
特に、上記ポリ乳酸系樹脂(A)の製造方法は、下記式(I)または(II)で表わされる重合体と、ラクチドおよび/または乳酸を共重合させる工程を含むことが好ましい。
Figure 2009107772
式(I)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、X1はO原子またはS原子を表し、R11〜R12は、それぞれ独立にH原子、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、または重量平均分子量(標準ポリスチレン換算)200〜6000のヒドロキシポリオキシアルキレン基を表す。
前記炭素数3〜20のα−オレフィンは、プロピレン、1−ブテンであることがより好ましく、プロピレンであることが特に好ましい。R11〜R12は、それぞれ独立にH原子、または炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基であることがより好ましく、同時にH原子であることが特に好ましい。
Figure 2009107772
式(II)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、R13〜R15は、それぞれ独立にH原子、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、または重量平均分子量(標準ポリスチレン換算)200〜6000のヒドロキシポリオキシアルキレン基を表す。
前記炭素数3〜20のα−オレフィンは、プロピレン、1−ブテンであることがより好ましく、プロピレンであることが特に好ましい。R14〜R15は、それぞれ独立に炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基であることがより好ましく、それぞれ独立に炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基であることがさらに好ましく、同時に2−ヒドロキシエチル基であることが特に好ましい。
また、前記片末端二重結合を有するポリオレフィンは、一定の範囲の分子量を有していることが好ましく、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)における重量平均分子量(Mw)が、400〜20,000の間にあるものが好ましい。当該重量平均分子量(Mw)が前記範囲未満であると、本発明の効果が小さくなり、また前記範囲を超えているとポリオレフィン部分とポリ乳酸系樹脂部分が相溶せず、白濁するため好ましくない。
尚、本発明において必須となる部分構造である、上記式(1)または(1')において、Eで表される基の重量平均分子量(Mw)は、上述した特開2006−131870号公報に示される片末端の二重結合をエポキシ化した化合物である、下記式(1―a)
Figure 2009107772
(式(1−a)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表す。)
に由来する。すなわち、Eで表される重合体残基の重量平均分子量(Mw)は、対応するエポキシ基含有ポリオレフィンの重量平均分子量(Mw)から、エポキシ基およびZで表される基の分子量の合計(42+Z基の分子量)を差し引いた値として求める事ができる。
ラクチドおよび乳酸以外のその他のモノマーとしては、カプロラクトン、プロピオラクトン、ブチロラクトン等の環状エステル(ラクトン)類、ヒドロキシブタン酸、ヒドロキシプロパン酸等のヒドロキシアルカン酸類を用いることができる。
上記ポリ乳酸系樹脂(A)における上記式(1)または(1')で表される部位の含有量は、0.1〜15重量%の範囲であることが好ましく、0.5〜10重量%の範囲であることがより好ましい。当該含有量が前記範囲内であるとガラス転移点や結晶の融点、溶融流動性等のポリマー特性の点で好ましい。
実際の含有量は、以下のとおり決定する。上記式(1)または(1’)の構造を有し、且つ活性水素を有するポリオレフィン化合物と、乳酸系モノマーとを反応させてポリ乳酸系樹脂(A)を得る際、未反応モノマーの量を定量することで樹脂中の上記式(1)または(1')で表される部位の含有量を決定することができる。
上記ポリ乳酸系樹脂(A)の重合は、無溶媒で行っても溶媒を使用しても構わない。上記重合においては、実質的に重合反応に対して不活性な溶媒が使用できる。
上記溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどの脂肪族炭化水素;クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン等の芳香族ハロゲン化炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼンなどの芳香族炭化水素;ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)、ジグリムなどのエーテル系溶媒などが挙げられる。
これらの溶媒は、1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ラクチドや乳酸の溶解性、反応温度、反応速度、反応終了後の溶媒除去の容易性等の点から、芳香族炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素およびエーテル系溶媒が好ましく、特に好ましくはキシレン、トルエン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、ジグリムが特に好ましい。
重合に溶媒を使用する場合、その使用量は、上記ポリ乳酸系樹脂(A)の製造に使用する、モノマーおよび上記式(1)または(1')で表される部位を有し、且つ活性水素を有するポリオレフィン化合物の合計量に対して、0.1〜20重量倍、好ましくは0.5〜10重量倍、より好ましくは1.0〜5重量倍の範囲で選択される。
また、上記ポリ乳酸系樹脂(A)の製造は、触媒の存在下において重合を行ってもよい。
上記触媒は、ポリ乳酸系樹脂(A)の製造ができる限り特に制限は無い。上記触媒としては、例えば、オクタン酸スズ(2-エチルヘキサン酸スズ)、ジラウリン酸ジブチルスズ、塩化スズ等のスズ系触媒、塩化チタン、チタンテトライソプロポキシド等のチタン系触媒、塩化亜鉛、酢酸亜鉛等の亜鉛系触媒、その他公知の触媒が挙げられる。
これらの中では、好ましくはスズ系触媒、より好ましくはオクタン酸スズである。
上記触媒の使用量は、ラクチドまたは乳酸や、その他モノマーおよび上記式(1)または(1')で表される部位を有し、且つ活性水素を有するポリオレフィン化合物の合計100重量部に対して、0.001〜5重量部、好ましくは0.003〜1重量部、さらに好ましくは0.005〜0.1重量部である。
重合温度は、60〜250℃、好ましくは100〜230℃である。溶媒を用いずに重合する場合には、上記重合温度は150〜200℃程度がより好ましい。また、溶媒にキシレンを用い、触媒としてオクタン酸スズを用いて、上記式(1)または(1')で表される部位を有し、且つ活性水素を有するポリオレフィン化合物にラクチドを反応させて重合する場合、反応温度は110〜150℃程度がより好ましい。
重合時間は、用いるモノマーの種類、重合温度、触媒量などにより異なるが、0.1〜24時間、好ましくは0.5〜12時間、さらに好ましくは1〜6時間である。
実際の重合時間は、例えばGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)等により分子量を測定し、所望の分子量に到達した時点を反応終点として決定することができる。
本発明のポリ乳酸系樹脂(A)は、上述したように様々な反応方法により得ることが可能であるが、経済性の観点からは、上記式(1)または(1')で表される部位を有し、且つ活性水素を有するポリオレフィン化合物およびラクチドを乳酸系モノマーとして用い、無溶媒で反応させることが最も好ましい。この時、重合触媒は、上述のスズ系触媒が好ましい。
上記のようにして得られるポリ乳酸系樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、5,000〜1,000,000、好ましくは10,000〜500,000、より好ましくは50,000〜300,000である。ポリ乳酸系樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)が前記範囲内であると、ポリマーの機械的な強度や溶融成形性の点で好ましい。
上記重量平均分子量(Mw)は、使用するモノマーと触媒との量比、反応溶媒の有無、重合温度、重合時間などを制御することにより、調整することができる。
なお、上記ポリ乳酸系樹脂(A)は、本発明のポリ乳酸系樹脂組成物の必須成分として用いられる。本発明のポリ乳酸系樹脂組成物中の上記ポリ乳酸系樹脂(A)の含有量は、5〜95重量%であり、より好ましくは10〜90重量%である。
<乳酸系樹脂(B)>
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物は、上記ポリ乳酸系樹脂(A)を必須成分として用いるが、さらに必要に応じて上記ポリ乳酸系樹脂(A)以外のポリ乳酸系樹脂(B)を含有してもよい。
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物において、上記ポリ乳酸系樹脂(B)を使用する場合、その含有量には特に制限はないが、ポリ乳酸系樹脂(B)の含有量は、ポリ乳酸系樹脂(A)およびポリ乳酸系樹脂(B)の合計100重量部に対して、通常5〜95重量部の範囲、好ましくは10〜80重量部の範囲、さらに好ましくは20〜50重量部の範囲である。ポリ乳酸系樹脂(B)の含有量が前記範囲内であることにより、耐熱性および透明性に優れた組成物が得られる。
上記ポリ乳酸系樹脂(B)は、例えば乳酸もしくはラクチドの単独重合、または乳酸もしくはラクチドと、共重合可能な他のモノマー、ポリマー等の化合物との共重合により得られる。ただし、乳酸もしくはラクチドと、共重合可能な他のポリマーは、上記式(1)または(1')で表される部位を有し、且つ活性水素を有するポリオレフィン化合物を除いたポリマーである。本発明に係るポリ乳酸系樹脂組成物中に含まれる上記ポリ乳酸系樹脂(B)は、ポリ乳酸であることが、経済性の点で特に好ましい。
上記ポリ乳酸系樹脂(B)としては、乳酸単位が100%のポリ乳酸系樹脂が、本発明の好ましい一態様である。
上記ポリ乳酸としては、L-乳酸またはD−乳酸由来の構成単位が95モル%以上、より好ましくは97モル%以上であるポリ乳酸が望ましい。
上記ポリ乳酸は、乳酸の重縮合や乳酸の環状二量体であるラクチドの開環重合によって得られる。
上記ポリ乳酸系樹脂(B)としては、上述のように、乳酸またはラクチドと、共重合可能な他のモノマー、ポリマー等の化合物との共重合により得られる共重合体を用いることもできる。ただし、乳酸もしくはラクチドと、共重合可能なポリマーは、上記式(1)または(1')で表される部位を有し、且つ活性水素を有するポリオレフィン化合物を除いたポリマーである。
乳酸、またはラクチドと共重合可能な他のモノマーおよびポリマーとしては、例えば、グリコール酸、カプロン酸等のヒドロキシカルボン酸;γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン等の環状エステル類;ε−カプロラクタム、等の環状アミド類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、エチレングリコール/プロピレングリコール共重合体、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,9-ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等の二官能以上等の多価アルコール;コハク酸、アジピン酸等の脂肪族多価カルボン酸;キシリレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート等のような多価イソシアネート;セルロース、アセチルセルロースやエチルセルロース等のような多糖類などが挙げられる。
上記共重合体は、ランダム共重合体、交替共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体等のいずれでもよい。また、上記共重合体の少なくとも一部が、線状、環状、分岐状、星形、三次元網目構造等のいずれの構造をとってもよい。
また、前記ポリ乳酸系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)は、5,000〜1,000,000の範囲であることが好ましく、10,000〜500,000の範囲であることがより好ましく、50,000〜300,000の範囲であることがさらに好ましい。前記ポリ乳酸系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が、前記範囲内であるとポリマーの機械的な強度や溶融成形性の点で好ましい。
また、前記ポリ乳酸系樹脂(B)は、下記一般式(3)で表される部位を有することが好ましい。下記一般式(3)で表される部位を有すると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
−X3−R5−X4− ・・・(3)
(式(3)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、R5は、芳香環または脂肪族環を少なくとも1つ含む二価の炭化水素基を表し、該炭化水素基はO原子、N原子またはS原子を含んでいてもよい。)
また、前記R5がジカルボン酸とジオールからなる基以外の基である場合には、R5の炭素数は5〜50であることが好ましい。
上記式(3)で表される部位を有するポリ乳酸系樹脂(B)としては、例えば、以下のポリ乳酸系樹脂(B1)〜(B5)が挙げられる。ポリ乳酸系樹脂(B1)〜(B5)であると高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
ポリ乳酸系樹脂(B1):上記式(3)で表される部位が下記式(6)であるポリ乳酸系樹脂。
Figure 2009107772
式(6)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、R9は単結合または炭素数1〜10の炭化水素基を表し、該炭化水素基は直鎖状、分岐状または環状のいずれでもよい。Y1およびY2は、それぞれ独立に炭素数1〜10の飽和炭化水素基、炭素数6〜10のアリール基または水素原子を表し、R9が単結合の場合は存在しない。L1およびL2は、それぞれ独立に炭素数1〜8のアルキレン基または炭素数1〜8のオキシアルキレン基を表す。Z1およびZ2は、それぞれ独立に炭素数1〜10の炭化水素基または水素原子を表す。Y1とY2、Y1とZ1、Y2とZ2は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。mは、0〜5の整数を表す。
ポリ乳酸系樹脂(B2):上記式(3)で表される部位が下記式(7)であるポリ乳酸系樹脂。
Figure 2009107772
式(7)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、Y3は水素原子、炭素数1〜8の飽和炭化水素基、炭素数6〜8のアリール基または炭素数7〜8のアラルキル基を表し、該飽和炭化水素基は直鎖状、分岐状または環状のいずれでもよい。rは0〜4の整数を表す。L3およびL4は、それぞれ独立に炭素数2〜8のアルキレン基または炭素数3〜8のシクロアルキレン基を表す。nは1〜100の整数を表す。
ポリ乳酸系樹脂(B3):上記式(3)で表される部位が下記式(8)であるポリ乳酸系樹脂。
Figure 2009107772
式(8)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、Y4は水素原子または炭素数1〜8の炭化水素基を表し、該炭化水素基は直鎖状、分岐状または環状のいずれでもよい。R10、L5およびL6は、それぞれ独立に単結合または炭素数1〜8のアルキレン基を示す。pは0〜4の整数を表す。qは0〜5の整数を表す。
ポリ乳酸系樹脂(B4):上記式(3)で表される部位が下記式(9)であるポリ乳酸系樹脂。
Figure 2009107772
式(9)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表す。
ポリ乳酸系樹脂(B5):上記式(3)で表される部位が下記式(10)であるポリ乳酸系樹脂。
Figure 2009107772
式(10)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表す。
上記ポリ乳酸系樹脂(B)は、公知公用の方法で得ることができる。例えば、上記(式(6)〜(10)に示される部位を有する化合物と、ラクチドまたは乳酸を主成分とするモノマーとを共重合させることで得ることができる。
上記(6)に示された部位を有する化合物としては、下記式(6a)で表される水酸基、チオール基またはアミノ基を有する化合物が挙げられる。
Figure 2009107772
式(6a)中、X3、X4、R9、Y1、Y2、L1、L2、Z1、Z2およびmは、上記式(6)中のX3、X4、R9、Y1、Y2、L1、L2、Z1、Z2およびmと同義である。
式(6a)において、X3およびX4はO原子またはNH基が好ましく、L1およびL2はメチレン基、オキシメチレン基、エチレン基、オキシエチレン基、1,2−プロピレン基、オキシ−1,2−プロピレン基、トリメチレン基、オキシトリメチレン基、2,3−ブチレン基、オキシ−2,3−ブチレン基、テトラメチレン基、オキシテトラメチレン基、シクロヘキシレン基、オキシシクロヘキシレン基が好ましく、Z1およびZ2は、水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、t−ブチル基が好ましく、Y1およびY2は水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、フェニル基、シクロヘキシル基が好ましく、R9は単結合、メチル基、メチレン基、メチン基が好ましい。
上記(7)に示された部位を有する化合物としては、下記式(7a)で表される水酸基、チオール基またはアミノ基を有する化合物が挙げられる。
Figure 2009107772
式(7a)中、X3、X4、Y3、L3、L4、rおよびnは、上記式(7)中のX3、X4、Y3、L3、L4、rおよびnと同義である。
式(7a)において、X3およびX4はO原子またはNH基が好ましく、L3およびL4はメチレン基、エチレン基、1,2−プロピレン基、トリメチレン基、2,3−ブチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、シクロヘキシレン基が好ましく、Y3は水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、フェニル基、ベンジル基、シクロヘキシル基が好ましい。
上記式(8)に示された部位を有する化合物としては、下記式(8a)で表される水酸基、チオール基またはアミノ基を有する化合物が挙げられる。
Figure 2009107772
式(8a)中、X3、X4、Y4、R10、L5、L6、pおよびqは、上記式(8)中のX3、X4、Y4、R10、L5、L6、pおよびqと同義である。
式(8a)において、X1およびX2はO原子またはNH基が好ましく、L5およびL6は単結合、メチレン基、エチレン基が好ましく、R10は単結合、メチレン基、エチレン基、イソプロピリデン基が好ましく、Y4は水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、シクロヘキシル基が好ましい。
上記式(9)に示された部位を有する化合物としては、下記式(9a)で表される水酸基、チオール基またはアミノ基を有する化合物が挙げられる。
Figure 2009107772
式(9a)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、O原子またはNH基が好ましい。
上記式(10)に示された部位を有する化合物としては、下記式(10a)で表される水酸基、チオール基またはアミノ基を有する化合物が挙げられる。
Figure 2009107772
式(10a)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、O原子またはNH基が好ましい。
上記式(6a)〜(10a)に示した部位を有する化合物の好ましい具体例としては、脂肪族環含有ジオール類や芳香環含有ジオール類などが挙げられる。
上記脂肪族環含有ジオール類としては、例えば、
1,4−シクロヘキサンジオール:
Figure 2009107772
1,3−シクロヘキサンジオール:
Figure 2009107772
4,4’−ビシクロヘキサノール:
Figure 2009107772
4,4’−イソプロピリデンジシクロヘキサノール(2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン):
Figure 2009107772
4,4’−メチレンジシクロヘキサノール:
Figure 2009107772
4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ(5.2.1.0 2,6)デカン:
Figure 2009107772
などが挙げられる。
また、上記芳香環含有ジオール類としては、例えば、
4,4’−キシリレングリコール:
Figure 2009107772
4,4’−ビフェニレングリコール:
Figure 2009107772
6,6’−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1−スピロビインダン:
Figure 2009107772
4,4’−(フルオロニリデン)ビス(2−フェノキシエタノール):
Figure 2009107772
N,N’−ビス(2−ヒドロキシエチル)−ピロメリットイミド:
Figure 2009107772
2,2−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)プロパン:
Figure 2009107772
などが挙げられる。
このような化合物を用いると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
上記化合物以外の、式(6a)〜(10a)に示した部位を有する化合物としては、両末端に水酸基を有するポリエステル類が挙げられる。
両末端に水酸基を有するポリエステル類は、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸のエステル類、または芳香族ジカルボン酸の酸ハライド類と、炭素数2〜8のアルキレンジオールまたはシクロアルキレンジオールとの縮重合によって得られる。
上記芳香族ジカルボン酸類、芳香族ジカルボン酸のエステル類または芳香族ジカルボン酸の酸ハライド類としては、例えば、テレフタル酸、テレフタル酸ジメチル、テレフタル酸クロライド、イソフタル酸、イソフタル酸ジメチル、イソフタル酸クロライドなどが挙げられる。
上記炭素数2〜8のアルキレンジオールまたはシクロアルキレンジオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ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、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,4−シクロヘキサン−ジ−メタノールなどが挙げられる。
上記両末端に水酸基を有するポリエステル類は、ジオール類を過剰に用いて、常法によって縮合させた後に過剰量のジオール類を除去することで得ることが可能である。
上記両末端に水酸基を有するポリエステル類の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは500〜10,000の範囲であり、より好ましくは1,000〜7,000の範囲である。
尚、この際の重量平均分子量(Mw)は、上記同様、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)による測定により、標準ポリスチレンとの比較で求めればよい。
なお、上記部位を有する化合物において、芳香環、脂肪族環および側鎖等は、置換基を有していてもよい。
上記ポリ乳酸系樹脂(B)として、乳酸またはラクチドと他のモノマーとの共重合体を製造する際には、上記部位を有する化合物の添加量は、上記ポリ乳酸系樹脂(B)となる限り特に限定されるものではないが、ラクチドまたは乳酸を主成分とするモノマー100重量部に対して、好ましくは0.001〜10重量部、より好ましくは0.01〜5重量部、さらに好ましくは0.1〜3重量部である。
その他、上記部位を有するポリ乳酸系樹脂(B)の製造の詳細に関しては、本発明のポリ乳酸系樹脂(A)の製造に準ずるものである。
また、上記ポリ乳酸系樹脂(B)は、下記一般式(4)で表される部位を有することが好ましい。下記一般式(4)で表される部位を有していると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
−X3−R6−X4− ・・・(4)
(式(4)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、R6は、環構造を含まない重量平均分子量(Mw)25〜50,000の二価の脂肪族炭化水素基を表し、該炭化水素基はO原子、N原子またはS原子を含んでいてもよい。)
上記式(4)において、R6が、環構造を含まない重量平均分子量25〜50,000の二価の脂肪族炭化水素基であると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
上記式(4)で表される部位は、ジオール類、両末端が水酸基であるポリエステル類および両末端が水酸基であるポリカーボネート類から選ばれる少なくとも1種に由来する部位であることが好ましく、また、前記ジオール類は、アルキレングリコール類、ポリメチレングリコール類およびポリアルキレングリコール類から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
これらの部位を有するポリ乳酸系樹脂(B)を得る方法もまた、本発明のポリ乳酸系樹脂(A)に準ずるものである。
また、上記ポリ乳酸系樹脂(B)として、下記式(5)で表される繰り返し単位からなる、重量平均分子量(Mw)が100〜10,000の範囲の部位を有することが好ましい。このような部位を有していると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
Figure 2009107772
(式(5)中、R7およびR8はそれぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状または分岐を有するアルキル基、または炭素数6〜10のアリール基を表し、同一であっても異なっていてもよい。)
式(5)において、R7およびR8はそれぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状または分岐を有するアルキル基、または炭素数6〜10のアリール基であると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
上記ポリ乳酸系樹脂(B)は、例えば、上記一般式(5)で表される繰り返し単位からなる部位を有し、かつ水酸基、アミノ基など活性水素を有する基を有する変性シリコーン化合物と、ラクチドまたは乳酸を主成分とするモノマーとを共重合させることにより得ることができる。
上記R7およびR8の炭素数1〜5の直鎖状または分岐を有するアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などが挙げられる。
上記アルキル基の中でもメチル基が好ましい。
上記R7およびR8の炭素数6〜10のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、エチルフェニル基、t−ブチルフェニル基などが挙げられる。
上記アリール基の中でもフェニル基が好ましい。
なお、R7およびR8は同一であっても異なっていても構わない。
上記変性シリコーン化合物としては、例えば、KF−6001、KF−6002、KF−6003(信越化学工業(株)製)等の両末端変性水酸基変性シリコーン化合物;X−22−170BX、X−22−170DX(信越化学工業(株)製)等の片末端変性水酸基変性含有シリコーン;X−22−176DX、X−22−176F(信越化学工業(株)製)等の片末端変性ジオール含有シリコーン;X−22−4039、X−22−4015(信越化学工業(株)製)等の側鎖変性水酸基含有シリコーン;X−22−167B(信越化学工業(株)製)等の両末端変性メルカプト基含有シリコーン;KF−2001、KF−2004(信越化学工業(株)製)等の側鎖変性メルカプト含有シリコーン;PAM−E、KF−8010、KF−8008、X−22−161A、X−22−1660B−3(信越化学工業(株)製)等の両末端変性アミノ基含有シリコーン;X−22−162C(信越化学工業(株)製)等の両末端変性カルボキシ基含有シリコーン;X−21−5841、KF−9701(信越化学工業(株)製)等の両末端変性シラノール基含有シリコーンなどが挙げられる。
これらの部位を有するポリ乳酸系樹脂(B)を得る方法もまた、本発明のポリ乳酸系樹脂(A)に準ずるものである。
<透明核剤(C)>
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物は、必要に応じて透明核剤(C)を含有してもよい。ここで「透明核剤」とは、ポリ乳酸系樹脂(A)に添加すると、結晶化の際に核剤となるもので、かつ透明性を付与するものである。具体的には、カルボン酸アミド、脂肪族アルコールまたは脂肪族カルボン酸エステルが挙げられる。これらは、1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
カルボン酸アミドの具体例としては、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘニン酸アミド、リシノール酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミドのような脂肪族モノカルボン酸アミド類;
N-オレイルパルミチン酸アミド、N-オレイルオレイン酸アミド、N-オレイルステアリン酸アミド、N-ステアリルオレイン酸アミド、N-ステアリルステアリン酸アミド、N-ステアリルエルカ酸アミド、メチロールステアリン酸アミド、メチロールベヘニン酸アミドのようなN-置換脂肪族モノカルボン酸アミド類;
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、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド、エチレンビスベヘニン酸アミド、エチレンビスイソステアリン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、ブチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスベヘニン酸アミド、ヘキサメチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、m-キシリレンビスオレイン酸アミド、m-キシリレンビスステアリン酸アミド、m-キシリレンビスベヘニン酸アミド、m-キシリレンビスヒドロキシステアリン酸アミドのような脂肪族ビスカルボン酸アミド類;
N,N’-ジオレイルセバシン酸アミド、N,N'-ジオレイルアジピン酸アミド、N,N'-ジステアリルアジピン酸アミド、N,N'-ジステアリルセバシン酸アミド、N,N'-ジステアリルイソフタル酸アミド、N,N'-ジステアリルテレフタル酸アミドのようなN-置換脂肪族カルボン酸ビスアミド類;
N-ブチル-N'-ステアリル尿素、N-プロピル-N'-ステアリル尿素、N-ステアリル-N'-ステアリル尿素、N-フェニル-N'-ステアリル尿素、キシリレンビスステアリル尿素、キシリレンビスステアリル尿素、トルイレンビスステアリル尿素、ヘキサメチレンビスステアリル尿素、ジフェニルメタンビスステアリル尿素、ジフェニルメタンビスラウリル尿素のようなN-置換尿素類が挙げられる。
これらの中で、前記透明核剤(C)としては、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘニン酸アミド、リシノール酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド、N-オレイルパルミチン酸アミド、N-ステアリルエルカ酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスカプリン酸アミド、ヘキサメチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、m-キシリレンビスカプリン酸アミド、m-キシリレンビスラウリン酸アミド、m-キシリレンビスステアリン酸アミド、m-キシリレンビスオレイン酸アミドおよびm-キシリレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミドからなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸アミドであることが好ましい。このようなカルボン酸アミドであると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
さらに、これらの中では、ビスカルボン酸アミドが好適に用いられ、特に、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、m-キシリレンビスラウリン酸アミド、m-キシリレンビスオレイン酸アミド、m-キシリレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミドが好ましい。さらに、分子内に芳香環を有しないエチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミドが、結晶化速度が優れるという点で好ましい。
脂肪族アルコールの具体例としては、ペンタデシルアルコール、セチルアルコール、ヘプタデシルアルコール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、シクロヘキサン1,2-ジオール、シクロヘキサン1,4-ジオール等が挙げられる。
脂肪族カルボン酸エステルの具体例としては、ラウリン酸セチルエステル、パルミチン酸セチルエステル、ステアリン酸セチルエステル、ジラウリン酸グリコール、ジパルミチン酸グリコール、モノラウリン酸グリセリンエステル、モノステアリン酸グリセリンエステル等が挙げられる。
上記透明核剤(C)は、上記ポリ乳酸系樹脂(A)100重量部あるいは上記ポリ乳酸系樹脂(A)と必要によって用いられる上記ポリ乳酸系樹脂(B)との合計100重量部に対して、0.1〜10重量部、好ましくは0.2〜5重量部、さらに好ましくは0.3〜3重量部の範囲の量で用いることができる。透明核剤(C)の含有量が前記範囲内であることにより、透明核剤としての効果が大きく発現し、高い結晶化速度、透明性を兼ね備えた樹脂組成物が得られる。
<各種添加剤等>
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物には、本発明の性質を損なわない範囲で、他の樹脂、添加物等が含まれていてもよい。
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物には、目的(例えば、成形性、二次加工性、分解性、引張強度、耐熱性、保存安定性、耐候性、難燃性等の向上)に応じて、上記成分(A)〜(C)以外の他の樹脂もしくは重合体や各種添加剤を添加してもよい。
他の樹脂もしくは重合体としては、ポリカーボネート樹脂、未変性ポリオレフィン、ビニル系樹脂、ポリスチレン、ポリアミド、アクリル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(ABS)、エチレン・α-オレフィン共重合ゴム、共役ジエン系ゴム、スチレン系ゴム、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは、1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
各種添加剤としては、たとえば、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、難燃剤、内部離型剤、無機添加剤、有機添加剤、帯電防止剤、表面ぬれ改善剤、焼却補助剤、顔料、染料、核化剤、滑剤、天然物等を挙げることができ、好ましくは可塑剤が挙げられる。
可塑剤としては、たとえば、トリアセチン、トリエチレングリコールジアセテート、アセチルクエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリブチル、ジブチルセバケートが挙げられる。
無機添加剤や滑剤は、フィルムもしくはシートのブロッキング防止やすべり性を改良するために用いることができる。このような無機添加剤としては、シリカ、マイカ、タルク、ガラス繊維、ガラスビーズ、カオリン、カオリナイト、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、水酸化マグネシウム、ワラストナイト、炭素繊維、ケイ酸カルシウム繊維、マグネシウムオキシサルフェート繊維、チタン酸カリウム繊維、亜硫酸カルシウム、ホワイトカーボン、クレー、モンモリロナイト、酸化チタン、酸化亜鉛などが挙げられる。これらは、1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、無機添加剤としてガラス繊維を用いることにより、樹脂組成物の耐熱性向上が期待できる。
有機添加剤としては、デンプン及びその誘導体、セルロース及びその誘導体、パルプ及びその誘導体、紙及びその誘導体、小麦粉、おから、ふすま、ヤシ殻、コーヒー糟、タンパクや、フタル酸系、脂肪族多塩基酸系、グリセリン系、クエン酸系、グリコール系、オレフィン系の低分子量体や、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、アラミド繊維などが挙げられる。これらは、1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
他の樹脂、重合体または添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない範囲内で用途に応じて適宜選択される。
<ポリ乳酸系樹脂組成物>
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物は、上記ポリ乳酸系樹脂(A)を必須成分として、5〜95重量%を含むことを特徴としている。上記ポリ乳酸系樹脂(A)を前記範囲で含むと、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
また、本発明のポリ乳酸系樹脂組成物は、ポリ乳酸系樹脂(A)5〜95重量部と、前記ポリ乳酸系樹脂(A)以外のポリ乳酸系樹脂(B)95〜5重量部と(ただし、ポリ乳酸系樹脂(A)および(B)の合計を100重量部とする)を含むことが好ましい。ポリ乳酸系樹脂組成物中に、ポリ乳酸系樹脂(A)および(B)が前記範囲内の割合で含んでいると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
さらに、本発明のポリ乳酸系樹脂組成物は、上記ポリ乳酸系樹脂(A)100重量部または上記ポリ乳酸系樹脂(A)および(B)の合計100重量部に対して、上記透明核剤(C)0.1〜10重量部をさらに含ませることが好ましい。ポリ乳酸系樹脂組成物中に、上記透明核剤(C)が前記範囲内の割合で含んでいると、高結晶化度における透明性が発現しやすい点で好ましい。
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物は、結晶化速度が速いという点で優れる。ここで、本発明における「結晶化速度」とは、示差走査熱量測定(DSC)分析において、ポリマーを昇温して融解した後、一定速度で所定の温度まで冷却し、その所定の温度で保持した際に、その所定の温度に保持した時点から結晶化のための発熱ピークが最大値となるまでの時間(以下「等温結晶化時間」ともいう。)によって求められる。この時間が短ければ結晶化速度は速いことになる。なお、前記所定の温度とは、測定するポリマーによって適宜選択される。
上記等温結晶化時間は、具体的には、本発明のように樹脂が乳酸由来のユニットにより構成されている場合、フィルム状のポリマー5〜6mgを秤量し、窒素シールしたパンに計り込み、窒素シールされた予め30℃に設定されたDSC測定部に装入した後、100℃/minの昇温速度で昇温し、220℃で3分間溶融した後、99℃/minの冷却速度で所定の結晶化温度(例えば100℃)まで冷却して保持した際に、所定の温度まで冷却された時点から結晶化のための発熱ピークが最大値となるまでの時間によって求められる。
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物においては、該組成物を220℃で3分間溶融した後、99℃/分の冷却速度で100℃まで冷却し、100℃で保持した際の等温結晶化時間が、5分以内、好ましくは0.1〜4分、さらに好ましくは1〜3分である。
<ポリ乳酸系樹脂組成物の製造方法>
本発明のポリ乳酸系樹脂組成物の製造方法としては、公知の製造方法を適宜採用することができる。例えば、高速撹拌機または低速撹拌機等を用いて、各成分を予め均一に混合した後、樹脂の融点以上において十分な混練能力のある一軸もしくは多軸の押出機で溶融混練する方法、溶融時に混合混練する方法、溶液中で混合した後に溶媒を除く方法などを採用することができる。
ポリ乳酸系樹脂組成物の製造は、成形体の成形前に行ってもよく、組成物の製造と成形とを同時に行ってもよい。成形前に組成物を製造する場合、樹脂組成物の形状はペレット、棒状または粉末などが好ましい。
<成形体>
本発明に係る成形体は、上述したポリ乳酸系樹脂(A)または上述したポリ乳酸系樹脂組成物からなり、105℃で60秒間アニール(熱処理)後の、厚み100μmでのヘイズが0.1〜15%であり、好ましくは0.1〜12%、さらに好ましくは0.1〜11%であり、かつ、結晶化度が35%以上、好ましくは38〜60%。さらに好ましくは40〜55%であることを特徴としている。
本発明の成形体は、本発明の成形体は、公知公用の方法、たとえば、以下のような方法で製造することができる。
(1)押出成形においては、本発明のポリ乳酸系樹脂(A)またはポリ乳酸系樹脂組成物を、一般的なTダイ押出成形機で成形することにより、フィルムやシートを成形することができる。
(2)射出成形においては、本発明のポリ乳酸系樹脂(A)またはポリ乳酸系樹脂組成物のペレットを溶融軟化させて金型に充填し、成形サイクル20〜300秒で成形体が得られる。
(3)ブロー成形(射出ブロー成形、延伸ブロー成形、ダイレクトブロー成形)においては、たとえば、射出ブロー成形の場合、本発明のポリ乳酸系樹脂(A)またはポリ乳酸系樹脂組成物のペレットを、一般的な射出ブロー成形機で溶融して金型に充填することにより、予備成形体を得る。得られた予備成形体をオーブン(加熱炉)中で再加熱した後、一定温度に保持された金型内に入れて、圧力空気を送出してブローすることによりブローボトルを成形することができる。
(4)真空成形・真空圧空成形においては、上記(1)の押出成形と同様の方法により成形したフィルムやシートを予備成形体とする。得られた予備成形体を加熱して、一旦、軟化させた後、一般的な真空成形機を用いて、一定温度に保持された金型内で、真空成形または真空圧空成形することにより、成形体を得ることができる。
(5)積層体成形においては、上記(1)の押出成形の方法で得たフィルムやシートと他の基材とを、接着剤や熱でラミネーションする方法;上記(1)の押出成形の方法と同様の方法で、Tダイから溶融樹脂を直接、紙、金属、プラスチックなどの基材上へ押出す押出ラミネーション法;本発明のポリ乳酸系樹脂(A)またはポリ乳酸系樹脂組成物などを別の押出機で各々溶融し、ダイヘッドで合流させて同時に押し出す共押出法;これらを組み合わせた共押出ラミネーションなどの方法で積層成形体を得ることができる。
(6)テープヤーン成形においては、上記(1)の押出成形と同様の方法により成形したフィルムやシートを特定の幅にスリットし、60〜140℃の温度範囲で一軸に熱延伸し、必要に応じてさらに80〜160℃の温度範囲で熱固定することで成形体を得ることができる。
(7)糸成形においては、本発明のポリ乳酸系樹脂(A)またはポリ乳酸系樹脂組成物を、押出機を用いて150〜240℃の温度で溶融し、紡糸口金から吐出させる溶融紡糸法により糸を得ることができる。必要に応じて、60〜100℃の温度範囲で一軸に熱延伸し、場合によってはさらに80〜140℃の温度範囲で熱固定することで糸を成形することができる。
(8)不織布成形においては、スパンボンド法またはメルトブローン法により成形体を成形することができる。スパンボンド法では、上記(7)の糸成形と同様の方法で、多孔の紡糸口金を用いて溶融紡糸し、紡糸口金の下部に設置したエアーサッカを用いて延伸してウェブを形成し、捕集面に堆積させ、さらにこれをエンボスロールおよび平滑ロールにて圧着または熱融着させることで不織布を得ることができる。メルトブローン法では、多孔の紡糸口金から吐出された溶融樹脂が、加熱気体吹出口から吹き出される高速度の加熱気体と接触して微細なファイバーに繊維化され、さらに移動支持体上に堆積されることで不織布を得ることができる。
上記成形体は、80〜120℃で1〜300秒間熱処理した後の厚み100μmでのヘイズが、好ましくは0.1〜15%、より好ましくは0.1〜12%、さらに好ましくは0.1〜11%であり、かつ、結晶化度が、好ましくは35%以上、より好ましくは38〜60%、さらに好ましくは40〜55%である。
本発明における「結晶化度」とは、示差走査熱量測定(DSC)によって求められる。具体的には、まず、プレス成形によって得られた無配向フィルムを105℃のオーブンで所定時間熱処理する。熱処理後のフィルムを5〜6mg秤量し、窒素シールしたパンに計り込み、窒素シールされた予め30℃に設定されたDSC測定部に装入し、10℃/minの昇温速度で昇温し220℃まで昇温する。結晶化エンタルピー(ΔHc)、結晶融解エンタルピー(ΔHm)を測定し、[[(ΔHm−ΔHc)/(ΔH0)]×100]を求め、これを結晶化度とする。ここで、ΔH0は完全理想結晶融解エンタルピーを表し、たとえば、ポリ乳酸のΔH0は93J/gである。また、本発明における「ヘイズ」は、ヘイズメーターで測定した値である。
<用途>
本発明のポリ乳酸系樹脂(A)またはポリ乳酸系樹脂組成物は、上述した種々の成形加工方法により成形することができ、特に限定されることなく様々な用途に好適に使用することができる。また、これらの成形品は、自動車部品、家電材料部品、電気・電子部品、建築部材、土木部材、農業資材および日用品、各種フィルム、通気性フィルムやシート、一般産業用途及びレクリエーション用途に好適な発泡体、糸やテキスタイル、医療又は衛生用品などの各種用途に利用することができ、好ましくは耐熱性、耐衝撃性が必要とされる自動車材料部品、家電材料部品、電気・電子材料部品に利用することができる。
具体的には、自動車部品材料用途では、フロントドア、ホイルキャップなどのこれまで樹脂部品が用いられている部品への展開、家電材料部品用途ではパソコン、ヘッドホンステレオ、携帯電話などの製品の筐体部品への展開、電気・電子部品では、反射材料フィルム・シート、偏光フィルム・シートへの展開が挙げられる。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
<重量平均分子量>
(I)原料となるポリオレフィン系化合物の重量平均分子量
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC):ミリポア社製G P C -1 5 0、
カラム:T S K G N H H T7.5mm×300mm、カラム温度:140℃、移動相:オルトジクロロベンゼン(酸化防止剤としてBHT0.025重量%)、流量:1.0ml/minにより、ポリスチレン標準サンプルとの比較で求めた。
(II)ポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC):昭和電工(株)社製Shodex GPC−101、カラム:ポリマーラボ社製「PLgel mixd c」×2本直列、カラム温度:40℃、移動相:クロロホルム、流量:1ml/minにより、ポリスチレン標準サンプルとの比較で求めた。
<結晶化速度(等温結晶化時間)>
DSC(島津製作所製「DSC−60」)により求めた。プレス成形によって得られた無配向フィルム5〜6mgを秤量し、窒素シールしたパンに計り込み、窒素シールされた予め30℃に設定されたDSC測定部に装入した後、100℃/minの昇温速度で昇温し、220℃で3分間溶融した。溶融後、99℃/minの冷却速度で100℃まで冷却し、100℃に冷却された時点を開始時間として、結晶化ピークが最大になる時間を求めた。
<結晶化度>
DSC(島津製作所製「DSC−60」)により求めた。プレス成形によって得られた無配向フィルムを105℃のオーブンで所定時間熱処理し、処理後のフィルム5〜6mgを秤量し、窒素シールしたパンに計り込み、窒素シールされた予め25℃に設定されたDSC測定部に装入した後、10℃/minの昇温速度で220℃まで昇温した。結晶化エンタルピー(ΔHc)、結晶融解エンタルピー(ΔHm)を測定し、[[(ΔHm−ΔHc)/(ΔH0)]×100]を求め、これを結晶化度とした。ここで、ΔH0は完全理想結晶融解エンタルピーを表し、ポリ乳酸の数値93J/gを使用した。
<透明性(ヘイズ(HAZE))>
JISK7105に基づきヘイズメーター(日本電色社製「NDH2000」)により求めた。
<合成例1>
撹拌機、温度計、コンデンサーおよび滴下ろうとを備え付けた1000mlガラス製反応装置に、特開2006−131870号公報の合成例2に従って合成した、末端にエポキシ基を有するポリエチレン(Mw=2058、Mn=1118)100g(Mn=1118として89mmol)、トルエン270gを装入し、トルエン還流下で加熱溶解した。その後、90℃でギ酸30g(1mol)をゆっくり添加し、8時間撹拌して温水100gを投入、水層を分離した。次に、90℃で5%KOH/n−BuOH 75g(KOH 66.8mmol)をゆっくり添加し、115℃で2時間撹拌した。その後、80℃に冷却し、アセトニトリルを加えて、反応生成物を析出させ、固体をろ取した。得られた固体をメタノール水溶液で1回、メタノールで3回撹拌洗浄した。次に、得られた固体をろ取し、60℃で減圧下乾燥させることにより、末端に二つの水酸基を有するポリエチレン(Mw=2091、Mn=1136)の白色粉体98gを得た。
<合成例2>
撹拌機、温度計、コンデンサーおよび滴下ろうとを備え付けた1000mlガラス製反応装置に、特開2006−131870号公報の合成例2に従って合成した、末端にエポキシ基を有するポリエチレン(Mw=2058、Mn=1118)84g(Mn=1118として75mmol)、ジエタノールアミン39.4g (375mmol)、トルエン150gを装入し、還流下において4時間撹拌した。その後、冷却しながらアセトンを加え、反応生成物を析出させ、固体をろ取した。得られた固体をアセトン水溶液で1回、更にアセトンで3回撹拌洗浄した後、固体をろ取した。その後、室温で減圧下乾燥させることにより、末端に水酸基およびビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するポリエチレン(Mw=1979、Mn=1075)の白色粉体、82gを得た。
<合成例3>
合成例1における末端にエポキシ基を有するポリエチレンを、特開2006−131870号公報の合成例8に従って合成した、末端にエポキシ基を有するエチレン−プロピレン共重合体(Mw=1470、Mn=843)に変えた以外は合成例1と同様にして、末端に二つの水酸基を有するエチレン−プロピレン共重合体(Mw=1503、Mn=862)の白色粉体94gを得た。
<合成例4>
合成例2における末端にエポキシ基を有するポリエチレンを、特開2006−131870号公報の合成例8に従って合成した、末端にエポキシ基を有するエチレン−プロピレン共重合体(Mw=1470、Mn=843)に変えた以外は合成例2と同様にして、末端に水酸基およびビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するエチレン−プロピレン共重合体(Mw=1437、Mn=824)の白色粉体60.1gを得た。
<合成例5>
合成例1における末端にエポキシ基を有するポリエチレンに替えて、特開2003−73412号公報の比較例2に従って合成したポリエチレンの末端ビニル基を特開2006−131870号公報の合成例2と同様の方法でエポキシ化した、末端にエポキシ基を有するポリエチレン(Mw=7134、Mn=3920)48gを用いた以外は合成例1と同様にして、末端に二つの水酸基を有するポリエチレン(Mw=7326、Mn=4025)の白色粉体40gを得た。
<合成例6>
合成例2における末端にエポキシ基を有するポリエチレンに替えて、特開2003−73412号公報の比較例2に従って合成したポリエチレンの末端ビニル基を特開2006−131870号公報の合成例2と同様の方法でエポキシ化した、末端にエポキシ基を有するポリエチレン(Mw=7927、Mn=3920)55gを用いた以外は合成例1と同様にして、末端に水酸基およびビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するポリエチレン(Mw=6940、Mn=3877)の白色粉体52gを得た。
<合成例7>
撹拌機、温度計およびコンデンサーを備え付けた200mLガラス製反応装置に、L−ラクチド142.3g(0.988モル)、D−ラクチド1.7g(0.122モル)、テレフタル酸クロライドと1,4−ブタンジオールとを反応させて得られた、両末端に水酸基を有するポリエステル(水酸基当量:770g/eq、重量平均分子量:2810)2.2g(0.00143モル)と、オクタン酸スズ11.5mgとを装入し、窒素雰囲気下において150rpmの回転数で撹拌しながら190℃まで昇温した。引き続き撹拌しながら、190〜200℃で2時間重合を行った。重合中、ポリマーの粘度が上昇するに従い、撹拌が難しくなるため、様子を見ながら回転数を50rpmまで低下させた。充分に生成ポリマーの粘度が上昇し、GPCによる分子量(Mw)が20.3万であることを確認して重合を終了した。この時、未反応の残存ラクチド量は、3.2重量%であった。
重合終了後、一旦ポリマーをバットに排出し冷却した後、クロロホルム2000mLに溶解させた。このクロロホルム溶液を撹拌しながら、メタノールを少量づつ加えた。約2000mLのメタノールを加えたところで曇化したため、一時メタノールの添加を止め、撹拌を行いながら徐々にポリマーを析出させた。2時間後、十分にポリマーが析出してきたため、さらにメタノールを約4000mL加え、1時間よく撹拌して残存するラクチドを除去した後、ポリマーを吸引ろ過して分離した。濾塊を少量のメタノールでリンス洗浄した後、さらに、3000mLのメタノール中で1時間撹拌を行った後、吸引ろ過して、完全に残存するラクチドを除去した。このようにして得られたポリマーを、窒素気流下の乾燥器中、40℃において24時間乾燥して、テレフタル酸と1,4−ブタンジオールから得られるポリエステルに由来する部分構造を有するポリ乳酸(B−1)135.2gを得た。得られたポリ乳酸(B−1)の重量平均分子量(Mw)は20.6万であり、未反応のラクチドは検出されなかった。
<合成例8>
合成例7と同様の反応装置を用い、テレフタル酸クロライドと1,4−ブタンジオールとを反応させて得られた、両末端に水酸基を有するポリエステル(水酸基当量:770g/eq)2.2g(0.00143モル)を、テレフタル酸クロライドと1,8−オクタンジオールとを反応させて得られた、両末端に水酸基を有するポリエステル(水酸基当量:1230g/eq、重量平均分子量:4238)3.5g(0.00143モル)に変えた以外は合成例7と同様にして、テレフタル酸と1,8−オクタンジオールから得られるポリエステルに由来する部分構造を有するポリ乳酸(B−2)135.8gを得た。得られたポリ乳酸(B−2)の重量平均分子量(Mw)は21.7万であった。
<合成例9>
合成例7と同様の反応装置を用い、テレフタル酸クロライドと1,4−ブタンジオールとを反応させて得られた、両末端に水酸基を有するポリエステル(水酸基当量:770g/eq)2.2g(0.00143モル)を、PPG#2000(Mw=2200、関東化学(株)製試薬特級)3.1g(水酸基として0.00143モル)に変えた以外は合成例7と同様にして、PPG#2000に由来する部分構造を有するポリ乳酸(B−3)133.2gを得た。得られたポリ乳酸(B−3)の重量平均分子量(Mw)は19.8万であった。
<合成例10>
合成例7と同様の反応装置を用い、テレフタル酸クロライドと1,4−ブタンジオールとを反応させて得られた、両末端に水酸基を有するポリエステル(水酸基当量:770g/eq)2.2g(0.00143モル)を、両末端に水酸基を有するアルキル基で変性されたシリコーン化合物(信越化学工業(株)社製、製品名:KF−6002、水酸基当量:1648g/eq、重量平均分子量:6095):4.7g(0.00143モル)に変えた以外は合成例7と同様にして、両末端に水酸基を有するアルキル基で変性されたシリコーン化合物に由来する、下記一般式(5)の部分構造を有するポリ乳酸、135.2gを得た。得られたポリ乳酸(B−4)の重量平均分子量(Mw)は20.9万であった。
Figure 2009107772
(式(5)中、R7およびR8はそれぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状または分岐を有するアルキル基、または炭素数6〜10のアリール基を表し、同一であっても異なっていてもよい。)
<合成例11>
合成例7と同様の反応装置を用い、テレフタル酸クロライドと1,4−ブタンジオールとを反応させて得られた、両末端に水酸基を有するポリエステル(水酸基当量:770g/eq)2.2g(0.00143モル)を、特開2007−177039号公報の製造例1に従って合成した、2−ヒドロキシエチルメタクリレートがグラフトした変性ポリプロピレン(Mn=31000)28.8g(水酸基:0.0038モル相当)に変えた以外は合成例7と同様にして反応を行ったが、ラクチドと2−ヒドロキシエチルメタクリレートがグラフトした変性ポリプロピレンが非相溶であり反応は進行しなかった。
<合成例12>
特開2007−177039号公報における製造例1および3に準じ、メルトフローレイト(MFR:230℃、2160g)が2.4g/10分、135℃デカリン中で測定される極限粘度[η]が2.6dl/gであるプロピレン単独重合体パウダー100重量部に対して、2−ヒドロキシメチルメタクリレート(HEMA)4.5重量部および、t−ブチルペルオキシベンゾエート(PBZ;日本油脂(株)製)3重量部をヘンシェルミキサーでドライブレンドした後、二軸混練機(テクノベル、ZSK−30)を用いて210℃で溶融変性し、変性ポリプロピレン樹脂(以下「HEMA−PP」とも記す。)ペレットを得た。この変性ポリプロピレン樹脂の、GPCによる重量平均分子量(Mw)は2.4万であり、数平均分子量(Mn)は0.9万であった。
このHEMA−PPを、さらに特開2007−177039号公報における製造例2および4に準じ、HEMA−PP:60gに対し、混合キシレン:360g、L−ラクチド:300g、触媒のオクタン酸スズ:24mgの割合で反応させて、ポリ乳酸セグメントとポリプロピレンセグメントを有する共重合体Aを330gの収量で得た。得られた共重合体Aの重量平均分子量(Mw)は28.9万であった。
〔実施例1〕
撹拌機、温度計およびコンデンサーを備え付けた200mLガラス製反応装置に、L−ラクチド142.3g(0.988モル)、D−ラクチド1.7g(0.122モル)、合成例1で得られた、末端に水酸基を2つ有するポリエチレンオリゴマー:2.05g(0.0018モル)およびオクタン酸スズ11.5mgを装入し、窒素雰囲気下において150rpmの回転数で撹拌しながら190℃まで昇温した。引き続き撹拌しながら、190〜200℃で2時間重合を行った。重合中、ポリマーの粘度が上昇するに従い、撹拌が難しくなるため、様子を見ながら回転数を50rpmまで低下させた。充分に生成ポリマーの粘度が上昇し、GPCによる分子量(Mw)が24.5万であることを確認して重合を終了した。
重合終了後、一旦ポリマーをバットに排出して冷却した後、クロロホルム2000mLに溶解させた。このクロロホルム溶液を撹拌しながら、メタノールを少量ずつ加えた。約2000mLのメタノールを加えたところで曇化したため、一時メタノールの添加を止め、撹拌を行いながら徐々にポリマーを析出させた。2時間後、十分にポリマーが析出してきたため、さらにメタノールを約4000mL加え、1時間よく撹拌して残存するラクチドを除去した後、ポリマーを吸引ろ過して分離した。濾塊を少量のメタノールでリンス洗浄した後、さらに、3000mLのメタノール中で1時間撹拌を行った後、吸引ろ過して、完全に残存するラクチドを除去した。このようにして得られたポリマーを、50℃、2kPaで24時間乾燥して、末端に水酸基を2つ有するポリエチレンオリゴマーに由来する下記部分構造(1-1)
Figure 2009107772
を有するポリ乳酸(A−1)134.2gを得た。得られたポリ乳酸(A−1)の重量平均分子量(Mw)は25.1万であった。
尚、この部分構造式におけるEで表される基は、エチレン単独重合による重合体残基であり、その重量平均分子量(Mw)は、合成例1の末端にエポキシ基を有する重合体の重量平均分子量(Mw)の2058から、エポキシ基の分子量42および、一般式(1)における置換基Zに相当する水素原子の分子量1を差し引いた、2015である。
また、一般式(1)におけるR1は単結合であり、該部分構造以外は乳酸単位の繰り返しからなるポリ乳酸である。
〔実施例2〕
合成例1で得られた、末端に水酸基を2つ有するポリエチレンオリゴマー:2.05g(0.0018モル)を、合成例2で得られた、末端に水酸基とビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するポリエチレン重合体:1.29g(0.0012モル)に変えた以外は実施例1と同様にして、末端に水酸基とビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するポリエチレン重合体に由来する下記部分構造(1'-1)
Figure 2009107772
を有するポリ乳酸(A−2)133.7gを得た。得られたポリ乳酸(A−2)の重量平均分子量(Mw)は24.8万であった。
尚、この部分構造式におけるEで表される基は、エチレン単独重合による重合体残基であり、その重量平均分子量(Mw)は、合成例2の末端にエポキシ基を有する重合体の重量平均分子量(Mw)の2058から、エポキシ基の分子量42および、一般式(1')における置換基Zに相当する水素原子の分子量1を差し引いた、2015である。
また、一般式(1')におけるR2、R3はオキシエチレン基であり、該部分構造以外は乳酸単位の繰り返しからなるポリ乳酸である。
〔実施例3〕
合成例1で得られた、末端に水酸基を2つ有するポリエチレンオリゴマー:2.05g(0.0018モル)を、合成例3で得られた、末端に水酸基を2つ有するエチレン−プロピレン共重合体:1.55g(0.0018モル)に変えた以外は実施例1と同様にして、末端に水酸基を2つ有するエチレン−プロピレン共重合体に由来する上記部分構造(1-1)を有するポリ乳酸(A−3)128.2gを得た。得られたポリ乳酸(A−3)の重量平均分子量(Mw)は22.7万であった。
尚、この部分構造式におけるEで表される基は、エチレン−プロピレンの共重合による重合体残基であり、その重量平均分子量(Mw)は、合成例3の末端にエポキシ基を有する重合体の重量平均分子量(Mw)の1470から、エポキシ基の分子量42および、一般式(1)における置換基Zに相当する水素原子の分子量1またはメチル基の分子量15を差し引いた、1427または1413である。
また、一般式(1)におけるR1は単結合であり、該部分構造以外は乳酸単位の繰り返しからなるポリ乳酸である。
〔実施例4〕
合成例1で得られた、末端に水酸基を2つ有するポリエチレンオリゴマー:2.05g(0.0018モル)を、合成例4で得られた、末端に水酸基とビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するエチレン−プロピレン重合体:0.99(0.0012モル)に変えた以外は実施例1と同様にして、末端に水酸基とビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するエチレン−プロピレン共重合体に由来する上記部分構造(1'-1)を有するポリ乳酸(A−4)125.7gを得た。得られたポリ乳酸(A−4)の重量平均分子量(Mw)は27.1万であった。
尚、この部分構造式におけるEで表される基は、エチレン−プロピレンの共重合による重合体残基であり、その重量平均分子量(Mw)は、合成例4の末端にエポキシ基を有する重合体の重量平均分子量(Mw)の1470から、エポキシ基の分子量42および、一般式(1')における置換基Zに相当する水素原子の分子量1またはメチル基の分子量15を差し引いた、1427または1413である。
また、一般式(1')におけるR2、R3はオキシエチレン基であり、該部分構造以外は乳酸単位の繰り返しからなるポリ乳酸である。
〔実施例5〕
合成例1で得られた、末端に水酸基を2つ有するポリエチレンオリゴマー:2.05g(0.0018モル)を、合成例5で得られた、末端に水酸基を2つ有するポリエチレン:7.25g(0.0018モル)に変えた以外は実施例1と同様にして、末端に水酸基を2つ有するポリエチレンに由来する上記部分構造(1-1)を有するポリ乳酸(A−5)138.1gを得た。得られたポリ乳酸(A−5)の重量平均分子量(Mw)は28.4万であった。
尚、この部分構造式におけるEで表される基は、エチレン単独重合による重合体残基であり、その重量平均分子量(Mw)は、合成例5の末端にエポキシ基を有する重合体の重量平均分子量(Mw)の7134から、エポキシ基の分子量42および、一般式(1)における置換基Zに相当する水素原子の分子量1を差し引いた、7091である。
また、一般式(1)におけるR1は単結合であり、該部分構造以外は乳酸単位の繰り返しからなるポリ乳酸である。
〔実施例6〕
合成例1で得られた、末端に水酸基を2つ有するポリエチレンオリゴマー:2.05g(0.0018モル)を、合成例6で得られた、末端に水酸基とビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するポリエチレン:4.65g(0.0012モル)に変えた以外は実施例1と同様にして、末端に水酸基とビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基を有するポリエチレンに由来する上記部分構造(1'-1)を有するポリ乳酸(A−6)131.8gを得た。得られたポリ乳酸(A−6)の重量平均分子量(Mw)は25.6万であった。
尚、この部分構造式におけるEで表される基は、エチレン単独重合による重合体残基であり、その重量平均分子量(Mw)は、合成例6の末端にエポキシ基を有する重合体の重量平均分子量(Mw)の7927から、エポキシ基の分子量42および、一般式(1')における置換基Zに相当する水素原子の分子量1を差し引いた、7884である。
また、一般式(1')におけるR2、R3はオキシエチレン基であり、該部分構造以外は乳酸単位の繰り返しからなるポリ乳酸である。
〔実施例7〜12〕
実施例1〜6で合成したポリ乳酸(A−1)〜(A−6)と透明核剤(C)とを、ラボプラストミルを用いて、温度200℃、時間5分および回転数50rpmの条件で、表1に示す重量部で混練した。この混練物を200℃および10MPaの条件で5分間プレスし、厚さ100μmのフィルムを得た。得られたフィルムの等温結晶化時間を、上記のようにして測定した。また、このフィルムを105℃のオーブンに20秒間および60秒間入れてアニール(熱処理)を行い、アニール前後の結晶化度および透明性(ヘイズ)を、上記のようにして測定した。結果を表1に示す。
〔実施例13〜22〕
実施例1〜6で合成したポリ乳酸(A−1)〜(A−6)と、透明核剤(C)と、市販のポリ乳酸(B−0)[三井化学製、登録商標LACEA、グレードH−100]および合成例7〜10で合成した、特定の構造を有するポリ乳酸系樹脂(B−1)〜(B−4)とを、ラボプラストミルを用いて、温度200℃、時間5分および回転数50rpmの条件で、表1に示す重量部で混練した。混練物を200℃および10MPaの条件で5分間プレスし、厚さ100μmのフィルムを得た。得られたフィルムの等温結晶化時間を、上記のようにして測定した。また、このフィルムを105℃のオーブンに20秒間および60秒間入れてアニール(熱処理)を行い、アニール前後の結晶化度および透明性(ヘイズ)を、上記のようにして測定した。結果を表1および2に示す。
〔比較例1〕
市販のポリ乳酸(B−0)[三井化学製、登録商標LACEA、グレードH−100]と透明核剤(C)とを、表1に示す重量部で混練した以外は、実施例1と同様にしてフィルムを作製し、等温結晶化時間、結晶化度および透明性を測定した。結果を表2に示す。
〔比較例2〕
合成例12において合成した、ポリ乳酸セグメントとポリプロピレンセグメントを有する共重合体(共重合体A:重量平均分子量(28.9万))を用い、実施例1と同様にしてフィルムを作製し、等温結晶化時間、結晶化度および透明性を測定した。結果を表3に示す。
〔比較例3〕
比較例2における、ポリ乳酸セグメントとポリプロピレンセグメントを有する共重合体(共重合体A:重量平均分子量(28.9万))に透明核剤(C)を加え、表1に示す重量部で混練した以外は、実施例1と同様にしてフィルムを作製し、等温結晶化時間、結晶化度および透明性を測定した。結果を表3に示す。
Figure 2009107772
Figure 2009107772
Figure 2009107772

Claims (18)

  1. 下記式(1)または(1')で表される部位を有し、かつ重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000であることを特徴とするポリ乳酸系樹脂(A)。
    Figure 2009107772
    (式(1)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、X1はO原子またはS原子を表し、R1は単結合または下記式(2)で示される基を表す。)
    Figure 2009107772
    (式(1')中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、R2〜R3は、それぞれ独立して単結合または下記式(2)で示される基を表す。)
    −R4−X2− ・・・(2)
    (式(2)中、R4は二価の炭化水素基またはポリオキシアルキレン基を表し、X2はO原子、S原子またはNH基を表す。)
  2. 請求項1に記載の式(1)または(1')で表される部位を有し、式(1)または(1’)以外の部位は乳酸単位の繰り返しからなり、重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000であることを特徴とする請求項1に記載のポリ乳酸系樹脂(A)。
    (ただし、式(1)中、Eは、エチレン単独重合体、またはエチレンと炭素数3〜10のα−オレフィンとの共重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子を表し、X1はO原子を表し、R1は単結合または炭素数1〜6のオキシアルキレン基を表し、
    式(1’)中、Eは、エチレン単独重合体、またはエチレンと炭素数3〜10のα−オレフィンとの共重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子を表し、R2〜R3は単結合または炭素数1〜6のオキシアルキレン基を表す。)
  3. 請求項1に記載のポリ乳酸系樹脂(A)5〜95重量%を含むことを特徴とするポリ乳酸系樹脂組成物。
  4. 請求項1に記載のポリ乳酸系樹脂(A)5〜95重量部と、前記ポリ乳酸系樹脂(A)以外のポリ乳酸系樹脂(B)95〜5重量部と(ただし、ポリ乳酸系樹脂(A)および(B)の合計を100重量部とする)を含むことを特徴とするポリ乳酸系樹脂組成物。
  5. 前記ポリ乳酸系樹脂(B)がポリ乳酸であることを特徴とする請求項4に記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
  6. 前記ポリ乳酸系樹脂(B)が、下記一般式(3)
    −X3−R5−X4− ・・・(3)
    (式(3)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、R5は、芳香環または脂肪族環を少なくとも1つ含む二価の炭化水素基を表し、該炭化水素基はO原子、N原子またはS原子を含んでいてもよい。)
    で表される部位を有し、かつ前記ポリ乳酸系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000の範囲であることを特徴とする請求項4に記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
  7. 前記ポリ乳酸系樹脂(B)が、下記一般式(4)
    −X3−R6−X4− ・・・(4)
    (式(4)中、X3およびX4は、それぞれ独立にO原子、S原子またはNH基を表し、R6は、環構造を含まない重量平均分子量(Mw)25〜50,000の二価の脂肪族炭化水素基を表し、該炭化水素基はO原子、N原子またはS原子を含んでいてもよい。)
    で表される部位を有し、かつ前記ポリ乳酸系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000の範囲であることを特徴とする請求項4に記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
  8. 前記ポリ乳酸系樹脂(B)が、下記一般式(5)
    Figure 2009107772
    (式(5)中、R7およびR8はそれぞれ独立して炭素数1〜5の直鎖状または分岐を有するアルキル基、または炭素数6〜10のアリール基を表し、同一であっても異なっていてもよい。)
    で表される繰り返し単位からなる、重量平均分子量(Mw)が100〜10000の範囲の部位を有し、かつ該ポリ乳酸系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が5,000〜1,000,000の範囲であることを特徴とする請求項4に記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
  9. 請求項1に記載のポリ乳酸系樹脂(A)100重量部に対して、
    カルボン酸アミド類、脂肪族アルコール類および脂肪族カルボン酸エステル類から選ばれる少なくとも1種の透明核剤(C)0.1〜10重量部をさらに含ませたことを特徴とするポリ乳酸系樹脂組成物。
  10. ポリ乳酸系樹脂(A)および(B)の合計100重量部に対して、
    カルボン酸アミド類、脂肪族アルコール類および脂肪族カルボン酸エステル類から選ばれる少なくとも1種の透明核剤(C)0.1〜10重量部をさらに含ませたことを特徴とする請求項4に記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
  11. 前記透明核剤(C)が、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘニン酸アミド、リシノール酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド、N-オレイルパルミチン酸アミド、N-ステアリルエルカ酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスカプリン酸アミド、ヘキサメチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、m-キシリレンビスカプリン酸アミド、m-キシリレンビスラウリン酸アミド、m-キシリレンビスステアリン酸アミド、m-キシリレンビスオレイン酸アミドおよびm-キシリレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミドからなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸アミドであることを特徴とする請求項9に記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
  12. 前記透明核剤(C)が、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘニン酸アミド、リシノール酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド、N-オレイルパルミチン酸アミド、N-ステアリルエルカ酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスカプリン酸アミド、ヘキサメチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミド、m-キシリレンビスカプリン酸アミド、m-キシリレンビスラウリン酸アミド、m-キシリレンビスステアリン酸アミド、m-キシリレンビスオレイン酸アミドおよびm-キシリレンビス-1,2-ヒドロキシステアリン酸アミドからなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸アミドであることを特徴とする請求項10に記載のポリ乳酸系樹脂組成物。
  13. 請求項1に記載のポリ乳酸系樹脂(A)からなり、105℃で60秒間アニール(熱処理)後の、厚み100μmでのヘイズが0.1〜15%であり、かつ、結晶化度が35%以上であることを特徴とする成形体。
  14. 請求項3に記載のポリ乳酸系樹脂組成物からなり、105℃で60秒間アニール(熱処理)後の、厚み100μmでのヘイズが0.1〜15%であり、かつ、結晶化度が35%以上であることを特徴とする成形体。
  15. 請求項4に記載のポリ乳酸系樹脂組成物からなり、105℃で60秒間アニール(熱処理)後の、厚み100μmでのヘイズが0.1〜15%であり、かつ、結晶化度が35%以上であることを特徴とする成形体。
  16. 請求項9に記載のポリ乳酸系樹脂組成物からなり、105℃で60秒間アニール(熱処理)後の、厚み100μmでのヘイズが0.1〜15%であり、かつ、結晶化度が35%以上であることを特徴とする成形体。
  17. 請求項10に記載のポリ乳酸系樹脂組成物からなり、105℃で60秒間アニール(熱処理)後の、厚み100μmでのヘイズが0.1〜15%であり、かつ、結晶化度が35%以上であることを特徴とする成形体。
  18. 下記式(I)または(II)で表わされる重合体と、
    ラクチドおよび/または乳酸を共重合させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のポリ乳酸系樹脂(A)の製造方法。
    Figure 2009107772
    (式(I)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、X1はO原子またはS原子を表し、R11〜R12は、それぞれ独立にH原子、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、または重量平均分子量(標準ポリスチレン換算)200〜6000のヒドロキシポリオキシアルキレン基を表す。)
    Figure 2009107772
    (式(II)中、Eは、エチレン単独重合体、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体、または炭素数3〜20のα−オレフィン単独重合体からなり、かつ重量平均分子量(Mw)が400〜20,000である重合体残基を表し、ZはH原子、アルキル基またはアラルキル基を表し、R13〜R15は、それぞれ独立にH原子、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、または重量平均分子量(標準ポリスチレン換算)200〜6000のヒドロキシポリオキシアルキレン基を表す。)
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