JPWO2013015164A1 - ポリ乳酸樹脂およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
24≦ΔHma(J/g)+(100−Ea(%))/2≦53(1)
29≦ΔHma(J/g)+(100−Ea(%))/2≦49(4)
34≦ΔHma(J/g)+(100−Ea(%))/2≦44(5)。
(ΔHmb−ΔHmc)>50(J/g)(2)
(ΔHmb−ΔHmc)>60(J/g)(6)
(ΔHmb−ΔHmc)>70(J/g)(7)
なお、示差走査型熱量計により試料を30℃から速度20℃/minで200℃まで昇温し、200℃で5分間保持した後、200℃から速度20℃/minで30℃まで降温し、30℃で1分間保持した後、さらに30℃から速度20℃/minで200℃まで昇温したときの2ndRunで観測される、ポリ乳酸樹脂の結晶融解エンタルピーをΔHmcとした。
ΔHmb(J/g)+0.25(100−Eb(%))≧60(3)
ΔHmb(J/g)+0.25(100−Eb(%))≧65(8)
ΔHmb(J/g)+0.25(100−Eb(%))≧70(9)。
プレポリマーおよびポリ乳酸樹脂を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定し、標準ポリメチルメタクリレート換算の重量平均分子量および数平均分子量の値を求めた。分子量分布は、数平均分子量に対する重量平均分子量の比で表される値である。GPCの測定は、検出器にWATERS社示差屈折計WATERS410を用い、ポンプにMODEL510高速液体クロマトグラフィーを用い、カラムにShodex GPC HFIP−806MとShodex GPC HFIP−LGを直列に接続したものを用いて行った。測定条件は、流速0.5mL/minとし、溶媒としてヘキサフルオロイソプロパノールを用い、測定サンプルとして試料濃度1mg/mLの溶液を0.1mL注入して行った。
プレポリマーおよびポリ乳酸樹脂の光学純度は、以下のようにして求めた。測定試料は、1N水酸化ナトリウム水溶液/メタノール混合溶媒下で60℃5時間加水分解した。得られたモノマー溶液を1N塩酸で中和し、0.5g/L硫酸銅水溶液で希釈し、試料濃度0.4mg/mLの溶液を得た。得られた溶液を、光学分割カラムを取り付けた高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定して得られたL−乳酸含有量lとD−乳酸含有量dから、下記式(A)で表される光学純度(E)を求めた。
HPLCの測定は、島津社製超高速LC Nexeraを用い、光学分割カラムに住化分析センター社製スミキラルOA−6100を用いて行った。測定条件は、流速0.5mL/minとし、移動相溶媒として0.5g/L硫酸銅水溶液を用い、サンプラー洗浄用溶媒として超純水を用いた。
固相重合により得られたポリ乳酸樹脂の重量平均分子量を前記(1)の方法で測定した。重量平均分子量が15万以上である場合をA、15万未満である場合をBと判定した。
固相重合により得られたポリ乳酸樹脂ペレットの状態を目視で確認した。固相重合後に融着しなかった場合をA、融着した場合をBと判定した。
プレポリマーおよびポリ乳酸樹脂の熱特性をPERKIN ELMER社製示差走査型熱量計(DSC7)を用いて測定した。試料10mgを窒素雰囲気下中、30℃から速度20℃/minで200℃まで昇温したときの結晶化プレポリマーの結晶融解エンタルピーをΔHmaとした。また、同様にして測定したポリ乳酸樹脂の結晶融解温度をTm、結晶融解エンタルピーをΔHmbとした。結晶融解エンタルピーをΔHmbを測定した後、さらに続けて、200℃で5分間保持し、200℃から速度20℃/minで30℃まで降温後、さらに30℃から速度20℃/minで200℃まで昇温したときのポリ乳酸樹脂の結晶融解エンタルピーをΔHmcとした。
エスペック社製恒温恒湿槽により、固相重合後のポリ乳酸樹脂50mgを温度60℃、相対湿度95%の条件で24時間湿熱処理を行い、処理前後のポリ乳酸樹脂の重量平均分子量を前記(1)の方法で測定した。処理前のポリ乳酸樹脂の重量平均分子量を基準とした処理後のポリ乳酸樹脂の重量平均分子量保持率が、95%以上である場合をA、95%未満〜85%以上である場合をB、85%未満〜75%以上である場合をC、75%未満である場合をDと判定した。
ポリ乳酸樹脂を、ダイス幅100mmおよびリップ幅1mmのTダイ、冷却ロールとして、表面温度50℃の第1ロール、表面温度60℃の第2ロール、表面温度40℃の第3ロールを装備した単軸押出機(30mmφ)を用いて、シリンダー温度210℃、スクリュー回転数80rpm、Tダイ温度210℃、押出速度1m/分、引取速度1m/分にて押出成形することにより、シートを作成した。得られたシートについて表面が平滑な場合をA、表面に凹凸がある場合をB、表面に凹凸があり、かつ破れがある場合をCと判定した。
(7)により得られたシートを、真空成形機を用いて、加熱温度100℃、加熱時間60秒の条件で加熱した後、該シートを金型温度40℃の金型に密着させると同時に金型内を減圧することにより、内径6cm、深さ10cmの円柱状の容器を得た。このとき、シートがほとんどドローダウンしない場合をA、若干ドローダウンするが成形できる場合をB、ドローダウンするがかろうじて成形ができる場合をC、ドローダウンして成形が不可の場合をDと判定した。
所定のポリ乳酸樹脂を、ダイス幅300mmおよびリップ幅0.5mmのTダイ、冷却ロールとして、表面温度50℃の第1ロール、表面温度60℃の第2ロール、表面温度40℃の第3ロールを装備した単軸押出機(57mmφ)を用いて、スクリュー回転数80rpm、所定の成形温度(シリンダー温度、Tダイ温度)、押出速度1m/分、引取速度1m/分にて押出成形することにより、シートを作成した。このとき、シートが得られた場合をA、シートが得られなかった場合をBと判定した。
(9)により得られたシートの外観が良好な場合をA、シワが見られた場合をBと判定した。
撹拌装置および還流装置のついた反応容器中に、90%L−乳酸水溶液97部と90%D−乳酸水溶液3部を入れ、反応容器の温度を150℃にした後、徐々に系内を減圧して圧力を800Paとし、水を除去しながら3.5時間反応させた。その後、触媒として酢酸錫(II)0.08部およびメタンスルホン酸0.22部を添加し、温度170℃、圧力400Paで6時間重合反応させ、Mw23,000、光学純度92%のプレポリマー(A−1)を得た。
用いる乳酸水溶液を90%L−乳酸水溶液95部と90%D−乳酸水溶液5部に変更する以外は製造例1と同様に行い、Mw21,000、光学純度88%のプレポリマー(A−2)を得た。
脱水後の重合温度を200℃、重合時間を15時間に変更する以外は製造例1と同様に行い、Mw42,000、光学純度82%のプレポリマー(A−3)を得た。
脱水後の重合温度を200℃、重合時間を25時間に変更する以外は製造例1と同様に行い、Mw65,000、光学純度76%のプレポリマー(A−4)を得た。
用いる乳酸水溶液を90%L−乳酸水溶液88部と90%D−乳酸水溶液11部に変更し、脱水後の重合時間を2時間に変更する以外は製造例1と同様に行い、Mw3,000、光学純度76%のプレポリマー(A−5)を得た。
用いる乳酸水溶液を90%L−乳酸水溶液93部と90%D−乳酸水溶液7部に変更し、脱水後の重合時間を60時間とする以外は製造例1と同様に行い、Mw104,000、光学純度82%のプレポリマー(A−6)を得た。
用いる乳酸水溶液を90%L−乳酸水溶液100部に変更する以外は製造例1と同様に行い、Mw20,000、光学純度98%のプレポリマー(A−7)を得た。
用いる乳酸水溶液を90%L−乳酸水溶液78部と90%D−乳酸水溶液22部に変更する以外は製造例1と同様に行い、Mw25,000、光学純度54%のプレポリマー(A−8)を得た。
製造例1により得られたプレポリマーを、日本製鋼所社製TEX30型2軸押出機(L/D=45.5)を用いて結晶化した。押出機の樹脂供給口よりL/D=10の部分に温度160℃に設定した可塑化部分を設け、可塑化部分よりL/D=35.5の部分に表1記載の温度に設定した結晶化部分を設けた。なお、結晶化部分のスクリューエレメントには複数のニーディングディスクを組み合わせて、L/D=4の長さとしたニーディングブロックを2箇所設けてせん断を付与できるスクリューとした。
用いるプレポリマーと結晶化条件および固相重合条件を表1と表2に示すようにした以外は、実施例1と同様に行った。表1と表2に記載の通り、比較例1では、プレポリマーの重量平均分子量が低すぎるため、固相重合が十分に進行しなかった。比較例2では、プレポリマーの重量平均分子量が高すぎるため、固相重合が十分進行しなかった。比較例3では、プレポリマーの光学純度が高すぎることで、固相重合が十分に進行しなかった。比較例4では、プレポリマーの光学純度が低すぎることで、せん断を加えても結晶化せず、ほとんど固相重合が進行しなかった。比較例5では、結晶化工程においてプレポリマーにかかるせん断が弱く、結晶化プレポリマーの結晶融解エンタルピー(ΔHma)が4J/g未満と十分結晶化しなかったために、低い固相重合性となった。比較例6および比較例7では、結晶化プレポリマーの結晶融解エンタルピー(ΔHma)が50J/gを越えたため、分子拘束により分子量が頭打ちし、低い固相重合性であった。また、実施例1と実施例5を比較すると、結晶融解エンタルピー(ΔHma)がより好ましい様態である実施例1の方が高い固相重合性を示した。
実施例1〜8および比較例1〜7で得られたポリ乳酸樹脂について、前記のようにして、分子量、光学純度、熱特性、耐加水分解性、成形性および耐ドローダウン性を測定した。結果を表3および表4に示す。表3および表4に示すように、実施例9〜16については、いずれも高い耐加水分解性、成形性および耐ドローダウン性が観察されるのに対して、比較例8〜14については、十分な特性が得られなかった。実施例が優れていることは明らかである。
撹拌装置および還流装置のついた反応容器中に、光学純度92%のL−ラクチドを50部入れ、窒素雰囲気下、120℃で均一に溶解させた後、温度を150℃にし、オクチル酸スズ(II)0.02部を添加して2時間反応させることにより、ポリ−L−乳酸を得た。得られたポリ乳酸樹脂について、前記のようにして、分子量、光学純度、熱特性、耐加水分解性、成形性および耐ドローダウン性を測定した。結果を表5に示す。
用いるラクチドの光学純度を比較例16では76%に、比較例17では97%にした以外は、比較例15と同様に行った。結果を表5に示す。
実施例1で得られたポリ乳酸樹脂100重量部に、安定剤としてステアリルアシッドホスフェート0.2重量部を混合し、2軸押出機を用いて190℃で溶融混練を行った。得られた安定剤を含むポリ乳酸樹脂を180℃で溶融し、前記(成形性2)の記載に従って成形加工した結果を表6に示す。
使用するポリ乳酸樹脂および成形加工温度を表6に示すようにした以外は、実施例17と同様に行った。結果を表6に示す。表6に記載の通り、実施例17では、成形温度が低いことで、ガスの発生はほとんどなく、さらに得られた成形品は、ドローダウンに起因するシワもなく、外観良好であった。比較例18では、ポリ乳酸樹脂の結晶性が高いため成形温度180℃では十分溶融せず、成形加工できなかった。比較例19では、成形温度200℃とすることで成形品を得ることできたが、温度が高いことによりシワなどの外観不良が見られた。
Claims (10)
- 乳酸単位を主成分とするプレポリマーであって、光学純度(Ea)が60〜94%、重量平均分子量が5,000〜100,000、結晶融解エンタルピー(ΔHma)が4〜50J/gである結晶化プレポリマーを固相重合する工程を含むポリ乳酸樹脂の製造方法。
- 結晶化プレポリマーの光学純度(Ea)と結晶融解エンタルピー(ΔHma)が下記式(1)を満たす請求項1に記載のポリ乳酸樹脂の製造方法。
24≦ΔHma(J/g)+(100−Ea(%))/2≦53(1) - 乳酸単位を主成分とするプレポリマーであって、光学純度(Ea)が60〜94%、重量平均分子量が5,000〜100,000のプレポリマーを溶融機内でせん断付与下、70〜140℃の範囲の温度で滞留させて結晶化させることによって、結晶化プレポリマーを得る工程を含む請求項1または2に記載のポリ乳酸樹脂の製造方法。
- 溶融機内でのせん断速度が10〜400/秒である請求項3に記載のポリ乳酸樹脂の製造方法。
- 溶融機内に滞留させる時間が0.5〜10分である請求項3または4に記載のポリ乳酸樹脂の製造方法。
- 固相重合工程の温度条件が70〜155℃の範囲である請求項1〜5のいずれかに記載のポリ乳酸樹脂の製造方法。
- 光学純度(Eb)が60〜94%、重量平均分子量が150,000〜300,000、かつ、分子量分布が2.2以上であるポリ乳酸樹脂。
- 示差走査型熱量計を用い、昇温速度20℃/分で30℃から200℃まで昇温したときの1stRunで観測される、前記ポリ乳酸樹脂の融点(Tm)が150〜190℃、結晶融解エンタルピー(ΔHmb)が60〜98J/gである請求項7に記載のポリ乳酸樹脂。
- 示差走査型熱量計を用い、昇温速度20℃/分で30℃から200℃まで昇温したときの1stRunで観測される、前記ポリ乳酸樹脂のΔHmbおよび、引き続き200℃で5分間保持した後、降温速度20℃/分で200℃から30℃まで降温し、さらに昇温速度20℃/分で30℃から200℃まで昇温したときの2ndRunで観測される、前記ポリ乳酸樹脂結晶融解エンタルピー(ΔHmc)について、下記式(2)を満たす請求項7または8に記載のポリ乳酸樹脂。
(ΔHmb−ΔHmc)>50(J/g)(2) - 前記ポリ乳酸樹脂が下記式(3)を満たす請求項7〜9のいずれかに記載のポリ乳酸樹脂。
ΔHmb(J/g)+0.25×(100−Eb(%))≧60(3)
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