JPWO2013047766A1 - ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂と、式[1]で表されるフェニルホスホン酸化合物の金属塩とを含有するポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物であって、前記金属塩が、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、マンガン塩、鉄塩、コバルト塩、ニッケル塩、銅塩、銀塩、アルミニウム塩及びスズ塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属塩である、ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物。
【化1】
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、又は炭素原子数2〜11のアルコキシカルボニル基を表す。)
【選択図】なし
Description
P3HAの結晶核剤としては、タルク、窒化ホウ素、炭酸カルシウムなどの無機粒子(特許文献1)、特定式で示される糖アルコール化合物(特許文献2)、特定式で表されるアミノ酸(特許文献3)、特定式で示されるアミド化合物(特許文献4)、有機ホスホン酸もしくは有機ホスフィン酸又はそれらのエステル、金属塩あるいはそれら誘導体(特許文献5)などが開示されている。また特定の式で表されるフェニルホスホン酸亜鉛塩が有効であることも知られている(非特許文献1)。
これらの方法は、結晶化速度を速くし結晶化度を高めることが可能であるが、近年、より高い成形加工性や耐熱性を実現するために、さらに有効な結晶核剤の開発が望まれている。
従って本発明の目的は、P3HA樹脂の結晶化を促進するのに好適な結晶核剤を添加したP3HA樹脂組成物を提供することを目的とする。
第2観点として、前記ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂が、3−ヒドロキシブチレートのホモポリマー、又は、3−ヒドロキシプロピオネート、3−ヒドロキシバレレート、3−ヒドロキシヘキサノエート、3−ヒドロキシヘプタノエート、3−ヒドロキシオクタノエート、3−ヒドロキシノナノエート、3−ヒドロキシデカノエート、3−ヒドロキシドデカノエート、3−ヒドロキシドデセノエート、3−ヒドロキシテトラデカノエート、3−ヒドロキシヘキサドデカノエート、3−ヒドロキシオクタドデカノエート及び4−ヒドロキシブチレートからなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマーと3−ヒドロキシブチレートとのコポリマーである、第1観点に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物に関する。
第3観点として、前記ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂が、3−ヒドロキシブチレートのホモポリマー、又は、3−ヒドロキシプロピオネート、3−ヒドロキシバレレート、3−ヒドロキシヘキサノエート、3−ヒドロキシヘプタノエート、3−ヒドロキシオクタノエート及び4−ヒドロキシブチレートからなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマーと3−ヒドロキシブチレートとのコポリマーである、第2観点に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物に関する。
第4観点として、前記金属塩が、リチウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、マンガン塩、鉄塩、コバルト塩、ニッケル塩、銀塩、アルミニウム塩及びスズ塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属塩である、第1観点乃至第3観点の何れか一項に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物に関する。
第5観点として、前記金属塩が、マグネシウム塩、カルシウム塩、マンガン塩、コバルト塩及び銀塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属塩である、第4観点に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物に関する。
第6観点として、前記ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂100質量部に対し、前記フェニルホスホン酸化合物の金属塩0.01〜10質量部を含有する、第1観点乃至第5観点の何れか一項に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物に関する。
本発明で用いられるP3HA樹脂は、P3HAのホモポリマー又はコポリマーを含む。また、P3HAのホモポリマー又はコポリマーを主体とした、他樹脂とのブレンドポリマーであっても良い。他樹脂とは、後述するP3HA樹脂以外の生分解性樹脂、汎用の合成樹脂、汎用の合成エンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。P3HA樹脂がコポリマーの場合、コポリマーの配列様式はランダムコポリマー、交互コポリマー、ブロックコポリマー、グラフトコポリマーの何れであってもよい。
また、P3HAのコポリマーを構成するモノマーとしては、上記に加えて、4−ヒドロキシブチレート等の4−ヒドロキシアルカノエートモノマー、及びその他のヒドロキシアルカノエートモノマー等が挙げられる。
これらの中でも、3−ヒドロキシブチレートのホモポリマー(ポリ(3−ヒドロキシブチレート)、PHBともいう)、及び3−ヒドロキシブチレートとその他の3−ヒドロキシアルカノエートモノマーとのコポリマー、或いは3−ヒドロキシブチレートと4−ヒドロキシアルカノエートモノマーとのコポリマーが好ましい。
3−ヒドロキシブチレートとその他の3−ヒドロキシアルカノエートモノマー又は4−ヒドロキシアルカノエートモノマーとのコポリマーにおける3−ヒドロキシブチレートの組成比は樹脂としての柔軟性や強度等のバランスの観点から適宜選択され、例えば(3−ヒドロキシブチレート)/(その他の3−ヒドロキシアルカノエートモノマー又は4−ヒドロキシアルカノエートモノマー)のモル比率で99/1〜70/30(モル/モル)、好ましくは98/2〜75/25(モル/モル)、97/3〜80/20(モル/モル)、95/5〜82/18(モル/モル)、92/8〜85/15(モル/モル)、90/10〜85/15(モル/モル)である。
また前記炭素原子数2〜11のアルコキシカルボニル基としては、例えばメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。
これら化合物は市販品をそのまま好適に使用できる。
上記金属塩を形成する金属の具体例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、スズなどが挙げられる。これら金属より形成される金属塩の中でも、リチウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、マンガン塩、鉄塩、コバルト塩、ニッケル塩、銀塩、アルミニウム塩、スズ塩が好ましく、マグネシウム塩、カルシウム塩、マンガン塩、コバルト塩、銀塩がより好ましい。
得られる粉末の形態は、通常は粒状結晶、板状結晶、短冊状(ストリップ状)結晶、棒状結晶、針状結晶等となり、さらにこれらの結晶が積層した形態になることもある。
これらの化合物(結晶性粉末)は市販されている場合には、市販品を使用することができる。
本発明のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物におけるフェニルホスホン酸化合物金属塩の添加量は、P3HA樹脂100質量部に対して、0.01〜10質量部、好ましくは0.02〜5質量部、さらに好ましくは0.03〜2質量部である。添加量を0.01質量部以上とすることにより、十分な結晶化速度を得ることができる。また、10質量部を超えても、結晶化速度がさらに速くなるわけではないため、10質量部以下で使用することが経済的に有利となる。
例えばP3HA樹脂と各成分をそれぞれ各種ミキサーで混合し、単軸又は二軸押出機等を用いて混練すればよい。混練は通常10〜200℃程度の温度で行われる。また、各成分を高濃度で含有するマスターバッチを作製し、これをP3HA樹脂に添加する方法も可能である。また、P3HA樹脂の重合段階で、フェニルホスホン酸化合物金属塩を添加することもできる。
なお、実施例において、試料の調製及び物性の分析に用いた装置及び条件は、以下の通りである。
・示差走査熱量測定(DSC)
装置:パーキンエルマー社製、Diamond DSC
PPA:フェニルホスホン酸[日産化学工業(株)製]
PHBH:ポリ((3−ヒドロキシブチレート)−co−(3−ヒドロキシヘキサノエート))[(株)カネカ製、重量平均分子量230,000、ヒドロキシブチレート単位/ヒドロキシヘキサノエート単位=89/11(モル比)]
P3/4HB:ポリ((3−ヒドロキシブチレート)−co−(4−ヒドロキシブチレート))[Tianjin GreenBio Materials社製 Sogreen(商標)−00A、3−ヒドロキシブチレート単位/4−ヒドロキシブチレート単位=96/4(モル比)]
PPA−Zn:フェニルホスホン酸亜鉛[日産化学工業(株)製、エコプロモート(登録商標)]
撹拌機を備えた反応容器に、塩化マグネシウム六水和物[和光純薬工業(株)製]10.2g(50mmol)及び水100gを仕込み、撹拌して均一な溶液とした。次に、室温(およそ25℃)で撹拌しているこの溶液へ、PPA7.8g(50mmol)及び水酸化ナトリウム4.2g(105mmol)を水68gに溶解させた溶液を加え、さらに1時間撹拌した。生成した固体を減圧濾過により濾取し、水洗した。得られた湿品を200℃で6時間乾燥することで、目的とするフェニルホスホン酸マグネシウムを白色粉末として得た。
塩化マグネシウム六水和物に替えて、塩化カルシウム二水和物[和光純薬工業(株)製]7.4g(50mmol)を使用した以外は、合成例1と同様に操作し、目的とするフェニルホスホン酸カルシウム(1)を白色粉末として得た。
得られた粉末のSEM(走査型電子顕微鏡)[日本電子(株)製、JSM−7400F]像を確認したところ、その粒子形状は短冊状であり、無作為に抽出した50個の粒子のおよそ最大の短径(ただし短冊状粒子の大きさを〈長さ(長径)×幅(短径)×厚さ〉で表し、これらの数値は〈長径≧短径≧厚さ〉の条件を満たすものとする。)の平均はおよそ1μmであった。
塩化マグネシウム六水和物に替えて、塩化マンガン四水和物[和光純薬工業(株)製]9.9g(50mmol)を使用した以外は、合成例1と同様に操作し、目的とするフェニルホスホン酸マンガンを薄桃色粉末として得た。
なお、得られたフェニルホスホン酸マンガンは、乾燥直後は無水物であったが、空気雰囲気下、室温(およそ25℃)では一水和物となった。
塩化マグネシウム六水和物に替えて、塩化コバルト六水和物[和光純薬工業(株)製]11.9g(50mmol)を使用した以外は、合成例1と同様に操作し、目的とするフェニルホスホン酸コバルトを紫色粉末として得た。
塩化マグネシウム六水和物に替えて、硝酸銀[和光純薬工業(株)製]8.5g(50mmol)を使用した以外は、合成例1と同様に操作し、目的とするフェニルホスホン酸銀を白色粉末として得た。
撹拌機を備えた反応容器に、炭酸カルシウム[三共精粉(株)製、エスカロン(商標)#2300]10.0g(100mmol)及び水90gを仕込み、撹拌して均一なスラリーとした。次に、室温(およそ25℃)で撹拌しているこのスラリーへ、PPA15.8g(100mmol)を水72gに溶解させた溶液を加え、さらに3時間攪拌した。生成した固体を減圧濾過により濾取し、水洗した。得られた湿品を200℃で6時間乾燥することで、目的とするフェニルホスホン酸カルシウム(2)を白色粉末として得た。
得られた粉末のSEM像を確認したところ、その粒子形状は短冊状であり、無作為に抽出した50個の粒子のおよそ最大の短径の平均はおよそ1μmであった。
合成例2と同様の方法で得られた湿品を、さらにアセトンで洗浄し湿品中の水分を除去した。この湿品を50℃で1時間減圧乾燥した後に、200℃で6時間乾燥することで、目的とするフェニルホスホン酸カルシウム(3)を白色粉末として得た。
得られた粉末のSEM像を確認したところ、その粒子形状は短冊状であり、無作為に抽出した50個の粒子のおよそ最大の短径の平均はおよそ0.3μmであった。
撹拌機を備えた反応容器に、炭酸カルシウム[三共精粉(株)製、エスカロン(商標)#2300]10.0g(100mmol)及び水90gを仕込み、撹拌して均一なスラリーとした。次に、室温(およそ25℃)で撹拌しているこのスラリーへ、PPA1.6g(10mmol)を水7gに溶解させた溶液を加え、さらに1時間攪拌した。反応混合物をを減圧濾過により濾取し、水洗した。得られた湿品を200℃で6時間乾燥することで、目的とするフェニルホスホン酸カルシウムを含む炭酸カルシウムを白色粉末として得た。なお、PPA及び炭酸カルシウムの仕込み比から計算したところ、得られた粉末中のフェニルホスホン酸カルシウムの含有量は18質量%であった。
PHBH100質量部をクロロホルム1,900質量部に溶解させた溶液に、結晶核剤として合成例1で得られたPPA−Mg1質量部を加え、室温(およそ25℃)で3時間撹拌し、均一な分散液を得た。該分散液を、ガラスシャーレ上にキャストし、50℃のホットプレートで溶媒を揮発させた。得られたPHBH樹脂フィルムから約5mgを切り出し、DSCを用いて結晶化挙動を評価した。評価は、100℃/分で200℃まで昇温、5分間保持、100℃/分で60℃まで急冷後、60℃に達してからPHBHの結晶化に由来する発熱がピークに達するまでの時間を、半結晶化時間(t1/2)として測定した。t1/2の値が小さいほど同一条件での結晶化速度が速く、結晶核剤として優れた効果を有することを表す。結果を表1に示す。
PPA−Mgに替えて合成例2で得られたPPA−Ca(1)を使用した以外は、実施例1と同様に操作、評価した。結果を表1に併せて示す。
PPA−Mgに替えて合成例3で得られたPPA−Mnを使用した以外は、実施例1と同様に操作、評価した。結果を表1に併せて示す。
PPA−Mgに替えて合成例4で得られたPPA−Coを使用した以外は、実施例1と同様に操作、評価した。結果を表1に併せて示す。
PPA−Mgに替えて合成例5で得られたPPA−Agを使用した以外は、実施例1と同様に操作、評価した。結果を表1に併せて示す。
PPA−Mgに替えてPPA−Znを使用した以外は、実施例1と同様に操作、評価した。結果を表1に併せて示す。
結晶核剤を使用しなかった以外は、実施例1と同様に操作、評価した。結果を表1に併せて示す。
PHBH100質量部に、結晶核剤として合成例6で得られたPPA−Ca(2)1質量部を加え、混練・押出試験機[(株)東洋精機製作所製、ラボプラストミルマイクロKF−6V]を用いて140℃で5分間溶融混練することで、PHBH樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物について、実施例1と同様にDSCを用いて結晶化挙動を評価した。結果を表2に示す。
結晶核剤として合成例7で得られたPPA−Ca(3)を使用した以外は、実施例6と同様に操作、評価した。結果を表2に併せて示す。
結晶核剤として合成例8で得られたPPA−Ca/炭酸カルシウムを使用した以外は、実施例6と同様に操作、評価した。結果を表2に併せて示す。
結晶核剤としてPPA0.71質量部及び炭酸カルシウム[三共精粉(株)製、エスカロン(商標)#2300]0.45質量部(PPAと炭酸カルシウムが完全に反応すると1質量部のPPA−Caが生成)を別個に添加して使用した以外は、実施例6と同様に操作、評価した。結果を表2に併せて示す。
結晶核剤としてPPA0.71質量部及びステアリン酸亜鉛[和光純薬工業(株)製]2.85質量部(PPAとステアリン酸亜鉛が完全に反応すると1質量部のPPA−Znが生成)を別個に添加して使用した以外は、実施例6と同様に操作、評価した。結果を表2に併せて示す。
結晶核剤を使用しなかった以外は、実施例6と同様に操作、評価した。結果を表2に併せて示す。
また、結晶核剤としてPPAと炭酸カルシウムとを別個に添加して用いたもの(比較例3)、PPAとステアリン酸亜鉛とを別個に添加して用いたもの(比較例4)は、充分な結晶化促進効果を示さなかった。
P3/4HB100質量部に、結晶核剤として合成例2で得られたPPA−Ca(1)1質量部を加え、混練・押出試験機[(株)東洋精機製作所製、ラボプラストミルマイクロKF−6V]を用いて170℃で5分間溶融混練することで、P3/4HB樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物について、実施例1と同様にDSCを用いて結晶化挙動を評価した。結果を表3に示す。
結晶核剤を使用しなかった以外は、実施例9と同様に操作、評価した。結果を表3に併せて示す。
Claims (6)
- 前記ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂が、3−ヒドロキシブチレートのホモポリマー、又は、3−ヒドロキシプロピオネート、3−ヒドロキシバレレート、3−ヒドロキシヘキサノエート、3−ヒドロキシヘプタノエート、3−ヒドロキシオクタノエート、3−ヒドロキシノナノエート、3−ヒドロキシデカノエート、3−ヒドロキシドデカノエート、3−ヒドロキシドデセノエート、3−ヒドロキシテトラデカノエート、3−ヒドロキシヘキサドデカノエート、3−ヒドロキシオクタドデカノエート及び4−ヒドロキシブチレートからなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマーと3−ヒドロキシブチレートとのコポリマーである、請求項1に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物。
- 前記ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂が、3−ヒドロキシブチレートのホモポリマー、又は、3−ヒドロキシプロピオネート、3−ヒドロキシバレレート、3−ヒドロキシヘキサノエート、3−ヒドロキシヘプタノエート、3−ヒドロキシオクタノエート及び4−ヒドロキシブチレートからなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマーと3−ヒドロキシブチレートとのコポリマーである、請求項2に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物。
- 前記金属塩が、リチウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、マンガン塩、鉄塩、コバルト塩、ニッケル塩、銀塩、アルミニウム塩及びスズ塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属塩である、請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物。
- 前記金属塩が、マグネシウム塩、カルシウム塩、マンガン塩、コバルト塩及び銀塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属塩である、請求項4に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物。
- 前記ポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂100質量部に対し、前記フェニルホスホン酸化合物の金属塩0.01〜10質量部を含有する、請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のポリ(3−ヒドロキシアルカノエート)樹脂組成物。
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