TW201425460A - 聚乳酸樹脂組成物、成形體及聚乳酸樹脂組成物之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種聚乳酸樹脂組成物,係為相對於含有聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的聚乳酸樹脂100重量份,包含下述通式(1)所示之磷酸金屬鹽0.005重量份~1.2重量份的聚乳酸樹脂組成物,在差示掃描熱量測定中,使該聚乳酸樹脂組成物升溫至250℃並成為恆溫狀態3分鐘後,以冷卻速度20℃/min降溫之際的結晶化熱量為5J/g以上;MxHyPOz (1) (在通式(1)中,M表示鹼金屬原子或鹼土金屬原子,x、y、z各別為滿足1≦x≦2、1≦y≦4、2≦z≦8的整數)。
Description
本發明係關於一種耐熱性、結晶化特性、機械物性及耐久性均優異之含有磷酸金屬鹽的聚乳酸樹脂組成物、成形體及聚乳酸樹脂組成物之製造方法。
聚乳酸為實用上可熔融成型的高分子,由於具有生物分解性的特徵,故使用後在自然環境中分解,並可進行作為碳酸氣或水放出之生物分解性塑膠的開發。另一方面,近年來聚乳酸本身將二氧化碳或水作為起源的再生可能資源(生物質量)作為原料,因此在使用後放出二氧化碳,在地球環境中的二氧化碳也不會增減之碳中和的性質係受人矚目,且作為環境低負荷材料之利用係令人期待。再者,作為聚乳酸之單體的乳酸係藉由利用微生物的發酵法而廉價地製造,同時也探討石油系塑膠製之泛用聚合物的代替材料。然而,聚乳酸與石油系塑膠相較下,耐熱性或耐久性低,結晶化速度小因此生產性差,且現況為實用化的範圍被大幅限定。
作為解決該聚乳酸的缺點之手段,係期待聚乳酸立體錯合物之利用。聚乳酸立體錯合物,係藉由混合具有光學活性的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸而形成。聚乳
酸立體錯合物的熔點,相較於聚乳酸均聚物的熔點170℃,係高50℃而達到220℃。通常聚乳酸立體錯合物係藉由將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸以溶液狀態混合、或將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸加熱熔融混合而形成,但在將高分子量的聚-L-乳酸與高分子量的聚-D-乳酸加熱熔融混合時,即使混合組成比為50:50,聚乳酸均聚物的熔點峰也存在多個,因此現況為得不到兼具耐熱性與耐久性的材料。
另一方面,作為聚乳酸立體錯合物之新穎的形成法,聚乳酸嵌段共聚物正受人矚目。該聚乳酸嵌段共聚物為將L-乳酸作為主成分的聚-L-乳酸鏈段與將D-乳酸作為主成分的聚-D-乳酸鏈段共有鍵結者,即使為高分子量,立體錯合物結晶形成性也佳,且觀測到源自立體錯合物結晶的熔點,因此可得到耐熱性、結晶化特性、機械物性及耐久性均優異的材料。因此,嘗試作為高熔點及高結晶性之纖維、薄膜及樹脂成型品的應用。
聚乳酸的成形加工中,加熱熔融為聚合物的熔點以上後,進行賦形為希望形狀,但於高溫熔融滯留時有容易產生熱分解的性質。熱分解的主要原因為在將聚乳酸聚合之際使用的殘留金屬觸媒,介由殘留金屬觸媒而加速自聚乳酸末端的脫交酯反應,結果產生分子量下降或重量減少。成形時的重量減少會引起成形品的物性下降,因此必須在聚合後使錫觸媒的活性下降,且試圖藉由將磷酸金屬鹽等之觸媒失活劑添加至聚合物中而抑制熱分解與提升熱穩定性。如前述,關於聚乳酸及聚
乳酸立體錯合物,為了提升作為成形品之性能而盛行開發聚乳酸樹脂組成物(例如,參照專利文獻1~5)。
專利文獻1中,揭露有相對於含有聚-L-乳酸與聚-D-乳酸的聚乳酸系立體錯合物,將磷酸酯金屬鹽作為晶核劑摻合的聚乳酸系聚合物組成物。該技術中使用的磷酸酯金屬鹽為具有鹼金屬原子或鹼土金屬原子的芳香族有機磷酸酯金屬鹽,包含該等的聚乳酸系聚合物組成物,其降溫時結晶化溫度高且結晶化特性佳,因此在模具內的成形性為良好。然而,藉由使用聚乳酸系立體錯合物,雖可提升熔點或結晶化特性,但作為樹脂組成物使用的有機磷酸酯金屬鹽使聚乳酸中的錫化合物失活的效果小,因此在加熱時引起熱分解,且產生重量減少。其結果,有成形後的機械物性下降之疑慮,且耐久性產生問題。
專利文獻2中,揭露有由將L-乳酸作為主成分的聚-L-乳酸鏈段與將D-乳酸作為主成分的聚-D-乳酸鏈段構成的聚乳酸嵌段共聚物。該技術中,將L-乳酸作為主成分的聚-L-乳酸鏈段與將D-乳酸作為主成分的聚-D-乳酸鏈段共有鍵結,因此即使為高分子量,也會形成立體錯合物結晶,且與均聚乳酸相較下,耐熱性或結晶化特性均佳。在該技術中,作為觸媒失活劑使用的化合物,係使用磷酸酯化合物或亞磷酸酯化合物,但藉由使聚乳酸嵌段共聚物含有該等化合物,雖然加熱時之熱分解被抑制,且熱穩定性提升,但降溫時的結晶化溫度之下降或結晶化焓變小,因此結晶化特性之下降係成為問題。
另一方面,為了提升聚乳酸樹脂之耐水解性、熱分解抑制及熱穩定性,與如前述專利文獻1,2所使用的有機系之磷酸化合物不同,如磷酸二氫鈉所代表,係揭露摻合磷酸鹼金屬鹽的技術(專利文獻3~5)。
專利文獻3中,藉由在聚乳酸樹脂添加磷酸鹼金屬鹽,可提升聚乳酸樹脂的耐水解性。該技術中,磷酸鹼金屬鹽會捕捉自存在於聚乳酸的末端之羧基產生的氫離子,因此即使自聚乳酸末端之羧基產生一點氫離子,根據緩衝效果,利用pH不會變動而可提升耐水解性。
專利文獻4中,藉由在聚乳酸樹脂摻合鹼金屬的磷酸二氫鹽與羧基反應性末端封鎖劑,可提升耐水解性。該技術所使用的鹼金屬之磷酸二氫鹽,與專利文獻3同樣地捕捉自末端羧基游離的氫離子,並提升耐水解性,但專利文獻4中,因為羧基系末端封鎖劑與聚乳酸的羧基反應,所以耐水解性更佳。
專利文獻5中,揭露有在將苯乙烯樹脂與接枝共聚物及聚乳酸樹脂作為代表的脂肪族聚酯之樹脂組成物,摻合磷酸一鈉的熱塑性樹脂組成物。專利文獻5揭露的熱塑性樹脂組成物,因為相對於聚乳酸樹脂摻合ABS樹脂所代表的苯乙烯樹脂與接枝共聚物,所以除了提升作為聚乳酸樹脂之課題的耐衝撃性,更藉由含有磷酸及/或磷酸一鈉,防止脂肪族聚酯樹脂之鹼分解,並提升熱穩定性,甚至也可抑制成形時之刺激性氣味產生。
專利文獻1 日本特開2003-192884號公報
專利文獻2 國際公開第2012/029393號
專利文獻3 國際公開第2009/119336號
專利文獻4 日本特開2010-84266號公報
專利文獻5 國際公開第2012/111587號
然而,關於該等專利文獻3~5,雖然聚乳酸樹脂的耐水解性或耐熱性會提升,但關於聚乳酸的結晶化速度幾乎沒有提升,且殘留有生產性的問題。再者,均聚乳酸中,熔點在170℃附近,因此實際使用時也殘留有耐熱性的問題。
如前述,相對於聚乳酸或聚乳酸立體錯合物,添加磷系化合物而得到的聚乳酸樹脂組成物中,現況為即使可提升耐熱性或結晶化特性中之任一方,也得不到兼具該等特性者。
本發明為鑑於前述而成者,目的在於提供一種形成耐熱性、結晶化特性、機械物性及耐久性均優異之聚乳酸立體錯合物的聚乳酸樹脂組成物、成形體及聚乳酸樹脂組成物之製造方法。尤其,目的在於使聚乳酸樹脂觸媒失活後,結晶化特性也不會下降,且可兼具耐熱性與結晶化特性。
本發明係為了解決相關問題而仔細探討的結果,且採用如下述之手段者。亦即,本發明的聚乳酸樹脂組成物、成形體及聚乳酸樹脂組成物之製造方法係如下所述。
為了解決前述的問題,並達成目的,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,係為相對於含有聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的聚乳酸樹脂100重量份,包含下述通式(1)所示之磷酸金屬鹽0.005重量份~1.2重量份的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在差示掃描熱量測定中,使該聚乳酸樹脂組成物升溫至250℃並成為恆溫狀態3分鐘後,以冷卻速度20℃/min降溫之際的結晶化熱量為5J/g以上。
MxHyPOz (1)
(在通式(1)中,M表示鹼金屬原子或鹼土金屬原子,x、y、z各別為滿足1≦x≦2、1≦y≦4、2≦z≦8的整數)。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸樹脂含有由將L-乳酸作為主成分的聚-L-乳酸鏈段與將D-乳酸作為主成分的聚-D-乳酸鏈段構成的聚乳酸嵌段共聚物。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸樹脂係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸混合而得者,且為立體錯合物形成率(Sc)滿足下述式(2)的聚乳酸立體錯合物。
Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100≧80 (2)
在此,△Hh:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的立體錯合物結晶之結晶熔化的熱量(J/g)
△Hl:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之結晶熔化的熱量(J/g)
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該磷酸金屬鹽係選自於磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鋰、磷酸二氫鈣、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫鈣、磷酸氫鋇、磷酸氫鎂、亞磷酸氫鈉、亞磷酸鉀、亞磷酸氫鈣、次磷酸鈉、次磷酸鉀、次磷酸鈣中之至少一種。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸樹脂,係相對於該聚乳酸樹脂100重量份,添加多官能性化合物0.01重量份~20重量份而得到。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該多官能性化合物係選自於多元羧酸酐、多元異氰酸酯、多元醇、多元環氧化合物中之至少一種。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,於熱重量測定中,將該聚乳酸樹脂組成物於240℃加熱30分鐘後的重量減少率係為小於1.0%。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸嵌段共聚物,係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸於下述組合1及/或下述組合2的條件混合,得到重量平均分子量90,000以上,且立體錯合物形成率(Sc)滿足下述式(3)的混合物後,藉由在低於該混合物之熔點的溫度進行固相聚合而得到。
(組合1)聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下。
(組合2)聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於30。
Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100>60 (3)
在此,△Hh:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的立體錯合物結晶之結晶熔化的熱量(J/g)
△Hl:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之結晶熔化的熱量(J/g)
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸嵌段共聚物,係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸於下述組合3及/或下述組合4的條件混合,得到重量平均分子量90,000以上,且立體錯合物形成率(Sc)滿足下述式(3)的混合物後,藉由在低於該混合物之熔點的溫度進行固相聚合而得到。
(組合3)聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上50,000以下。
(組合4)聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於30。
Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100>60 (3)
在此,△Hh:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的立體錯合物結晶之結晶熔化的熱量(J/g)
△Hl:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之結晶熔化的熱量(J/g)
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸嵌段共聚物係滿足下述式(4)。
1<(Tm-Tms)/(Tme-Tm)<1.8 (4)
Tm:在差示掃描熱量測定中,在以升溫速度40℃/分升溫之際之190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的源自立體錯合物結晶的熔點
Tms:在差示掃描熱量測定中,在以升溫速度40℃/分升溫之際之190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的立體錯合物結晶之熔化起始溫度
Tme:在差示掃描熱量測定中,在以升溫速度40℃/分升溫之際之190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的立體錯合物結晶之熔化結束溫度。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸立體錯合物,係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸於下述組合5及/或下述組合6的條件混合,且該混合物的重量平均分子量為90,000以上。
(組合5)聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下。
(組合6)聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於30。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸立體錯合物,係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸於下述組合7及/或下述組合8的條件混合,且該混合物的重量平均分子量為90,000以上。
(組合7)聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上50,000以下。
(組合8)聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於30。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為:在前述的發明中,該聚乳酸樹脂的重量平均分子量為100,000以上300,000以下。
又,涉及本發明的成形體,其特徵為:包含涉及前述之發明的聚乳酸樹脂組成物。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物之製造方法,係涉及前述之發明的聚乳酸樹脂組成物之製造方
法,其特徵為:得到該聚乳酸嵌段共聚物後,將該磷酸金屬鹽予以熔融混煉。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物之製造方法,係涉及前述之發明的聚乳酸樹脂組成物之製造方法,其特徵為:得到該聚乳酸立體錯合物後,將該磷酸金屬鹽予以熔融混煉。
根據本發明,可提供一種耐熱性、結晶化特性、機械物性及耐久性均優異的聚乳酸樹脂組成物。該聚乳酸樹脂組成物含有磷酸金屬鹽作為觸媒失活劑,因此利用聚乳酸樹脂組成物的觸媒失活效果,不僅可提升耐熱性,在觸媒失活後,也可維持高結晶性。
以下詳細地說明用以實施本發明的形態。再者,本發明並沒有限定於以下的實施形態。
以下對於本發明詳細地說明。涉及本發明的聚乳酸樹脂組成物,相對於含有聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的聚乳酸樹脂100重量份,包含磷酸金屬鹽0.005重量份~1.2重量份。
本發明所使用的聚乳酸系樹脂係指由聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分構成的聚乳酸樹脂。
在此,聚-L-乳酸為將L-乳酸作為主成分的聚合物,係指含有L-乳酸單元70mol%以上的聚合物。含有80mol%以上較佳,含有90mol%以上更佳,含有95mol%以上特佳,含有98mol%以上最佳。
又,聚-D-乳酸為將D-乳酸作為主成分的聚合物,係指含有D-乳酸單元70mol%以上的聚合物。含有80mol%以上較佳,含有90mol%以上更佳,含有95mol%以上特佳,含有98mol%以上最佳。
在本發明中,由L-乳酸單元組成的聚-L-乳酸或由D-乳酸單元組成的聚-D-乳酸,在不損及得到的聚乳酸樹脂組成物之性能的範圍,亦可包含其他成分單元。作為L-乳酸或D-乳酸單元以外的其他成分單元,可舉出多元羧酸、多元醇、羥羧酸、內酯等。具體而言,可舉出琥珀酸、己二酸、癸二酸、富馬酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、5-鈉磺基間苯二甲酸、5-四甲基鏻磺基間苯二甲酸等之多元羧酸類或該等之衍生物、乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、辛二醇、新戊二醇、丙三醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇、在三羥甲基丙烷或季戊四醇加成氧化乙烯或氧化丙烯的多元醇、在雙酚加成氧化乙烯的芳香族多元醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等之多元醇類或該等之衍生物、乙醇酸、3-羥丁酸、4-羥丁酸、4-羥戊酸、6-羥己酸等之羥羧酸類、及乙交酯、ε-己內酯乙交酯、ε-己內酯、β-丙內酯、δ-丁內酯、β-或γ-丁內酯、新戊內酯、δ-戊內酯等之內酯類等。
本發明所使用的聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分之重量平均分子量,並沒有特別限定,但聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上50,000以下較佳。更佳為一方的重量平均分子量為100,000以上270,000以下,另一方的重量平均分子量為20,000以上45,000以下。特佳為一方的重量平均分子量為150,000以上240,000以下,另一方的重量平均分子量為30,000以上45,000以下。
再者,本發明所使用的聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分之重量平均分子量,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下也為較理想的態樣。較佳為一方的重量平均分子量為100,000以上270,000以下,另一方的重量平均分子量為20,000以上80,000以下。更佳為125,000以上255,000以下,另一方的重量平均分子量為25,000以上65,000以下。特佳為一方的重量平均分子量為150,000以上240,000以下,另一方的重量平均分子量為30,000以上45,000以下。
又,本發明所使用的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸,其重量平均分子量高者與重量平均分子量低者之各別的比為2以上小於30較佳。更佳為3以上小於20,5以上小於15最為理想。又,作為聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之重量平均分子量的組合,使混合後的重量平均分子量成為90,000以上而適當選擇較為理想。
又,本發明所使用的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸,滿足聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分之各別的重量平均分子量為前述的範圍、及聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的重量平均分子量之比率為2以上小於30之雙方較為理想。
在此,重量平均分子量,係為利用使用六氟異丙醇或氯仿作為溶媒之膠體滲透層析(GPC)測定的標準聚甲基丙烯酸甲酯換算之數值。
聚-L-乳酸或聚-D-乳酸所含有的交酯量及寡聚物量,各別為5%以下較為理想。更佳為3%以下,特佳為1%以下。又,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸所含有的乳酸量為2%以下較為理想。更佳為1%以下,特佳為0.5%以下。
本發明所使用之聚-L-乳酸或聚-D-乳酸的酸價,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的酸價宜為100eq/ton以下。較佳為50eq/ton以下,更佳為30eq/ton以下,特佳為15eq/ton以下。又,混合的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之另一方的酸價宜為600eq/ton以下。較佳為300eq/ton以下,更佳為150eq/ton以下,特佳為100eq/ton以下。
本發明所使用的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之製造方法並沒有特別限定,可利用一般的聚乳酸之製造方法。具體而言,已知有將L-乳酸或D-乳酸作為原料,暫時生成作為環狀2量體的L-交酯或D-交酯,之後,進行開環聚合之2階段的交酯法、將該原料於溶媒中或非溶
媒中進行直接脫水縮合之1階段的直接聚合法等,且可利用其中任一製法。
關於利用開環聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸的方法,從得到高分子量體的觀點,反應系內的水分量相對於L-交酯及D-交酯的合計量為4mol%以下較佳。更佳為2mol%以下,特佳為0.5mol%以下。再者,水分量係為使用Karl-Fisher法利用電量滴定法測定的數值。
又,作為利用開環聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之際的聚合觸媒,可舉出金屬觸媒及酸觸媒。作為金屬觸媒,可舉出錫化合物、鈦化合物、鉛化合物、鋅化合物、鈷化合物、鐵化合物、鋰化合物、稀土類化合物等之金屬觸媒。作為化合物的種類,金屬烷氧化物、金屬鹵化合物、有機羧酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氧化物較佳。具體而言,可舉出錫粉末、氯化錫(II)、氯化錫(IV)、溴化錫(II)、溴化錫(IV)、乙氧基錫(II)、第三丁氧基錫(IV)、異丙氧基錫(IV)、乙酸錫(II)、乙酸錫(IV)、辛酸錫(II)、月桂酸錫(II)、肉豆蔻酸錫(II)、棕櫚酸錫(II)、硬脂酸錫(II)、油酸錫(II)、亞麻油酸錫(II)、乙醯丙酮錫(II)、草酸錫(II)、乳酸錫(II)、酒石酸錫(II)、焦磷酸錫(II)、對苯酚磺酸錫(II)、雙(甲磺酸)錫(II)、硫酸錫(II)、氧化錫(II)、氧化錫(IV)、硫化錫(II)、硫化錫(IV)、二甲基氧化錫(IV)、甲基苯基氧化錫(IV)、二丁基氧化錫(IV)、二辛基氧化錫(IV)、二苯基氧化錫(IV)、三丁基氧化錫、三乙基氫氧化錫(IV)、三苯基氫氧化錫(IV)、三丁
基氫化錫、單丁基氧化錫(IV)、四甲基錫(IV)、四乙基錫(IV)、四甲基錫(IV)、二丁基二苯基錫(IV)、四苯基錫(IV)、乙酸三丁基錫(IV)、乙酸三異丁基錫(IV)、乙酸三苯基錫(IV)、二乙酸二丁基錫、二辛酸二丁基錫、二月桂酸二丁基錫(IV)、馬來酸二丁基錫(IV)、雙(乙醯丙酮酸)二丁基錫、三丁基氯化錫(IV)、二丁基二氯化錫、單丁基三氯化錫、二辛基二氯化錫、三苯基氯化錫(IV)、三丁基硫化錫、硫酸三丁基錫、甲磺酸錫(II)、乙磺酸錫(II)、三氟甲磺酸錫(II)、六氟錫(IV)酸銨、二丁基硫化錫、二苯基硫化錫及硫酸三乙基錫、鈦菁錫(II)等之錫化合物。又,甲氧化鈦、丙氧化鈦、異丙氧化鈦、丁氧化鈦、異丁氧化鈦、環己氧化鈦、苯氧化鈦、氯化鈦、二乙酸鈦、三乙酸鈦、四乙酸鈦、氧化鈦(IV)等之鈦化合物、二異丙氧基鉛(II)、一氯化鉛、乙酸鉛、辛酸鉛(II)、異辛酸鉛(II)、異壬酸鉛(II)、月桂酸鉛(II)、油酸鉛(II)、亞麻油酸鉛(II)、環烷酸鉛、新癸酸鉛(II)、氧化鉛、硫酸鉛(II)等之鉛化合物、鋅粉末、甲基丙氧基鋅、氯化鋅、乙酸鋅、辛酸鋅(II)、環烷酸鋅、碳酸鋅、氧化鋅、硫酸鋅等之鋅化合物、氯化鈷、乙酸鈷、辛酸鈷(II)、異辛酸鈷(II)、異壬酸鈷(II)、月桂酸鈷(II)、油酸鈷(II)、亞麻油酸鈷(II)、環烷酸鈷、新癸酸鈷(II)、碳酸第一鈷、硫酸第一鈷、氧化鈷(II)等之鈷化合物、氯化鐵(II)、乙酸鐵(II)、辛酸鐵(II)、環烷酸鐵、碳酸鐵(II)、硫酸鐵(II)、氧化鐵(II)等之鐵化合物、丙氧基鋰、氯化鋰、乙酸鋰、辛酸鋰、環烷酸鋰、碳酸鋰、硫酸二鋰、氧化鋰等之鋰
化合物、三異丙氧基銪(III)、三異丙氧基釹(III)、三異丙氧基鑭、三異丙氧基釤(III)、三異丙氧基釔、異丙氧基釔、氯化鏑、氯化銪、氯化鑭、氯化釹、氯化釤、氯化釔、三乙酸鏑(III)、三乙酸銪(III)、乙酸鑭、三乙酸釹、乙酸釤、三乙酸釔、碳酸鏑(III)、碳酸鏑(IV)、碳酸銪(II)、碳酸鑭、碳酸釹、碳酸釤(II)、碳酸釤(III)、碳酸釔、硫酸鏑、硫酸銪(II)、硫酸鑭、硫酸釹、硫酸釤、硫酸釔、二酸化銪、氧化鑭、氧化釹、氧化釤(III)、氧化釔等之稀土類化合物。其他也可舉出異丙氧化鉀、氯化鉀、乙酸鉀、辛酸鉀、環烷酸鉀、碳酸第三丁酯鉀、硫酸鉀、氧化鉀等之鉀化合物、二異丙氧化銅(II)、氯化銅(II)、乙酸銅(II)、辛酸銅、環烷酸銅、硫酸銅(II)、碳酸二銅等之銅化合物、氯化鎳、乙酸鎳、辛酸鎳、碳酸鎳、硫酸鎳(II)、氧化鎳等之鎳化合物、四異丙氧基鋯(IV)、三氯化鋯、乙酸鋯、辛酸鋯、環烷酸鋯、碳酸鋯(II)、碳酸鋯(IV)、硫酸鋯、氧化鋯(II)等之鋯化合物、三異丙氧基銻、氟化銻(III)、氟化銻(V)、乙酸銻、氧化銻(III)等之銻化合物、鎂、二異丙氧化鎂、氯化鎂、乙酸鎂、乳酸鎂、碳酸鎂、硫酸鎂、氧化鎂等之鎂化合物、二異丙氧化鈣、氯化鈣、乙酸鈣、辛酸鈣、環烷酸鈣、乳酸鈣、硫酸鈣等之鈣化合物、鋁、異丙氧化鋁、氯化鋁、乙酸鋁、辛酸鋁、硫酸鋁、氧化鋁等之鋁化合物、鍺、四異丙氧基鍺、氧化鍺(IV)等之鍺化合物、三異丙氧基錳(III)、三氯化錳、乙酸錳、辛酸錳(II)、環烷酸錳(II)、硫酸第一錳等之錳化合物、氯化鉍(III)、鉍粉末、
氧化鉍(III)、乙酸鉍、辛酸鉍、新癸酸鉍等之鉍化合物等。又,含有錫酸鈉、錫酸鎂、錫酸鉀、錫酸鈣、錫酸錳、錫酸鉍、錫酸鋇、錫酸鍶、鈦酸鈉、鈦酸鎂、鈦酸鋁、鈦酸鉀、鈦酸鈣、鈦酸鈷、鈦酸鋅、鈦酸錳、鈦酸鋯、鈦酸鉍、鈦酸鋇、鈦酸鍶等之二種以上的金屬元素之化合物等也較為理想。
又,作為酸觸媒,可為質子予體的布氏酸,亦可為作為電子對受體的路易士酸,也可為任何有機酸及無機酸。具體而言,也可舉出甲酸、乙酸、丙酸、庚酸、辛酸、壬酸、異壬酸、三氟乙酸及三氯乙酸等之單羧酸化合物、草酸、琥珀酸、馬來酸、酒石酸及丙二酸等之二羧酸化合物、檸檬酸及三胺甲苯酸等之三羧酸化合物、苯磺酸、正丁基苯磺酸、正辛基苯磺酸、正十二基苯磺酸、十五基苯磺酸、2,5-二甲基苯磺酸、2,5-二丁基苯磺酸、o-胺基苯磺酸、m-胺基苯磺酸、p-胺基苯磺酸、3-胺基-4-羥基苯磺酸、5-胺基-2-甲基苯磺酸、3,5-二胺基-2,4,6-三甲基苯磺酸、2,4-二硝基苯磺酸、p-氯苯磺酸、2,5-二氯苯磺酸、對苯酚磺酸、異丙苯磺酸、二甲苯磺酸、o-甲酚磺酸、m-甲酚磺酸、p-甲酚磺酸、p-甲苯磺酸、2-萘磺酸、1-萘磺酸、異丙基萘磺酸、十二基萘磺酸、二壬基萘磺酸、二壬基萘二磺酸、1,5-萘二磺酸、2,7-萘二磺酸、4,4-聯苯二磺酸、蒽醌-2-磺酸、m-苯二磺酸、2,5-二胺基-1,3-苯二磺酸、苯胺-2,4-二磺酸、蒽醌-1,5-二磺酸、聚苯乙烯磺酸等之芳香族磺酸、甲磺酸、乙磺酸、1-丙磺酸、正辛基磺酸、十五基磺酸、
三氟甲磺酸、三氯甲磺酸、1,2-乙烷二磺酸、1,3-丙二磺酸、胺基甲磺酸、2-胺基乙磺酸等之脂肪族磺酸、環戊烷磺酸、環己烷磺酸及樟腦磺酸、3-環己基胺基丙磺酸等之脂環式磺酸等之磺酸化合物、天冬胺酸或麩胺酸等之酸性胺基酸、抗壞血酸、視網酸、磷酸、偏磷酸、亞磷酸、次磷酸、聚磷酸、磷酸單十二酯及磷酸單十八酯等之磷酸單酯、磷酸二-十二酯及磷酸二-十八酯等之磷酸二酯、亞磷酸單酯及亞磷酸二酯等之磷酸化合物、硼酸、鹽酸、硫酸等。又,作為酸觸媒,形狀並沒有特別限定,可為任何固體酸觸媒及液體酸觸媒,例如,作為固體酸觸媒,可舉出酸性白土、高嶺土、膨潤土、蒙脫土、滑石、矽酸鋯及沸石等之天然礦物、二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦及二氧化鋯等之氧化物或二氧化矽氧化鋁、二氧化矽氧化鎂、二氧化矽氧化硼、氧化鋁氧化硼、二氧化矽二氧化鈦及二氧化矽二氧化鋯等之氧化物複合體、氯化氧化鋁、氟化氧化鋁、陽離子交換樹脂等。
再者,關於開環聚合法的聚合觸媒之添加量並沒有特別限定,相對於使用的原料(L-乳酸、D-乳酸等)100重量份為0.001重量份以上、2重量份以下較佳,特別是0.001重量份以上、1重量份以下更佳。觸媒量為前述較佳的範圍時,可得到聚合時間之縮短效果,另一方面,最後得到的聚乳酸嵌段共聚物之分子量有變大的傾向。又,並用觸媒2種以上時,合計添加量為前述的範圍內較為理想。
關於開環聚合法的聚合觸媒之添加時期並沒有特別限定,但從使觸媒均勻地分散於系內,並提高聚合活性之觀點,將交酯加熱溶解後,添加觸媒較為理想。
另一方面,利用直接聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸時,作為較佳的聚合觸媒,可舉出金屬觸媒及酸觸媒。作為該聚合觸媒,可使用作為利用開環聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之際的聚合觸媒舉出的觸媒。
本發明中,考慮到生成的聚乳酸之分子量時,錫化合物、鈦化合物、銻化合物、稀土類化合物、及酸觸媒較佳,考慮到生成的聚乳酸之熔點時,錫化合物、鈦化合物、及磺酸化合物更佳。再者,考慮到生成的聚乳酸之熱穩定性時,金屬觸媒的情況中,錫系的有機羧酸鹽或錫系的鹵化合物較佳,特別是乙酸錫(II)、辛酸錫(II)、及氯化錫(II)更佳,酸觸媒的情況中,單及二磺酸化合物較佳,甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸、丙二磺酸、萘二磺酸、及2-胺基乙磺酸更佳。又,觸媒可為一種,亦可並用兩種以上,但從提高聚合活性的觀點思考,並用兩種以上較為理想。從也可抑制著色的觀點,使用選自於錫化合物之一種以上及/或選自於磺酸化合物之一種以上較為理想。再者,從生產性優異的觀點,並用乙酸錫(II)及/或辛酸錫(II)與甲磺酸、乙磺酸、丙二磺酸、萘二磺酸、2-胺基乙磺酸中之任一種以上更為理想,並用乙酸錫(II)及/或辛酸錫(II)與甲磺酸、乙磺酸、丙二磺酸、2-胺基乙磺酸中之任一種特為理想。
關於聚合觸媒之添加量並沒有特別限定,相對於使用的原料(L-乳酸、D-乳酸等)100重量份為0.001重量份以上2重量份以下較佳,特別是0.001重量份以上1重量份以下更佳。在此,觸媒量小於0.001重量份時,聚合時間的縮短效果下降,超過2重量份時,最後得到的聚乳酸嵌段共聚物之分子量產生不易變大的傾向。又,並用觸媒兩種以上時,合計添加量為前述的範圍內較為理想。並用選自於錫化合物之一種以上及/或選自於磺酸化合物之一種以上時,從維持高聚合活性,且可抑制著色的觀點,錫化合物與磺酸化合物之重量比為1:1~1:30較佳,從生產性佳的觀點,1:2~1:15更佳。
關於聚合觸媒的添加時期並沒有特別限定,但特別是在以直接聚合法聚合聚乳酸的情況中,從生產性佳的觀點,在原料或將原料脫水之前添加酸觸媒較為理想,關於金屬觸媒,從提高聚合活性的觀點,在將原料脫水後添加較為理想。
將分子量增加作為目的,在直接聚合後實施固相聚合之際,聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的形狀並沒有特別限定,可為任何塊狀、薄膜、丸粒及粉末等,但在有效率地進行固相聚合的觀點中,使用丸粒或粉末較為理想。作為使聚-L-乳酸及聚-D-乳酸成為丸粒的方法,可舉出將混合物擠製為股線狀,並進行造粒的方法、或將混合物擠製至水中,使用水下切割機予以丸粒化的方法。又,作為使聚-L-乳酸及聚-D-乳酸成為粉末的方法,可舉出使用混合機、摻合機、球磨機及鎚磨機等之粉碎
機進行粉碎的方法。關於實施該固相聚合步驟的方法並沒有特別限定,可以分批法,以可以連續法,而且,反應容器,可使用攪拌槽型反應器、混合機型反應器及塔型反應器等,且該等之反應器可組合兩種以上而使用。
在實施該固相聚合步驟之際,使直接聚合後的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸結晶化較為理想。本發明中,聚-L-乳酸與聚-D-乳酸為結晶化狀態時,在實施固相聚合步驟之際未必需要聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之結晶化,但藉由進行結晶化亦可進一步提高固相聚合的效率。
關於結晶化的方法並沒有特別限定,可利用周知的方法。例如,可舉出在氣相中或液相中,於結晶化溫度保持的方法及一邊進行將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之熔融混合物拉伸或剪切的操作,一邊進行冷卻硬化的方法等,在操作為簡便的觀點中,在氣相中或液相中,於結晶化溫度保持的方法較為理想。
在此之結晶化溫度,較玻璃轉化溫度高,且前述所混合的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中,只要在較具有低熔點之聚乳酸樹脂的熔點低的溫度範圍,則沒有特別限定,但在70℃~90℃的範圍內更為理想。
在進行結晶化之際,於真空下或乾燥氮等之惰性氣體氣流下進行較為理想。
又,關於進行結晶化之際的時間並沒有特別限定,但3小時以上的話,可充分地結晶化,且5小時以上較佳。
作為實施該固相聚合步驟之際的溫度條件,係為聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物的熔點以下之溫度,具體而言,100℃以上170℃以下較佳,在進一步有效率地進行固相聚合的觀點中,110℃以上165℃以下更佳,再者,120℃以上160℃以下最佳。
又,為了縮短固相聚合的反應時間,進行反應同時階段性地提升或連續地提升溫度較為理想。作為在固相聚合時階段性地升溫時的溫度條件,第一階段為在120℃~130℃進行1小時~15小時,第二階段為在135℃~145℃進行1小時~15小時,第三階段為在150℃~170℃進行10小時~30小時升溫較為理想,再者,第一階段為在120℃~130℃進行2小時~12小時,第二階段為在135℃~145℃進行2小時~12小時,第三階段為在150℃~170℃進行10小時~25小時升溫更為理想。作為在固相聚合時連續地升溫時的溫度條件,根據130℃~150℃的初期溫度,以1~5℃/分的速度連續地升溫直到150℃~170℃較為理想。又,從有效率地進行固相聚合的觀點,組合階段性的升溫或連續的升溫也較為理想。
又,在實施該固相聚合步驟之際,在真空下或乾燥氮等之惰性氣體氣流下進行較為理想。在真空下進行固相聚合之際的真空度為150Pa以下較佳,75Pa以下更佳,20Pa以下特佳。在惰性氣體氣流下進行固相聚合之際的流量,相對於混合物1g為0.1~2000(ml/分)的範圍較佳,0.5~1000(ml/分)的範圍更佳,1.0~500(ml/分)的範圍特佳。
本發明的聚乳酸樹脂,其特徵為:含有聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分。在此,聚乳酸樹脂,亦可為含有由將L-乳酸作為主成分的聚-L-乳酸鏈段與將D-乳酸作為主成分的聚-D-乳酸鏈段構成的聚乳酸嵌段共聚物、或含有聚-L-乳酸成分及聚-D-乳酸成分,藉由混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸而得到的聚乳酸立體錯合物中之任一者。
本發明的聚乳酸樹脂,根據立體錯合物形成,在190℃~230℃的範圍具有基於立體錯合物結晶的熔點,因此與聚乳酸均聚物相較下,耐熱性佳。源自立體錯合物結晶的熔點之較佳的範圍為200℃~230℃,205℃~230℃的溫度範圍更佳,210℃~230℃的溫度範圍特佳。又,有時也在150℃~185℃的範圍具有基於聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之小的熔化峰。
又,從耐熱性之觀點,聚乳酸樹脂,其立體錯合物形成率(Sc)為80%以上較佳。更佳為85%~100%的範圍,且90%~100%特佳。在此,立體錯合物形成率(Sc)係為聚乳酸中之全結晶的立體錯合物結晶之佔有的比例。立體錯合物形成率(Sc),也可由以X射線繞射測定的聚乳酸之單獨結晶與立體錯合物結晶的比例算出,但本發明中係使用由利用差示掃描型熱量計,藉由差示掃描熱量測定(Differential Scanning Calorimetry:DSC)測定之結晶熔化熱量求出的數值。具體而言,藉由差示掃描型熱量計測定,將基於以升溫速度20℃/min由30℃升
溫至250℃為止之際的聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之結晶熔化的熱量作為△Hl,將基於立體錯合物結晶之結晶熔化的熱量作為△Hh時,可利用下述式(5)算出立體錯合物形成率(Sc)。
Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100 (5)
本發明中,從成形性及耐熱性均優異的觀點,聚乳酸樹脂,其降溫結晶化溫度(Tc)為130℃以上較佳。在此,降溫結晶化溫度(Tc),係為在差示掃描型熱量計中以升溫速度20℃/min由30℃升溫至250℃為止後,於250℃進行維持恆溫狀態3分鐘,並在以冷卻速度20℃/min降溫之際測定的源自聚乳酸結晶之結晶化溫度。降溫結晶化溫度(Tc),並沒有特別限定,但從耐熱性及透明性之觀點,130℃以上較佳,132℃以上更佳,135℃以上特佳。
本發明中,聚乳酸樹脂的重量平均分子量,並沒有特別限定,但從成形性及機械物性之觀點,100,000以上小於300,000的範圍較為理想。較佳為120,000以上小於280,000的範圍,更佳為130,000以上小於270,000的範圍,特佳為140,000以上小於260,000的範圍。
又,從機械物性的觀點,聚乳酸樹脂的分散度為1.5~3.0的範圍較佳。從成形性及機械物性的觀點,分散度的範圍為1.8~2.7更佳,2.0~2.4特佳。
又,重量平均分子量及分散度,係為利用使用六氟異丙醇或氯仿作為溶媒之膠體滲透層析(GPC)測定的標準聚甲基丙烯酸甲酯換算之數值。
本發明中,聚乳酸樹脂具有聚乳酸嵌段共聚物時,聚乳酸嵌段共聚物的平均鏈長為20以上較佳。從作為成形體的機械物性之觀點,更佳為25以上,特佳為30以上。再者,聚乳酸嵌段共聚物的平均鏈長,利用13C-NMR測定,使歸屬於羰基之碳的峰之中,存在於170.1~170.3(ppm)附近的峰之積分值成為I(a)時,並使存在於169.8~170.0(ppm)附近的峰之積分值成為I(b)時,可以下述式(6)算出。
平均鏈長=I(a)/I(b) (6)
本發明中,構成聚乳酸樹脂的聚-L-乳酸成分及聚-D-乳酸成分之各別的合計之重量比為90:10~10:90較佳。更佳為80:20~20:80,特佳為75:25~60:40或40:60~25:75。聚-L-乳酸成分及聚-D-乳酸成分之各別的合計之重量比為前述較佳的範圍時,容易形成聚乳酸立體錯合物,其結果為聚乳酸樹脂的熔點之上升變得非常大。
本發明中,聚乳酸樹脂含有聚乳酸嵌段共聚物時,從容易形成高熔點的聚乳酸立體錯合物,並得到耐熱性高的成形品之觀點,聚乳酸嵌段共聚物每一分子所含之由L-乳酸單元組成的鏈段及由D-乳酸單元組成的鏈段之合計數為3以上較佳。更佳為5以上,特佳為7以上。
本發明中,聚乳酸樹脂含有聚乳酸嵌段共聚物時,聚乳酸嵌段共聚物係滿足下述式(4)作為熱特性。
1<(Tm-Tms)/(Tme-Tm)<1.8 (4)
在此,Tm:利用差示掃描熱量計測定,在將聚乳酸嵌段共聚物以升溫速度40℃/分由30℃升溫至250℃為止之際的190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的源自立體錯合物結晶的熔點
Tms:利用差示掃描熱量計測定,在將聚乳酸嵌段共聚物以升溫速度40℃/分由30℃升溫至250℃為止之際的190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的立體錯合物結晶之熔化起始溫度
Tme:利用差示掃描熱量計測定,在將聚乳酸嵌段共聚物以升溫速度40℃/分由30℃升溫至250℃為止之際的190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的立體錯合物結晶之熔化結束溫度。
更佳的範圍為1<(Tm-Tms)/(Tme-Tm)<1.6,1<(Tm-Tms)/(Tme-Tm)<1.4的範圍特佳。
聚乳酸樹脂含有的聚乳酸嵌段共聚物在滿足前述式(4)之範圍時,作為聚乳酸嵌段共聚物為高熔點且耐熱性佳,甚至於熔融時之成形加工性優異。
<聚乳酸嵌段共聚物之製造方法>
關於聚乳酸嵌段共聚物之製造方法,並沒有特別限定,可利用一般的聚乳酸製造方法。具體而言,有使由原料的乳酸生成的環狀2量體的L-交酯或D-交酯之任一方在觸媒存在下進行開環聚合,且進一步藉由添加作為該聚乳酸之光學異構物的交酯進行開環聚合而得到聚乳酸嵌段共聚物的交酯法(製法1)、藉由使該原料經
由直接聚合或交酯的開環聚合,將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸各別聚合,接著,將得到的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸混合後,藉由固相聚合得到聚乳酸嵌段共聚物的方法(製法2)、藉由使聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,在熔點高的一方之成分的熔化結束溫度以上進行長時間熔融混煉,得到使L-乳酸單元的鏈段與D-乳酸單元的鏈段酯交換反應之聚乳酸嵌段共聚物的方法(製法3)、藉由將多官能性化合物混合於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸進行反應,得到使聚-L-乳酸與聚-D-乳酸以多官能性化合物進行共有鍵結之方法(製法4)等。關於製法,可利用任一方法,但將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸混合後,進行固相聚合的方法,其聚乳酸嵌段共聚物每一分子所含之由L-乳酸單元組成的鏈段及由D-乳酸單元組成的鏈段之合計數變成3以上,就結果而言,在得到兼具耐熱性、結晶性及機械物性的聚乳酸嵌段共聚物之觀點中較為理想。
其次,對於各種聚乳酸嵌段共聚物之聚合方法進行詳細說明。
作為以開環聚合得到聚乳酸嵌段共聚物的方法,例如,可舉出使L-交酯或D-交酯之任一方在觸媒存在下進行開環聚合,接著,藉由添加作為另一方之光學異構物的交酯進行開環聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物的方法。
從耐熱性及成形體的透明性之觀點,開環聚合所得到的聚乳酸嵌段共聚物每一分子所含之由L-乳酸
單元組成的鏈段之重量平均分子量與由D-乳酸單元組成的鏈段之重量平均分子量的比為2以上小於30較為理想。更佳為3以上小於20,特佳為5以上小於15。在此,由L-乳酸單元組成的鏈段之重量平均分子量與由D-乳酸單元組成的鏈段之重量平均分子量的比,可以在聚合聚乳酸嵌段共聚物之際使用的L-交酯與D-交酯之重量比控制。
從提升耐熱性及結晶性的觀點,開環聚合所得到的聚乳酸嵌段共聚物每一分子所含之由L-乳酸單元組成的鏈段及由D-乳酸單元組成的鏈段之合計數為3以上較佳。更佳為5以上,特佳為7以上。又,每1鏈段的重量平均分子量為2,000以上且50,000以下較佳。更佳為4,000以上且45,000以下,特佳為5,000以上且40,000以下。
從可提升聚乳酸嵌段共聚物之結晶性及熔點的觀點,開環聚合法所使用的L-交酯及D-交酯之光學純度為90%ee以上。更佳為95%ee以上,特佳為98%ee以上。
以開環聚合法得到聚乳酸嵌段共聚物時,從得到高分子量體的觀點,反應系內的水分量,相對於L-交酯及D-交酯的合計量為4mol%以下較佳。更佳為2mol%以下,特佳0.5mol%以下。再者,水分量係為使用Karl-Fisher法,利用電量滴定法而測定的數值。
作為利用開環聚合法製造聚乳酸嵌段共聚物之際的聚合觸媒,可舉出金屬觸媒與酸觸媒。作為該聚
合觸媒,可使用作為利用開環聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之際的聚合觸媒舉出的觸媒。
本發明中,考慮到以開環聚合法生成的聚乳酸之分子量時,作為開環聚合法的聚合觸媒,金屬觸媒較佳,其中錫化合物、鈦化合物、銻化合物、稀土類化合物更佳,考慮到以開環聚合法生成的聚乳酸之熔點時,錫化合物及鈦化合物更佳。再者,考慮到以開環聚合法生成的聚乳酸之熱穩定性時,錫系的有機羧酸鹽或錫系的鹵化合物較佳,尤其乙酸錫(II)、辛酸錫(II)、及氯化錫(II)更佳。
對於開環聚合法之聚合觸媒的添加量,並沒有特別限定,相對於使用的原料(L-乳酸、D-乳酸等)100重量份,0.001重量份以上2重量份以下較佳,特別是0.001重量份以上1重量份以下更佳。觸媒量為前述較佳的範圍時,得到聚合時間之縮短效果,另一方面,最後得到的聚乳酸嵌段共聚物之分子量有變大的傾向。又,並用觸媒兩種以上時,合計添加量為前述範圍內較為理想。
對於開環聚合法的聚合觸媒之添加時期,並沒有特別限定,但從使觸媒均勻地分散於系內,並提高聚合活性之觀點,將交酯加熱熔解後,添加觸媒較為理想。
其次,對於將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸混合後,利用固相聚合得到聚乳酸嵌段共聚物的方法進行說
明。本製法中,對於聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之製造方法,亦可使用開環聚合法及直接聚合法之任何的方法。
將得到的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸混合後,藉由固相聚合製造聚乳酸嵌段共聚物時,從固相聚合後的重量平均分子量及立體錯合物形成率變高的觀點,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上50,000以下較佳。更佳為一方的重量平均分子量為100,000以上270,000以下,另一方的重量平均分子量為15,000以上45,000以下。特佳為一方的重量平均分子量為150,000以上240,000以下,另一方的重量平均分子量為20,000以上40,000以下。又,作為聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之重量平均分子量的組合,使混合後的重量平均分子量成為90,000以上而適當選擇較為理想。
再者,本發明所使用的聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分之重量平均分子量,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下也為較佳態樣。更佳為一方的重量平均分子量為100,000以上270,000以下,另一方的重量平均分子量為20,000以上80,000以下。更佳為一方的重量平均分子量為125,000以上255,000以下,另一方的重量平均分子量為25,000以上65,000以下。特佳為一方的重量平均分子量為150,000以上240,000以下,另一方的重量平均分子量為30,000以上45,000以下。
又,本發明所使用的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸,其重量平均分子量高者與重量平均分子量低者之各別的比為2以上小於30較佳。更佳為3以上小於20,5以上小於15最為理想。又,作為聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之重量平均分子量的組合,使混合後的重量平均分子量成為90,000以上而適當選擇較為理想。
又,本發明所使用的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸,滿足聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分之各別的重量平均分子量為前述的範圍、及聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的重量平均分子量之比率為2以上小於30之雙方較為理想。
聚-L-乳酸或聚-D-乳酸所含有的交酯量及寡聚物量,各別為5%以下較為理想。更佳為3%以下,特佳為1%以下。又,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸所含有的乳酸量為2%以下較為理想。更佳為1%以下,特佳為0.5%以下。
混合的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之酸價,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的酸價宜為100eq/ton以下。較佳為50eq/ton以下,更佳為30eq/ton以下,特佳為15eq/ton以下。又,混合的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之另一方的酸價宜為600eq/ton以下。較佳為300eq/ton以下,更佳為150eq/ton以下,特佳為100eq/ton以下。
關於利用開環聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸的方法,從得到高分子量體的觀點,反應系內的水分量相對於L-交酯及D-交酯的合計量為4mol%以下較
佳。更佳為2mol%以下,特佳為0.5mol%以下。再者,水分量係為使用Karl-Fisher法利用電量滴定法測定的數值。
又,作為利用開環聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之際的聚合觸媒,可舉出與製法1同樣的金屬觸媒與酸觸媒。
再者,關於開環聚合法的聚合觸媒之添加量並沒有特別限定,相對於使用的原料(L-乳酸、D-乳酸等)100重量份為0.001重量份以上2重量份以下較佳,特別是0.001重量份以上1重量份以下更佳。觸媒量為前述較佳的範圍時,可得到聚合時間之縮短效果,另一方面,最後得到的聚乳酸嵌段共聚物之分子量有變大的傾向。又,並用觸媒2種以上時,合計添加量為前述的範圍內較為理想。
關於開環聚合法的聚合觸媒之添加時期並沒有特別限定,但從使觸媒均勻地分散於系內,並提高聚合活性之觀點,將交酯加熱溶解後,添加觸媒較為理想。
又,作為利用直接聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之際的聚合觸媒,可舉出金屬觸媒及酸觸媒。作為該聚合觸媒,可使用作為利用開環聚合法製造聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之際的聚合觸媒舉出的觸媒。
考慮到利用直接聚合法生成的聚乳酸之分子量時,錫化合物、鈦化合物、銻化合物、稀土類化合物、及酸觸媒較佳,考慮到生成的聚乳酸之熔點時,錫化合物、鈦化合物、及磺酸化合物更佳。再者,考慮到生成
的聚乳酸之熱穩定性時,金屬觸媒的情況中,錫系的有機羧酸鹽或錫系的鹵化合物較佳,特別是乙酸錫(II)、辛酸錫(II)、及氯化錫(II)更佳,酸觸媒的情況中,單及二磺酸化合物較佳,甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸、丙二磺酸、萘二磺酸、及2-胺基乙磺酸更佳。又,觸媒可為一種,亦可並用兩種以上,但從提高聚合活性的觀點思考,並用兩種以上較為理想。從也可抑制著色的觀點,使用選自於錫化合物之一種以上及/或選自於磺酸化合物之一種以上較為理想,再者,從生產性優異的觀點,並用乙酸錫(II)及/或辛酸錫(II)與甲磺酸、乙磺酸、丙二磺酸、萘二磺酸、2-胺基乙磺酸中之任一種以上較為理想,並用乙酸錫(II)及/或辛酸錫(II)與甲磺酸、乙磺酸、丙二磺酸、2-胺基乙磺酸中之任一種更為理想。
關於聚合觸媒之添加量並沒有特別限定,相對於使用的原料(L-乳酸、D-乳酸等)100重量份為0.001重量份以上2重量份以下較佳,特別是0.001重量份以上1重量份以下更佳。觸媒量小於0.001重量份時,聚合時間的縮短效果下降,超過2重量份時,最後得到的聚乳酸嵌段共聚物之分子量產生不易變大的傾向。又,並用觸媒兩種以上時,合計添加量為前述的範圍內較為理想,並用選自於錫化合物之一種以上及/或選自於磺酸化合物之一種以上時,從維持高聚合活性,且可抑制著色的觀點,錫化合物與磺酸化合物之重量比為1:1~1:30較佳,從生產性佳的觀點,1:2~1:15更佳。
關於聚合觸媒的添加時期並沒有特別限定,但特別是在以直接聚合法聚合聚乳酸的情況中,從生產性佳的觀點,在原料或將原料脫水之前添加酸觸媒較為理想,關於金屬觸媒,從提高聚合活性的觀點,在將原料脫水後添加較為理想。
本發明中,將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸混合,並使混合物固相聚合而得到聚乳酸嵌段共聚物時,藉由聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合,立體錯合物形成率(Sc)在即將固相聚合前為超過60%的範圍較佳。更佳為70%~99%的範圍,80%~95%的範圍特佳。亦即,基於前述式(5),立體錯合物形成率(Sc)係滿足下述式(3)。
Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100>60 (3)
又,關於混合所使用的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之結晶化的有無,並沒有特別限定,可混合結晶化的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,亦可混合熔融狀態的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸。進行混合所使用的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之結晶化時,作為具體的方法,可舉出在氣相中或液相中以結晶化處理溫度保持的方法及將熔融狀態的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸在熔點-50℃~熔點+20℃的熔融機內一邊賦予剪切,一邊滯留的方法及將熔融狀態的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸在熔點-50℃~熔點+20℃的熔融機內一邊賦予壓力,一邊滯留的方法等。
在此之結晶化處理溫度,只要是較玻璃轉化溫度高,且前述所混合的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之中,較具有低熔點的聚乳酸之熔點更低的溫度範圍,則沒有
特別限定,但在預先利用差示掃描型熱量計測定的升溫結晶化溫度及降溫結晶化溫度之範圍內更為理想。
在氣相中或液相中進行結晶化之際,亦可為減壓、常壓或加壓中之任一條件。
又,關於在氣相中或液相中進行結晶化之際的時間,並沒有特別限定,但3時間以內的話,可充分地結晶化,即使為2時間以內也為理想。
在藉由於上述的熔融機內賦予剪切或壓力,將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸結晶化的方法中,熔融機只要可賦予剪切或壓力,則沒有特別限定,可使用聚合槽、揉合機、班布里混合機、單軸擠製機、雙軸擠製機、射出成形機等,較佳為單軸擠製機、雙軸擠製機。
在藉由於熔融機內賦予剪切或壓力而結晶化的方法中,結晶化處理溫度相對於混合的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之熔點,熔點-50℃~熔點+20℃的範圍較佳。結晶化溫度之較佳的範圍,係為熔點-40℃~熔點,特佳為熔點-30℃~熔點-5℃的溫度範圍。熔融機的溫度,通常為了使樹脂熔融,且展現良好的流動性,設定熔點+20℃以上,使熔融機的溫度成為前述較佳的範圍時,一邊維持適當的流動性一邊結晶化,另一方面,生成的結晶不易再熔化。在此,熔點係為使用差示熱掃描型測定,以升溫速度20℃/min由30℃升溫至250℃之際的結晶熔化溫度。
又,結晶化處理時間為0.1分~10分較佳,更佳為0.3~5分,特佳為0.5分~3分的範圍。結晶化處理
時間為前述較佳的範圍時,足夠引起結晶化,另一方面,不易產生熱分解。
藉由在熔融機內賦予剪切,有配向熔融樹脂的分子之傾向,其結果為可顯著地增大結晶化速度。此時的剪切速度為10~400(/秒)的範圍較佳。剪切速度為前述較佳的範圍時,結晶化速度變得十分大,另一方面,不容易產生剪切發熱導致的熱分解。
在賦予壓力的情況中,也可看到促進結晶化的傾向,特別是在0.05~10(MPa)的範圍時,可得到兼具良好的流動性與結晶性之結晶化聚乳酸,因此較為理想。壓力為前述較佳的範圍時,結晶化速度會變得十分大。
再者,在同時賦予剪切速度10~400(/秒)之剪切與0.05~10(MPa)之壓力並進行處理時,結晶化速度會變得更大,因此特為理想。
作為聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合方法,並沒有特別限定,例如,可舉出在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行熔融混煉的方法、在溶媒中混合後除去溶媒的方法、或將熔融狀態的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之至少一方,預先在熔點-50℃~熔點+20℃的溫度範圍內於熔融機內一邊賦予剪切一邊滯留後,使含有聚-L-乳酸與聚-D-乳酸的混合物之結晶殘留而混合的方法等。
在此,熔點,係指利用差示掃描型熱量計測定的聚乳酸單獨結晶熔化峰之峰頂的溫度,而且熔化結
束溫度係指利用差示掃描型熱量計測定的聚乳酸單獨結晶熔化峰之峰結束溫度。
作為在熔化結束溫度以上進行熔融混煉的方法,可舉出將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸以分批法或連續法混合的方法,且可以任何方法混合,作為混煉裝置,例如,可舉出單軸擠製機、雙軸擠製機、Plastomill、揉合機、及附有減壓裝置的攪拌槽型反應機,在可均勻且充分混煉的觀點中,使用單軸擠製機、雙軸擠製機較為理想。
關於在熔化結束溫度以上熔融混煉之際的溫度條件,在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行較為理想。較佳為140℃~250℃的範圍,更佳為160℃~230℃,特佳為180℃~210℃。混合溫度為前述較佳的範圍時,可在熔融狀態混合,且也不易引起在混合時的混合物之分子量下降。再者,可將混合物的流動性保持為一定,且不易引起顯著的流動性下降。
又,關於混合的時間條件,0.1分~10分的範圍較佳,0.3分~5分更佳,0.5分~3分的範圍特佳。混合時間為前述較佳的範圍時,可均勻地混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,另一方面,不易產生混合導致的熱分解。
關於在熔化結束溫度以上混合之際的壓力條件,並沒有特別限定,只要在大氣環境下或氮等之惰性氣體環境下之任一條件即可。
作為將藉由在熔融機內賦予剪切或壓力而結晶化的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸混合之具體的方法,可舉出以分批法或連續法混合的方法,亦可以任何的方法混合,且藉由將熔融狀態的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點低者的聚乳酸之熔點-50℃~熔點+20℃的熔融機內一邊賦予剪切,一邊滯留的方法、或將熔融狀態的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點低者的聚乳酸之熔點-50℃~熔點+20℃的熔融機內一邊賦予壓力,一邊滯留的方法,可控制混合後的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物的立體錯合物形成率(Sc)。再者,立體錯合物形成率(Sc),可利用前述式(5)算出。
關於混合的溫度條件,相對於聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物的熔點為熔點-50℃~熔點+20℃的範圍較佳。混合溫度之更佳的範圍為熔點-40℃~熔點,特佳為熔點-30℃~熔點-5℃的溫度範圍。熔融機的溫度,通常為了使樹脂熔融,且展現良好的流動性,設定熔點+20℃以上較佳,且成為該較佳的混合溫度時。流動性不會下降過度,另一方面,生成的結晶不易再熔化。在此的熔點,係指利用差示掃描型熱量計測定之以升溫速度20℃/min由30℃升溫至250℃為止之際的結晶熔化溫度。
在將藉由於熔融機內賦予剪切或壓力而結晶化的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸混合之際的剪切速度為10~400(/秒)的範圍較佳。剪切速度為前述較佳範圍時,可一邊維持流動性與結晶性,一邊均勻地混合聚-L-乳酸
與聚-D-乳酸,另一方面,不易產生混合時之剪切發熱導致的熱分解。
又,在混合之際添加的壓力為0.05~10(MPa)的範圍較佳。壓力為前述較佳的範圍時,可一邊維持流動性與結晶性,一邊均勻地混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸。
在使用擠製機的混煉中,聚乳酸的供給方法並沒有特別限定,可為由樹脂供給口一次供給聚-L-乳酸與聚-D-乳酸的方法、視需要利用側供給口,將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸各別分給樹脂供給口與側供給口供給的方法。又,對混煉機的聚乳酸之供給,亦可從聚乳酸製造步驟在直接熔融狀態進行。
擠製機的螺旋元件,可均勻地混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸而形成立體錯合物,在混合部具備揉合元件較為理想。
在混合步驟中,由L-乳酸單元組成的聚-L-乳酸與由D-乳酸單元組成的聚-D-乳酸之混合重量比為90:10~10:90較佳。更佳為80:20~20:80,特佳為75:25~60:40或40:60~25:75。由L-乳酸單元組成的鏈段與由D-乳酸單元組成的鏈段之各別的合計之重量比為前述較佳的範圍時,容易形成聚乳酸立體錯合物,其結果為聚乳酸嵌段共聚物的熔點之上升變得十分大。使聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合重量比成為50:50以外時,大量摻合重量平均分子量大者的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸較為理想。
在該混合步驟中,為了有效率地進行下一固相聚合,使混合物含有觸媒較為理想。此時,觸媒可為製造聚-L-乳酸及/或聚-D-乳酸之際的觸媒之殘留分,在混合步驟中亦可進一步添加選自於前述觸媒之一種以上。
用以有效率地進行固相聚合的觸媒之含有量,並沒有特別限定,相對於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物100重量份為0.001重量份以上1重量份以下較佳,特別是0.001重量份以上0.5重量份以下更佳。觸媒量為前述較佳範圍時,可得到固相聚合的反應時間縮短效果,另一方面,最後得到的聚乳酸嵌段共聚物之分子量有變大的傾向。
從混合物的機械物性之觀點,混合後之聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物之重量平均分子量(Mw)為90,000以上小於300,000較為理想。更佳為120,000以上小於300,000,特佳為140,000以上小於300,000。
又,混合後之聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物之分散度為1.5~4.0的範圍較佳。更佳為2.0~3.7的範圍,特佳為2.5~3.5的範圍。在此,分散度係指相對於混合物之數量平均分子量的重量平均分子量之比例,具體而言,係為利用使用六氟異丙醇或氯仿作為溶媒之膠體滲透層析(GPC)測定的標準聚甲基丙烯酸甲酯換算之數值。
聚-L-乳酸或聚-D-乳酸所含有的交酯量及寡聚物量,各別為5%以下較為理想。更佳為3%以下,特
佳為1%以下。又,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸所含有的乳酸量為2%以下較為理想。更佳為1%以下,特佳為0.5%以下。
在將混合物固相聚合之際,聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物之形狀,並沒有特別限定,可為任何塊狀、薄膜、丸粒及粉末等,但在有效率地進行固相聚合的觀點中,使用丸粒或粉末較為理想。作為使聚-L-乳酸及聚-D-乳酸成為丸粒的方法,可舉出將混合物擠製為股線狀,並進行造粒的方法、或將混合物擠製至水中,使用水下切割機予以丸粒化的方法。又,作為使聚-L-乳酸及聚-D-乳酸成為粉末的方法,可舉出使用混合機、摻合機、球磨機及鎚磨機等之粉碎機進行粉碎的方法。關於實施該固相聚合步驟的方法並沒有特別限定,可以分批法,以可以連續法,而且,反應容器,可使用攪拌槽型反應器、混合機型反應器及塔型反應器等,且該等之反應器可組合兩種以上而使用。
在實施該固相聚合步驟之際,聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之混合物已結晶化較為理想。本發明中,聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之混合步驟所得到的混合物為結晶化狀態時,在實施固相聚合步驟之際未必需要聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物之結晶化,但藉由進行結晶化,也可進一步提高固相聚合之效率。
關於結晶化的方法並沒有特別限定,可利用周知的方法。例如,可舉出在氣相中或液相中,於結晶化處理溫度保持的方法、或一邊進行將聚-L-乳酸及聚
-D-乳酸之熔融混合物拉伸或剪切的操作,一邊進行冷卻固化的方法等,在操作為簡便的觀點中,在氣相中或液相中,於結晶化處理溫度保持的方法較佳。
在此之結晶化處理溫度,只要是較玻璃轉化溫度高,且混合的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸之中,較具有低熔點的聚乳酸之熔點更低的溫度範圍,則沒有特別限定,但在預先利用差示掃描型熱量計測定的升溫結晶化溫度及降溫結晶化溫度之範圍內更為理想。
在進行結晶化之際,亦可為減壓、常壓或加壓中之任一條件。
又,關於在進行結晶化之際的時間,並沒有特別限定,但3時間以內的話,可充分地結晶化,即使為2時間以內也為理想。
作為實施該固相聚合步驟之際的溫度條件,係為聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物的熔點以下之溫度。聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物,根據立體錯合物形成,在190℃~230℃的範圍具有基於立體錯合物結晶的熔點,而且,在150℃~185℃的範圍具有基於聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶的熔點,因此,在該等之熔點以下進行固相聚合較佳。具體而言,100℃以上220℃以下較佳,在進一步有效率地進行固相聚合的觀點中,110℃以上200℃以下較佳,120℃以上180℃以下更佳,130℃以上170℃以下特佳。
又,為了縮短固相聚合的反應時間,進行反應同時階段性地提升或連續地提升溫度較為理想。作為
在固相聚合時階段性地升溫時的溫度條件,第一階段為在120℃~145℃進行1小時~15小時,第二階段為在135℃~160℃進行1小時~15小時,第三階段為在150℃~175℃進行10小時~30小時升溫較為理想,再者,第一階段為在130℃~145℃進行2小時~12小時,第二階段為在140℃~160℃進行2小時~12小時,第三階段為在155℃~175℃進行10小時~25小時升溫更為理想。作為在固相聚合時連續地升溫時的溫度條件,根據130℃~150℃的初期溫度,以1~5℃/分的速度連續地升溫直到150℃~170℃較為理想。又,從有效率地進行固相聚合的觀點,組合階段性的升溫或連續的升溫也較為理想。
又,在實施該固相聚合步驟之際,在真空下或乾燥氮等之惰性氣體氣流下進行較為理想。在真空下進行固相聚合之際的真空度為150Pa以下較佳,75Pa以下更佳,20Pa以下特佳。在惰性氣體氣流下進行固相聚合之際的流量,相對於混合物1g為0.1~2000(mL/min)的範圍較佳,0.5~1000(mL/min)的範圍更佳,1.0~500(mL/min)的範圍特佳。
固相聚合後的聚合物之產率(Y)為90%以上較佳。更佳為93%以上,特佳為95%以上。在此之聚合物的產率(Y),係為相對於固相聚合前的混合物重量之固相聚合後的聚乳酸嵌段共聚物之重量的比例。具體而言,將固相聚合前的混合物重量作為Wp,將固相聚合後的聚合物之重量作為Ws時,聚合物的產率(Y)可以下述式(7)算出。
Y=Ws/Wp×100 (7)
在固相聚合步驟中,混合物的分散度變小較為理想。具體而言,從固相聚合前的混合物之分散度為1.5~4.0的範圍,在固相聚合後,聚乳酸嵌段共聚物的分散度成為1.5~2.7的範圍較為理想。更佳為固相聚合前的混合物之分散度為2.0~3.7的範圍,且在固相聚合後聚乳酸嵌段共聚物的分散度變小為1.8~2.6的範圍,特佳為從固相聚合前的混合物之分散度為2.5~3.5的範圍,在固相聚合後,聚乳酸嵌段共聚物的分散度成為2.0~2.5的範圍。
其次,對於藉由使聚-L-乳酸及聚-D-乳酸在熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行長時間熔融混煉,得到使L-乳酸單元的鏈段與D-乳酸單元的鏈段酯交換反應之聚乳酸嵌段共聚物的方法進行說明。對於本製法,對於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的製造方法,也可使用前述開環聚合法及直接聚合法中之任一方法。
為了以本方法得到聚乳酸嵌段共聚物,從在熔融混煉後立體錯合物形成率變高的觀點,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上50,000以下較佳。更佳為一方的重量平均分子量為100,000以上270,000以下,另一方的重量平均分子量為15,000以上45,000以下。特佳為一方的重量平均分子量為150,000以上240,000以下,另一方的重量平均分子量
為20,000以上40,000以下。又,作為聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之重量平均分子量的組合,使混合後的重量平均分子量成為90,000以上而適當選擇較為理想。
再者,從熔融混煉後之聚乳酸樹脂組成物的機械物性變高的觀點,聚-L-乳酸及聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下也較為理想。
作為在熔化結束溫度以上進行熔融混煉的方法,可舉出將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸以分批法或連續法混合的方法,且可以任何方法混合。作為混煉裝置。例如,可舉出單軸擠製機、雙軸擠製機、Plastomill、揉合機、及附有減壓裝置的攪拌槽型反應機,在可均勻且充分混煉的觀點中,使用單軸擠製機、雙軸擠製機較為理想。
關於混合的溫度條件,在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行係為重要。較佳為140℃~250℃的範圍,更佳為160℃~230℃,特佳為180℃~210℃。混合溫度為前述較佳的範圍時,流動性不會過度下降,另一方面,不易引起混合物之分子量下降。
關於混合的時間條件,0.1分~30分的範圍較佳,0.3分~20分更佳,0.5分~10分的範圍特佳。混合時間為前述較佳的範圍時,聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合變均勻,另一方面,不易產生混合導致的熱分解。
關於混合的壓力條件,並沒有特別限定,只要在大氣環境下或氮等之惰性氣體環境下之任一條件即可。
混合之由L-乳酸單元組成的聚-L-乳酸與由D-乳酸單元組成的聚-D-乳酸之混合重量比為80:20~20:80較佳,75:25~25:75更佳,再者,70:30~30:70較佳,特別是60:40~40:60較佳。由L-乳酸單元組成的聚-L-乳酸之重量比為前述較佳範圍時,容易形成聚乳酸立體錯合物,其結果為最後得到的聚乳酸嵌段共聚物的熔點變得十分大。
在該混合步驟中,為了有效率地進行L-乳酸單元的鏈段與D-乳酸單元的鏈段之酯交換,使混合物含有觸媒較為理想。此時,觸媒可為製造聚-L-乳酸及/或聚-D-乳酸之際的觸媒之殘留分,在混合步驟中亦可進一步添加觸媒。
觸媒的含有量,並沒有特別限定,相對於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物100重量份為0.001重量份以上1重量份以下較佳,特別是0.001重量份以上0.5重量份以下更佳。觸媒量為前述較佳範圍時,混合物的酯交換之頻度十分高,另一方面,最後得到的聚乳酸嵌段共聚物之分子量有變大的傾向。
其次,對於藉由將多官能性化合物混合於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸,得到使聚-L-乳酸與聚-D-乳酸以多官能性化合物進行共有鍵結之聚乳酸嵌段共聚物的方法
進行說明。關於本製法所使用的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之製造方法,亦可使用前述開環聚合法及直接聚合法中之任一方法。
為了以本方法得到聚乳酸嵌段共聚物而使用的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之重量平均分子量,從立體錯合物形成率變高的觀點,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為30,000以上100,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上30,000以下較佳。更佳為一方的重量平均分子量為35,000以上90,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上25,000以下。特佳為一方的重量平均分子量為40,000以上80,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上20,000以下。
再者,從熔融混煉後的聚乳酸樹脂組成物之機械物性變高的觀點,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下較佳。
又,從立體錯合物形成率變高的觀點,前述混合所使用之聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於10較佳。更佳為3以上小於10,特佳為4以上小於10。
又,本發明所使用的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸,滿足聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分之各別的重量平均分子量為前述的範圍、及聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的重量平均分子量之比率為2以上小於30之雙方較為理想。
在此使用的多官能性化合物並沒有特別限定,可舉出多元羧酸酐、多元羧酸鹵化物、多元羧酸、多元碳二醯亞胺、多元異氰酸酯、多元胺、多元醇及多元環氧化合物等,具體而言,可舉出1,2-環己烷二羧酸酐、琥珀酸酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、1,8-萘二羧酸酐、苯均四酸酐等之多元羧酸酐、間苯二甲醯氯、對苯二甲醯氯、2,6-萘二羧醯氯等之多元羧酸鹵化物、琥珀酸、己二酸、癸二酸、富馬酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、2,6-萘二羧酸等之多元羧酸、聚(1,6-環己烷碳二醯亞胺)、聚(4,4'-亞甲基雙環己基碳二醯亞胺)、聚(1,3-環伸己基碳二醯亞胺)、聚(1,4-環伸己基碳二醯亞胺)、聚(4,4'-二苯基甲烷碳二醯亞胺、聚(3,3'-二甲基-4,4'-二苯基甲烷碳二醯亞胺)、聚(伸萘基碳二醯亞胺)、聚(p-伸苯基碳二醯亞胺)、聚(m-伸苯基碳二醯亞胺)、聚(p-甲苯基碳二醯亞胺)、聚(二異丙基碳二醯亞胺)、聚(甲基二異丙基伸苯基碳二醯亞胺)、聚(三乙基伸苯基碳二醯亞胺)、以脂肪族基、脂環族基或芳香族基鍵結的環狀碳二醯亞胺等之多價碳二醯亞胺、六亞甲基二異氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯-2,4-二異氰酸酯等之多元異氰酸酯、乙二胺、己二胺、二乙三胺等之多元胺、乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇等之多元醇、及對苯二甲酸二環氧丙酯、萘二羧酸二環氧丙酯、偏苯三甲酸三環氧丙酯、苯均四酸四環氧丙酯、乙二醇二環氧丙醚、丙二醇二環氧丙醚、環己烷二甲醇二環氧丙醚、丙三醇三環氧丙醚、
三羥甲基丙烷三環氧丙醚、季戊四醇聚環氧丙醚等之多元環氧化合物等。較佳為多元羧酸酐、多元異氰酸酯、多元醇及多元環氧化合物,特別是多元羧酸酐、多元異氰酸酯及多元環氧化合物更佳。又,該等可並用一種或二種以上而使用。
關於多官能性化合物的混合量並沒有特別限定,相對於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之合計100重量份為0.01重量份以上20重量份以下較佳,且0.1重量份以上10重量份以下更佳。多官能性化合物的添加量為前述較佳範圍時,可充分發揮共有鍵結產生的效果。
再者,在使用多官能性化合物之際,為了促進聚-L-乳酸及聚-D-乳酸與多官能性化合物之反應,亦可添加反應觸媒。作為反應觸媒,例如,可舉出氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化銫、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸鋰、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鋰、氫化硼鈉、氫化硼鋰、苯化硼鈉、安息香酸鈉、安息香酸鉀、安息香酸鋰、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫二鋰、雙酚A的二鈉鹽、二鉀鹽、二鋰鹽、酚之鈉鹽、鉀鹽、鋰鹽、銫鹽等之鹼金屬化合物、氫氧化鈣、氫氧化鋇、氫氧化鎂、氫氧化鍶、碳酸氫鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鍶、乙酸鈣、乙酸鋇、乙酸鎂、乙酸鍶、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、硬脂酸鍶等之鹼土金屬化合物、三乙胺、三丁胺、三己胺、三戊胺、三乙醇胺、二甲基胺基乙醇、三乙二胺、二甲基苯胺、二甲基苄胺、2-(二甲基胺基甲基)酚、
二甲基苯胺、吡啶、甲吡啶、1,8-二氮雜雙環(5,4,0)十一烯-7等之3級胺、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-異丙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、4-苯基-2-甲基咪唑等之咪唑化合物、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四甲基溴化銨、三甲基苄氯化銨、三乙基苄氯化銨、三丙基苄氯化銨、N-甲基氯化吡啶鎓等之第4級銨鹽、三甲基膦、三乙基膦、三丁基膦、三辛基膦等之膦化合物、四甲基溴化鏻、四丁基溴化鏻、四苯基溴化鏻、乙基三苯基溴化鏻、三苯基苄溴化鏻等之鏻鹽、三甲基磷酸酯、三乙基磷酸酯、三丁基磷酸酯、三辛基磷酸酯、三丁氧基乙基磷酸酯、三苯基磷酸酯、三甲苯酚基磷酸酯、三二甲苯基磷酸酯、甲苯酚基二苯基磷酸酯、辛基二苯基磷酸酯、三(p-羥基)苯基磷酸酯、三(p-甲氧基)苯基磷酸酯等之磷酸酯、草酸、p-甲苯磺酸、二壬基萘二磺酸、十二基苯磺酸等之有機酸、及三氟化硼、四氯化鋁、四氯化鈦、四氯化錫等之路易士酸等,該等可使用一種或並用兩種以上而使用。
觸媒的添加量並沒有特別限定,相對於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之合計100重量份為0.001重量份以上1重量份以下較佳。觸媒量為前述較佳範圍時,反應促進效果足夠,另一方面,最後得到的聚乳酸嵌段共聚物之分子量有變大的傾向。
使聚-L-乳酸、聚-D-乳酸與多官能性化合物反應的方法並沒有特別限定,例如,可舉出在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行熔融混煉的方法。
作為在熔化結束溫度以上進行熔融混煉的方法,可舉出將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸以分批法或連續法混合的方法,且可以任何方法混合,作為混煉裝置,例如,可舉出單軸擠製機、雙軸擠製機、Plastomill、揉合機、及附有減壓裝置的攪拌槽型反應機,在可均勻且充分混煉的觀點中,使用單軸擠製機、雙軸擠製機較為理想。
關於進行熔融混煉的溫度條件,在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行較為理想。較佳為140℃~250℃的範圍,更佳為160℃~230℃,特佳為180℃~210℃。混合溫度為前述較佳的範圍時,流動性不會過度下降,另一方面,不易引起混合物之分子量下降。
關於進行熔融混煉的時間條件,0.1分~30分的範圍較佳,0.3分~20分更佳,0.5分~10分的範圍特佳。混合時間為前述較佳的範圍時,聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合變均勻,另一方面,不易產生混合導致的熱分解。
關於進行熔融混煉的壓力條件,並沒有特別限定,只要在大氣環境下或氮等之惰性氣體環境下之任一條件即可。
混合之由L-乳酸單元組成的聚-L-乳酸與由D-乳酸單元組成的聚-D-乳酸之混合重量比為90:10~10:90較佳,80:20~20:80更佳。特佳為75:25~60:40或40:60~25:75。由L-乳酸單元組成的聚-L-乳酸之
重量比為前述較佳範圍時,容易形成聚乳酸立體錯合物,其結果為最後得到的聚乳酸嵌段共聚物的熔點之上升變得十分大。
將多官能性化合物與聚-L-乳酸與聚-D-乳酸混合而得到的聚乳酸嵌段共聚物,因為利用多官能性化合物使聚-L-乳酸與聚-D-乳酸共有鍵結而為高分子量體,但在混合後亦可以前述方法進行固相聚合。
為了以本方法得到聚乳酸立體錯合物而使用的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之重量平均分子量,從立體錯合物形成率變高的觀點,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為30,000以上100,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上30,000以下較佳。更佳為一方的重量平均分子量為35,000以上90,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上25,000以下。特佳為一方的重量平均分子量為40,000以上80,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上20,000以下。
再者,本發明所使用的聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分之重量平均分子量,聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下也為較理想的態樣。較佳為一方的重量平均分子量為100,000以上270,000以下,另一方的重量平均分子量為
20,000以上80,000以下。更佳為125,000以上255,000以下,另一方的重量平均分子量為25,000以上65,000以下。特佳為一方的重量平均分子量為150,000以上240,000以下,另一方的重量平均分子量為30,000以上45,000以下。
又,從立體錯合物形成率變高的觀點,前述混合所使用之聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於10較佳。更佳為3以上小於10,特佳為4以上小於10。
又,本發明所使用的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸,滿足聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分之各別的重量平均分子量為前述的範圍、及聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的重量平均分子量之比率為2以上小於30之雙方較為理想。
聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合方法並沒有特別限定,可舉出在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行熔融混煉的方法、在溶媒中混合後除去溶媒的方法、或將熔融狀態的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之至少一方,預先在熔點-50℃~熔點+20℃的溫度範圍內於熔融機內一邊賦予剪切一邊滯留後,使含有聚-L-乳酸與聚-D-乳酸的混合物之結晶殘留而混合的方法等。
在此,熔點,係指利用差示掃描型熱量計測定的聚乳酸單獨結晶熔化峰之峰頂的溫度,而且熔化結束溫度係指利用差示掃描型熱量計測定的聚乳酸單獨結晶熔化峰之峰結束溫度。
作為在熔化結束溫度以上進行熔融混煉的方法,可舉出將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸以分批法或連續法混合的方法,且可以任何方法混合,作為混煉裝置,例如,可舉出單軸擠製機、雙軸擠製機、Plastomill、揉合機、及附有減壓裝置的攪拌槽型反應機,在可均勻且充分混煉的觀點中,使用單軸擠製機、雙軸擠製機較為理想。
關於在熔化結束溫度以上熔融混煉之際的溫度條件,在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行較為理想。較佳為140℃~250℃的範圍,更佳為160℃~230℃,特佳為180℃~210℃。混合溫度為前述較佳的範圍時,可在熔融狀態混合,且也不易引起在混合時的混合物之分子量下降。再者,可將混合物的流動性保持為一定,且不易引起顯著的流動性下降。
又,關於混合的時間條件,0.1分~10分的範圍較佳,0.3分~5分更佳,0.5分~3分的範圍特佳。混合時間為前述較佳的範圍時,可均勻地混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,另一方面,不易產生混合導致的熱分解。
關於在熔化結束溫度以上混合之際的壓力條件,並沒有特別限定,只要在大氣環境下或氮等之惰性氣體環境下之任一條件即可。
作為將藉由在熔融機內賦予剪切或壓力而結晶化的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸混合之具體的方法,可舉出以分批法或連續法混合的方法,亦可以任何的方法混
合。藉由將熔融狀態的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點低者的聚乳酸之熔點-50℃~熔點+20℃的熔融機內一邊賦予剪切,一邊滯留的方法、或將熔融狀態的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,在聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之中,熔點低者的聚乳酸之熔點-50℃~熔點+20℃的熔融機內一邊賦予壓力,一邊滯留的方法,可控制混合後的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物的立體錯合物形成率。
在此,立體錯合物形成率(Sc)為80%以上較佳。更佳為85%以上,特佳為90%以上。亦即,基於前述式(5),立體錯合物形成率(Sc)係滿足下述式(2)。
Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100≧80 (2)
關於混合的溫度條件,相對於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物之熔點,熔點-50℃~熔點+20℃的範圍較佳。混合溫度之更佳的範圍為熔點-40℃~熔點,特佳為熔點-30℃~熔點-5℃的溫度範圍。熔融機的溫度,通常為了使樹脂熔融,且展現良好的流動性,設定熔點+20℃以上,且成為該較佳混合溫度時,流動性不會過度下降,另一方面,生成的結晶不易再熔化。在此,熔點係為使用差示掃描型熱量計測定,以升溫速度20℃/min由30℃升溫至250℃之際的結晶熔化溫度。
將藉由在熔融機內賦予剪切或壓力而結晶化的聚-L-乳酸與聚-D-乳酸混合之際的剪切速度為10~400(/秒)的範圍較佳。剪切速度為前述較佳的範圍時,可一邊維持流動性與結晶性,一邊均勻地混合聚-L-
乳酸與聚-D-乳酸,另一方面,不容易產生混合時之剪切發熱導致的熱分解。
又,混合之際的壓力為0.05~10(MPa)的範圍較佳。壓力為前述較佳的範圍時,可一邊維持流動性與結晶性,一邊均勻地混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸。
在使用擠製機之混煉中,聚乳酸的供給方法並沒有特別限定,可為由樹脂供給口一次供給聚-L-乳酸與聚-D-乳酸的方法、視需要利用側供給口,將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸各別分給樹脂供給口與側供給口供給的方法。又,對混煉機的聚乳酸之供給,亦可從聚乳酸製造步驟在直接熔融狀態進行。
擠製機的螺旋元件,可均勻地混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸而形成立體錯合物,在混合部具備揉合元件較為理想。
在混合步驟中,由L-乳酸單元組成的聚-L-乳酸與由D-乳酸單元組成的聚-D-乳酸之混合重量比為90:10~10:90較佳。更佳為80:20~20:80,特佳為75:25~60:40或40:60~25:75。由L-乳酸單元組成的鏈段與由D-乳酸單元組成的鏈段之各別的合計之重量比為前述較佳的範圍時,容易形成聚乳酸立體錯合物,其結果為立體錯合物的耐熱性也變高。使聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合重量比成為50:50以外時,大量摻合重量平均分子量大者的聚-L-乳酸或聚-D-乳酸較為理想。
又,混合後之聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的混合物之分散度為1.5~4.0的範圍較佳。更佳為2.0~3.7的範
圍,特佳為2.5~3.5的範圍。在此,分散度係指相對於混合物之數量平均分子量的重量平均分子量之比例,具體而言,係為利用使用六氟異丙醇或氯仿作為溶媒之膠體滲透層析(GPC)測定的標準聚甲基丙烯酸甲酯換算之數值。
關於由聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合組成的立體錯合物,以提高立體錯合物之形成性為目的,亦可混合由將L-乳酸作為主成分的聚-L-乳酸鏈段與將D-乳酸作為主成分的聚-D-乳酸鏈段構成的聚乳酸嵌段共聚物。
在此,關於添加的聚乳酸嵌段共聚物之製造方法,並沒有特別限定,可利用一般的聚乳酸製造方法。具體而言,為前述之製法1~4的聚乳酸嵌段共聚物之製造方法,有使由原料的乳酸生成的環狀2量體的L-交酯或D-交酯之任一方在觸媒存在下進行開環聚合,且進一步藉由添加作為該聚乳酸之光學異構物的交酯進行開環聚合而得到聚乳酸嵌段共聚物的交酯法(製法1)、藉由使該原料經由直接聚合或交酯的開環聚合,將聚-L-乳酸與聚-D-乳酸各別聚合,接著,將得到的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸混合後,藉由固相聚合得到聚乳酸嵌段共聚物的方法(製法2)、藉由使聚-L-乳酸與聚-D-乳酸,在熔點高的一方之成分的熔化結束溫度以上進行長時間熔融混煉,得到使L-乳酸單元的鏈段與D-乳酸單元的鏈段酯交換反應之聚乳酸嵌段共聚物的方法(製法3)、藉由將多官能性化合物混合於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸進行反應,得到
使聚-L-乳酸與聚-D-乳酸以多官能性化合物進行共有鍵結之方法(製法4)等。
相對於含有聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物的立體錯合物混合聚乳酸嵌段共聚物的方法,並沒有特別限定,例如,可舉出在含有聚-L-乳酸及聚-D-乳酸的立體錯合物及聚乳酸嵌段共聚物之中,熔點高者的成分之熔化結束溫度以上進行熔融混煉的方法、在溶媒中混合後除去溶媒的方法等。
又,關於聚-L-乳酸、聚-D-乳酸及聚乳酸嵌段共聚物之混合順序並沒有特別限定,可預先在混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸時混合聚乳酸嵌段共聚物,亦可對於聚乳酸嵌段共聚物混合聚-L-乳酸與聚-D-乳酸。
相對於由聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合組成的立體錯合物之聚乳酸嵌段共聚物的混合量,相對於由聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合組成的立體錯合物100重量份為1重量份以上100重量份以下較佳,更佳為5重量份以上且80重量份以下。聚乳酸嵌段共聚物為前述較佳範圍時,可提高立體錯合物形成性。
本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為相對於含有聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的聚乳酸樹脂100重量份,含有磷酸金屬鹽0.005重量份~1重量份。
涉及本發明的聚乳酸樹脂,從提升結晶化特性及透明性的觀點,在差示掃描熱量測定(DSC)中,使該聚乳酸樹脂組成物升溫至250℃並成為恆溫狀態3分鐘
後,以冷卻速度20℃/min降溫之際的結晶化熱量(結晶化焓)為5J/g以上較佳,20J/g以上更佳。
又,涉及本發明的聚乳酸樹脂,從抑制聚乳酸樹脂之熱分解並提升滯留穩定性的觀點,在熱重量測定(Thermo Gravimetry Analysis:TGA)中,使該聚乳酸樹脂組成物於240℃加熱30分鐘後的重量減少率小於1.0%較為理想。
關於本發明的磷酸金屬鹽,係以下述通式(1)表示。
MxHyPOz (1)
(在通式(1)中,M表示鹼金屬原子或鹼土金屬原子,x、y、z各別為滿足1≦x≦2、1≦y≦4、2≦z≦8的整數)。
又,作為本發明所謂的磷酸金屬鹽,係選自於磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鋰、磷酸二氫鈣、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫鈣、磷酸氫鋇、磷酸氫鎂、亞磷酸氫鈉、亞磷酸鉀、亞磷酸氫鈣、次磷酸鈉、次磷酸鉀、次磷酸鈣中之至少一種。該等中,尤以磷酸二氫鈉與磷酸二氫鉀更為理想。從對聚乳酸樹脂之均勻分散性的觀點,本發明的磷酸金屬鹽之粒徑為0.1~500(μm)較佳。更佳為0.5~200(μm),特佳為1~100(μm)。
從提升聚乳酸樹脂組成物之耐熱性及結晶化特性的觀點,磷酸金屬鹽的添加量,相對於聚乳酸樹脂組成物100重量份為0.005重量份~1.2重量份較佳。更佳為0.015重量份~0.8重量份,特佳為0.05重量份~0.5重量份。
磷酸金屬鹽的添加時期,並沒有特別限定,但從耐熱性或結晶化特性佳的觀點,一旦得到聚乳酸樹脂後,與聚乳酸樹脂一起添加較為理想。又,亦可在製作含有聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的聚乳酸樹脂之途中過程添加磷酸金屬鹽,亦可添加於構成聚乳酸樹脂的聚-L-乳酸成分或聚-D-乳酸成分。
本發明的聚乳酸樹脂組成物,在不損及本發明之效果的範圍,為了提高最後得到的聚乳酸樹脂之由L-乳酸單元組成的聚-L-乳酸(由L-乳酸單元組成的鏈段)與由D-乳酸單元組成的聚-D-乳酸(由D-乳酸單元組成的鏈段)之交互性,亦可混合多官能性化合物。
在此使用的多官能性化合物,並沒有特別限定,可使用在製法4記載的聚乳酸嵌段共聚物之製法中舉出的多官能性化合物。
本發明中,多官能性化合物為多元環氧化合物時,作為多元環氧化合物,可為在1分子具有多個環氧基的聚合物,具體而言,可舉出含有環氧基的丙烯酸系單體及苯乙烯系單體之混合物的聚合物、或含有環氧基的丙烯酸系單體、苯乙烯系單體及其他乙烯系單體之三種混合物的聚合物等之丙烯酸樹脂系反應性化合物。
在此,作為含有環氧基的丙烯酸單體,可舉出(甲基)丙烯酸環氧丙酯、(甲基)丙烯酸環氧丙醚,但該等之中,從自由基聚合性的觀點,宜使用丙烯酸環氧丙酯或甲基丙烯酸環氧丙酯。該等可單獨使用或使用兩種以上。
作為苯乙烯系單體,可舉出苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯甲苯、p-甲基苯乙烯、第三丁基苯乙烯、o-氯苯乙烯、乙烯吡啶等,但該等之中,從與聚乳酸嵌段共聚物之親和性的觀點,宜使用苯乙烯、α-甲基苯乙烯之一種以上。
作為其他的乙烯系單體,可舉出(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸第三丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸異莰酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸羥乙酯、(甲基)丙烯酸羥丙酯、聚乙二醇或聚丙二醇之(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸三甲氧基矽基丙酯、(甲基)丙烯腈、N,N-二烷基(甲基)丙烯酸醯胺、丙烯酸α-羥基甲酯、丙烯酸二甲基胺乙酯、甲基丙烯酸二甲基胺乙酯等之形成具有胺基的丙烯酸系乙烯單元之原料單體等,其中,尤以(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸第三丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸異莰酯、(甲基)丙烯腈較佳,更佳為使用(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯腈。又,亦可使用(甲基)丙烯酸醯胺、(甲基)丙烯酸二烷基醯胺、乙酸乙烯等之乙烯酯類、乙烯醚類、(甲基)芳醚類之芳香族系乙烯系
單量體、乙烯、丙烯等之α烯烴單體。該等可適當選擇單獨使用及使用兩種以上。
又,多元環氧化合物為丙烯酸樹脂系反應性化合物時之該化合物1分子所含有的環氧基之數含有2個~30個較佳,更佳為3~20個,特佳為4個~10個。該平均環氧基之數小於2個時,相對於聚乳酸樹脂組成物的增黏效果小,無法充分地提升成形加工性、機械物性、耐久性、加熱時滯留穩定性。另一方面,平均環氧基之數超越30個時,過剩的環氧基與聚乳酸樹脂組成物之羧基或羥基引起過度的交聯反應,並有成形加工性惡化的情況。
本發明中,從反應性及成形性之觀點,多元環氧化合物為丙烯酸樹脂系反應性化合物時之該化合物的環氧當量為50~1500(g/mol)較佳,更佳為100~1000(g/mol),最佳為150~600(g/mol)。在此,環氧當量係表示含有1當量之環氧基的聚合物之克數。
又,從反應性與樹脂之相溶性的觀點,含有環氧基的丙烯酸樹脂系反應性化合物之重量平均分子量(Mw)為1,000以上15,000以下較佳,更佳為2,000以上10,000以下。在此之重量平均分子量(Mw),係為利用使用六氟異丙醇作為溶媒之膠體滲透層析(GPC)測定的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)換算之重量平均分子量。
本發明中,丙烯酸樹脂系反應性化合物,可利用周知之技術製造並使用,但亦可使用市售品,作為市售品的具體例,可適當使用住友化學股份有限公司製
「Bond Fast(註冊商標)」系列、日本油脂股份有限公司製「Mer Proof(註冊商標)」系列、東亞合成股份有限公司製「RESEDA(註冊商標)」系列及「ARUFON(註冊商標)」系列、BASF公司製「JONCRYL(註冊商標)」系列等,但從反應性之觀點,更適合使用東亞合成股份有限公司製「ARUFON(註冊商標)」系列及BASF公司製「JONCRYL(註冊商標)」系列。
關於多官能性化合物的混合量,並沒有特別限定,相對於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之合計100重量份為0.01重量份以上20重量份以下較佳,而且0.1重量份以上10重量份以下更佳。多官能性化合物的添加量為前述較佳範圍時,可發揮使用多官能性化合物的效果。
再者,在使用多官能性化合物之際,為了促進聚-L-乳酸及聚-D-乳酸與多官能性化合物之反應,亦可添加反應觸媒。在此使用的反應觸媒,可使用在製法4所記載的聚乳酸嵌段共聚物之製法中,用以促進聚-L-乳酸及聚-D-乳酸與多官能性化合物之反應的反應觸媒。
反應觸媒的添加量,並沒有特別限定,相對於聚-L-乳酸及聚-D-乳酸之合計100重量份為0.001重量份以上0.5重量份以下較佳。觸媒量為前述較佳範圍時,得到聚合時間之縮短效果,另一方面,最後得到的聚乳酸樹脂之分子量也可變大。
本發明的聚乳酸樹脂組成物中,在不損及本發明的目的之範圍,可使用通常的添加劑,例如,可舉出觸媒失活劑(受阻酚系化合物、硫醚系化合物、維他命
系化合物、三唑系化合物、多元胺系化合物、聯胺衍生物系化合物、磷系化合物等,且亦可並用該等。其中,尤以包含磷系化合物之至少1種較為理想,更佳為磷酸酯系化合物、亞磷酸酯系化合物。作為具體例之更佳的例,可舉出股份有限公司ADEKA製“Adekastab(註冊商標)”AX-71(二-十八基磷酸酯)、PEP-8(二硬脂基季戊四醇二亞磷酸酯)、PEP-36(環狀新戊四基雙(2,6-第三丁基-4-甲基苯基)亞磷酸酯)等)、可塑劑(例如,聚烷醇系可塑劑、聚酯系可塑劑、多元羧酸酯系可塑劑、丙三醇系可塑劑、磷酸酯系可塑劑、環氧系可塑劑、硬脂酸醯胺、伸乙基雙硬脂酸醯胺等之脂肪酸醯胺、季戊四醇、各種山梨糖醇、聚丙烯酸酯、矽油及石蠟類等,從耐排出性之觀點,可舉出聚乙二醇、聚丙二醇、聚(氧乙烷.氧丙烷)嵌段及/或無規共聚物、聚四甲二醇、雙酚類之氧化乙烯加成聚合物、雙酚類之氧化丙烯加成聚合物、雙酚類之四氫呋喃加成聚合物等之聚烷醇或其末端環氧變性化合物、末端酯變性化合物、及末端醚變性化合物等之末端封鎖化合物等之聚烷醇系可塑劑、雙(丁基二乙二醇)己二酸酯、甲基二乙二醇丁基二乙二醇己二酸酯、苄甲基二乙二醇己二酸酯、乙醯基三丁基癸二酸酯、甲氧基羰甲基二丁基癸二酸酯、乙氧基羰甲基二丁基癸二酸酯等之多元羧酸酯系可塑劑、丙三醇單乙醯基單月桂酸酯、丙三醇二乙醯基單月桂酸酯、丙三醇單乙醯基單硬脂酸酯、丙三醇二乙醯基單油酸酯及丙三醇單乙醯基單褐煤酸酯等之丙三醇系可塑劑等)、耐衝撃性改良材(天
然橡膠、低密度聚乙烯或高密度聚乙烯等之聚乙烯、聚丙烯、耐衝撃改質聚苯乙烯、聚丁二烯、苯乙烯/丁二烯共聚物、乙烯/丙烯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物、聚乙烯對苯二甲酸酯/聚(四氫呋喃)二醇嵌段共聚物、聚乙烯對苯二甲酸酯/間苯二甲酸酯/聚(四氫呋喃)二醇嵌段共聚物等之聚酯彈性體、MBS等之丁二烯系核殼彈性體或丙烯酸系之核殼彈性體,該等可使用一種或兩種以上。作為丁二烯系或丙烯酸系之核殼彈性體,也可使用三菱Rayon股份有限公司製“METABLEN(註冊商標)”、股份有限公司Kaneka製“KANEACE(註冊商標)”、Rohm and Haas公司製“Paraloid(註冊商標)”等)、填充劑(纖維狀、板狀、粉末狀、粒狀等之任一填充劑。具體而言,可舉出玻璃纖維、PAN系或瀝青系之碳纖維、不銹鋼纖維、鋁纖維或黄銅纖維等之金屬纖維、芳香族聚醯胺纖維等之有機纖維、石膏纖維、陶瓷纖維、石棉纖維、二氧化鋯纖維、氧化鋁纖維、二氧化矽纖維、氧化鈦纖維、碳化矽纖維、岩棉、鈦酸鉀晶鬚、鈦酸鋇晶鬚、硼酸鋁晶鬚、氮化矽晶鬚等之纖維狀、晶鬚狀填充劑、高嶺土、二氧化矽、碳酸鈣、玻璃珠粒、玻璃薄片、玻璃微氣球、二硫化鉬、矽灰石、蒙脫土、氧化鈦、氧化鋅、聚磷酸鈣、石墨、硫酸鋇等)、阻燃劑(紅磷、溴化聚苯乙烯、溴化聚伸苯基醚、溴化聚碳酸酯、氫氧化鎂、三聚氰胺及三聚氰酸或其鹽、矽化合物等)、紫外線吸收劑(間苯二酚、水楊
酸酯、苯并三唑、苯并苯乙酮等)、熱穩定劑(受阻酚、氫醌、亞磷酸酯類及該等取代物等)、潤滑劑、離形劑(褐煤酸及其鹽、其酯、其半酯、硬脂醇、硬脂醯胺及聚乙烯蠟等)、包含染料(苯胺黑等)及顏料(硫化鎘、鈦菁等)的著色劑、抗著色劑(亞磷酸鹽、次磷酸鹽等)、導電劑或著色劑(碳黑等)、摺動性改良劑(石墨、氟樹脂等)、抗靜電劑等,且可添加一種或兩種以上。
又,本發明的聚乳酸樹脂組成物中,在不損及本發明的目的之範圍,可進一步包含其他的熱塑性樹脂(例如,聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯酸樹脂、丙烯酸腈.丁二烯.苯乙烯共聚物、聚醯胺、聚碳酸酯、硫化聚伸苯樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚酯、聚碸、氧化聚伸苯、聚縮醛、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、纖維素酯等)或熱硬化性樹脂(例如,酚樹脂、三聚氰胺樹脂、聚酯樹脂、矽樹脂、環氧樹脂等)或軟質熱塑性樹脂(例如,乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物、聚酯彈性體、聚醯胺彈性體、乙烯/丙烯三聚物、乙烯/丁烯-1共聚物等)等之至少一種以上。
本發明中使用丙烯酸樹脂時,一般尤可舉出將具有碳數1~4之烷基的(甲基)丙烯酸烷酯單元作為主成分的丙烯酸樹脂。又,在具有碳數1~4之烷基的(甲基)丙烯酸烷酯中,亦可共聚合具有碳數1~4之烷基的其他丙烯酸烷酯或苯乙烯等之芳香族乙烯化合物。
作為具有前述烷基的(甲基)丙烯酸烷酯之例,可舉出丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、
甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸環己基及甲基丙烯酸環己基等。在本發明中使用丙烯酸樹脂時,特佳為由甲基丙烯酸甲酯組成的聚甲基丙烯酸甲酯。
本發明的聚乳酸樹脂組成物,其特徵為在加工為成形品等作為成形體之際,一旦熱熔融而固化後,也容易形成高熔點的聚乳酸立體錯合物。
關於本發明的聚乳酸樹脂組成物之製造方法,其各種添加劑之摻合方法並沒有特別限定,可利用周知的方法,但從操作之簡便性及添加劑之均勻分散性的觀點,以熔融混煉進行摻合較為理想。
作為將各種添加劑以熔融混煉進行摻合的方法,並沒有特別限定,作為熔融混煉的方法,可利用周知的方法,作為混煉裝置,例如,可舉出單軸擠製機、雙軸擠製機、Plastomill、揉合機、及附有減壓裝置的攪拌槽型反應機,在可均勻且充分混煉的觀點中,使用單軸擠製機、雙軸擠製機較為理想。
摻合各種添加劑的時期並沒有特別限定,亦可在原料之聚-L-乳酸及聚-D-乳酸預先摻合,也可在將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸混合時摻合,亦可摻合於預先製作的聚乳酸樹脂。聚乳酸樹脂為實施固相聚合時,觸媒為活性狀態較為理想,因此觸媒失活劑在固相聚合後添加較為理想。
關於進行熔融混煉之際的溫度條件,較佳為140℃~250℃的範圍,更佳為160℃~230℃,特佳為
180℃~210℃。混合溫度超過250℃時,混合物之分子量下降變大,因此較不理想,140℃以下的話,流動性顯著下降,因此較不理想。
又,關於混合的時間條件,0.1分~10分的範圍較佳,0.3分~5分更佳,0.5分~3分的範圍特佳。混合時間為0.1分以下時,各種添加劑之混合不均勻,因此較不理想,在超過10分時,容易產生混合導致的熱分解,因此較不理想。
關於混合的壓力條件,並沒有特別限定,只要在大氣環境下或氮等之惰性氣體環境下之任一條件即可。
在使用擠製機的混煉中,並沒有特別限定各種添加劑之供給方法,可為由樹脂供給口一次供給聚乳酸樹脂與各種添加劑的方法、視需要利用側供給口,將聚乳酸樹脂與各種添加劑各別分給樹脂供給口與側供給口供給的方法。
擠製機的螺旋元件,可均勻地混合聚乳酸樹脂與各種添加劑,在混合部具備揉合元件較為理想。
聚乳酸樹脂與各種添加劑之熔融混煉後的形狀,並沒有特別限定,可為任何塊狀、薄膜、丸粒及粉末等,但在有效率地進行各步驟的觀點中,使用丸粒或粉末較為理想。作為使熔融混煉後的摻合物成為丸粒的方法,可舉出將混合物擠製為股線狀,並進行造粒的方法、或將混合物擠製至水中,使用水下切割機予以丸粒化的方法。又,作為使熔融混煉後的摻合物成為粉末的
方法,可舉出使用混合機、摻合機、球磨機及鎚磨機等之粉碎機進行粉碎的方法。
含有本發明之聚乳酸樹脂組成物的成形體,其特徵為即使不實施拉伸處理也具有透明性,因此不需要為了賦予透明性而進行拉伸處理,但可視其他需要而實施拉伸處理。進行拉伸處理之成形體的形狀為薄膜或薄片形狀較為理想。又,進行拉伸處理時,在聚乳酸立體錯合物的玻璃轉化點以上、及熔點以下的溫度範圍拉伸較為理想,較佳為60℃以上170℃以下的溫度範圍,更佳為70℃以上150℃以下的溫度範圍。
含有本發明之聚乳酸嵌段共聚物或聚乳酸嵌段共聚物的成形體,例如,可作為薄膜、薄片、纖維.布、不織布、射出成形品、擠製成形品、真空壓空成形品、吹塑成形品、及與其他材料之複合體等使用,且作為農業用資材、園藝用資材、漁業用資材、土木.建築用資材、文具、醫療用品、汽車用零件、電器.電子零件、光學薄膜或其他用途為有用。
具體而言,可舉出繼電器外殼、線圈筒、光拾取底盤、馬達外殼、筆記型電腦外殼或內部零件、CRT顯示器外殼或內部零件、印表機外殼或內部零件、行動電話、行動電腦、手持型移動等之行動終端外殼或內部零件、記錄媒體(CD、DVD、PD、FDD等)驅動的外殼或內部零件、複印機的外殼或內部零件、傳真機的外殼或內部零件、拋物面天線等所代表的電器.電子零件。再者,可舉出VTR零件、電視零件、熨斗、吹風機、電鍋
零件、電子微波爐零件、音響零件、攝影機、投影機等之映像機器零件、雷射光碟(註冊商標)、光碟(CD)、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM、藍光等之光記錄媒體之基板、照明零件、冰箱零件、冷氣零件、打字機零件、文字處理機零件等所代表的家庭.事務電器製品零件。又,作為電子樂器、家庭用遊戲機、攜帶型遊戲機等之外殼或內部零件、各種齒輪、各種外殼、感測器、LEP燈、連接器、插座、電阻器、繼電器外殼、開關、線圈筒、電容器、可變電容器外殼、光拾器、振動器、各種端子板、變壓器、插頭、印刷配線板、調諧器、擴音器、麥克風、耳機、小型馬達、磁頭基底、電源模組、半導體、液晶、FDD托架、FDD框體、馬達電刷座、變壓器構件、線圈筒等之電器.電子零件、滑輪、百葉窗窗簾零件、管接頭、窗簾襯、百葉窗零件、氣量計零件、水量計零件、熱水器零件、艙頂板、絕熱壁、調整器、floor post、天花板吊具、樓梯、門、地板等之建築構件、釣餌袋等之水產關連構件、植被網、植被墊、防草袋、防草網、養護薄片、坡面保護薄片、抗飛灰薄片、排水薄片、保水薄片、汙泥.黏泥脫水袋、水泥型框等之土木關連構件、氣流計、空氣泵、恆溫器外殼、引擎座、點火捲筒、點火裝置外殼、離合器捲筒、感測器外殼、怠速控制閥、真空開關閥、ECU(Electric Control Unit)外殼、真空泵外殼、抑制開關、旋轉感測器、加速度感測器、分配器蓋、線圈座、ABS用致動器外殼、散熱器槽的頂部及底部、冷卻扇、
風扇隧道、引擎蓋、汽缸頭蓋、油蓋、油盤、濾油器、燃料蓋、燃油過濾器、分配器蓋、蒸氣鋼瓶外殼、空氣清淨機外殼、確動皮帶罩、剎車助力器零件、各種外殼、各種管、各種槽、各種軟管、各種夾具、各種閥、各種導管等之汽車用車身底架零件、扭力控制桿、安全帶零件、電阻片、洗桿、電動窗把、電動窗把的把手、通過燈桿、遮陽板、各種馬達外殼等之汽車用內裝零件、車頂架、後視鏡、裝飾條、保險桿、門鏡、擾流板、天窗遮板、輪罩、輪蓋、grill apron cover frame、反光板、燈框、門把等之汽車用外裝零件、無線連接器、SMJ連接器(轉接連接用連接器)、PCB連接器(板連接器)、門索環連接器等之各種汽車用連接器、齒輪、螺絲、彈簧、軸承、桿、key stem、凸輪、棘輪、滾軸、給水零件、玩具零件、風扇、silk gut、導管、清洗用治具、馬達零件、顯微鏡、望遠鏡、相機、時鐘等之機械零件、多層薄膜、隧道用薄膜、防鳥薄片、育苗用盆、植被堆、種子帶、發芽薄片、溫室內鋪設薄片、農業用乙烯薄膜的固定具、緩效性肥料、防根薄片、園藝網、防蟲網、幼齡木網、印刷積層、肥料袋、試料袋、砂包、防獸類網、束繩、防風網等之農業構件、使用於地殼氣體.油採掘時的填充材(纖維)或成形材料、衛生用品、醫療用薄膜等之醫療用品、月曆、文具、衣料、食品等之包裝用薄膜、托盤、杯子、飲料用透明杯、BLISTER、刀子、叉子、湯匙、管、塑膠罐、袋、容器、槽、籃等之容器.食器類、熱薄膜容器類、電子微波爐調理用容器類、食品用透明
耐熱容器、化妝品容器、保鮮膜、發泡緩衝劑、積層紙、洗髮精瓶、飲料用瓶、杯、糖果包裝、收縮標籤、蓋材料、附有窗口的封筒、果物籃、手工切割膠帶、簡易剝離包裝、雞蛋包裝、HDD用包裝、堆肥袋、記錄媒體包裝、購物袋、電器.電子零件等之包裹薄膜等之容器.包裝、各種衣料、室內用品、載置帶、積層印刷、感熱孔版印刷用薄膜、離型薄膜、多孔性薄膜、集裝袋、信用卡、金融卡、ID卡、IC卡、光學元件、導電性包裝捲帶、IC托盤、高爾夫球座、垃圾袋、塑膠袋、各種網、牙刷、文具、資料夾、手提包、椅子、桌子、冷卻盒、耙、軟管捲盤、播種機、軟管噴嘴、餐桌、書桌的表面、家具板、廚櫃、筆蓋、瓦斯打火機等為有用。
以下舉出實施例等說明本發明,但本發明並沒有限定於該等之例。在此,實施例中的份數係表示重量份。物性等之測定方法係如下述。再者,成形體的測定部位,係選擇同樣部分實施測定。
重量平均分子量及分散度,係為利用膠體滲透層析(GPC)測定的標準聚甲基丙烯酸甲酯換算之數值。GPC測定,係於檢測器使用WATERS公司製的示差折射計WATERS410,在泵使用WATERS公司製的MODEL510,在管柱使用將昭和電工股份有限公司的Shodex(註冊商標)GPC HFIP-806M與Shodex(註冊商標)GPC HFIP-LG串聯連接者而進行。測定條件,定為流速
0.5mL/min,且測定中於溶媒使用六氟異丙醇,將試料濃度1mg/mL的溶液注入。
熔點、熔化結束溫度及熔化熱量,係利用PerkinElmer公司製之差示掃描型熱量計測定。測定條件為試料5mg、氮氣環境下、升溫速度為20℃/分。
在此,熔點,係指結晶熔化峰之峰頂的溫度,而且熔化結束溫度係指結晶熔化峰之峰結束溫度。在得到的結果中,看得到熔點之上升(高熔點化),且判斷為聚乳酸立體錯合物形成,關於熔點沒有變化,係判斷為聚乳酸立體錯合物沒有形成。在此表示的混合物之熔點,相對於在第1升溫時以升溫速度20℃/分由30℃升溫至250℃為止時測定的熔點,固相聚合後之聚乳酸嵌段共聚物的熔點,係為在第1升溫時以升溫速度20℃/分由30℃升溫至250℃為止後,以降溫速度20℃/分冷卻直到30℃,並且在第2升溫時以升溫速度20℃/分由30℃升溫至250℃為止時測定的熔點。
又,作為熱特性係進行下述式(8)所示的參數值之算出。
(Tm-Tms)/(Tme-Tm) (8)
在式(8)的參數中,係表示:Tm:源自聚乳酸嵌段共聚物及聚乳酸立體錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)之結晶的熔點(結晶熔化峰的峰頂溫度)
Tms:聚乳酸嵌段共聚物及聚乳酸立體錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)的熔化起始溫度,
Tme:聚乳酸嵌段共聚物及聚乳酸立體錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)的熔點結束溫度,
各別的值為使用PerkinElmer公司製的差示掃描型熱量計,在試料5mg、氮氣環境下之測定值。再者,測定值係使用在第1升溫時以升溫速度40℃/分由30℃升溫至250℃為止後,以降溫速度40℃/分冷卻直到30℃,並且在第2升溫時以升溫速度40℃/分由30℃升溫至250℃為止時之190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的數值。
聚乳酸樹脂組成物的立體錯合物形成率(Sc)係由下述式(5)算出。
Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100 (5)
在此,△Hh表示基於在150℃以上小於190℃所展現的聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之結晶熔化的熱量,△Hh基於在190℃以上小於250℃所展現的立體錯合物結晶之結晶熔化的熱量。
又,本實施例的聚乳酸樹脂組成物之立體錯合物形成率(Sc)係為由差示掃描型熱量計(DSC)在第2升溫時所測定之結晶熔化峰算出者。
聚乳酸樹脂組成物的降溫結晶化溫度係利用PerkinElmer公司製之差示掃描型熱量計測定。具體而
言,係為將在差示掃描型熱量計中,將試料5mg以升溫速度20℃/min由30℃升溫至250℃為止後,於250℃進行維持恆溫狀態3分鐘,並在以冷卻速度20℃/min降溫之際測定的結晶化峰頂之溫度作為降溫結晶化溫度。
算出藉由PerkinElmer公司製之差示掃描型熱量計測定的結晶熔化峰之峰面積者。
聚乳酸樹脂組成物的重量減少率,係利用使用PerkinElmer公司製之熱量計測定裝置的熱重量測定測定。具體而言,在熱量計測定裝置中,氮氣環境下,將試料5mg於240℃以30分中恆溫狀態進行加熱,由加熱前後的試料重量算出重量減少率。
作為成形體的透明性之指標係進行霧度值之測定。使用附有厚度1mm之薄片狀成形體的日本電色工業製霧度計NDH-300A,依據JIS K 7105進行霧度值測定。
作為成形體的耐熱性之指標係測定儲存彈性模數。將厚度1mm之薄片狀成形體的中心部切出為40mm×2mm而作為長方形狀的樣本,並以動黏彈性測定裝置(Seiko Instruments股份有限公司製的DMS6100)在氮氣環境下,以升溫速度2℃/min、頻率3.5Hz進行動黏彈性測定,測定130℃的儲存彈性模數。彈性模數越高越可說是高耐熱性。
將厚度1mm之薄片狀成形體的中心部切出為40mm×2mm而作為長方形狀的樣本,並依據ASTM D882,測定拉伸強度。
在將厚度1mm之薄片狀成形體進行真空成形而得到的容器加入水,以加蓋的狀態自2m的高度,從容器底部掉落至水泥上,測定因為掉落衝撃而容器破損直到漏水為止的次數,並以下述的方法進行評價。
A:容器破損直到漏水為止的掉落次數為5次以上
B:容器破損直到漏水為止的掉落次數為2~4次
F:容器破損直到漏水為止的掉落次數為1次
本實施例(實施例1~15及比較例1~5)所使用的聚-L-乳酸及聚-D-乳酸係如下所述。
PLA1:參考例1所得到的聚-L-乳酸(Mw=4.3萬、分散度1.8)
PLA2:參考例2所得到的聚-L-乳酸(Mw=13.5萬、分散度1.8)
PLA3:參考例3所得到的聚-L-乳酸(Mw=20.0萬、分散度1.9)
PDA1:參考例4所得到的聚-D-乳酸(Mw=3.5萬、分散度1.5)
PDA2:參考例5所得到的聚-D-乳酸(Mw=6.0萬、分散度1.6)
PDA3:參考例6所得到的聚-D-乳酸(Mw=7.5萬、分散度1.6)
PDA4:參考例7所得到的聚-D-乳酸(Mw=12.6萬、分散度1.7)
PDA5:參考例8所得到的聚-D-乳酸(Mw=19.8萬、分散度1.8)
在具備攪拌裝置及回流裝置的反應容器中,加入90%L-乳酸水溶液50份,使溫度成為150℃後,緩慢地進行減壓,一邊餾去水一邊反應3.5小時。之後,在氮氣環境下成為常壓,將乙酸錫(II)0.02份添加後,在170℃直到成為13Pa,一邊緩慢地進行減壓,一邊進行7小時聚合反應。接著,將得到的聚-L-乳酸於氮氣環境下,在110℃進行1小時結晶化處理後,於60Pa的壓力下,在140℃進行3小時固相聚合,在150℃進行3小時固相聚合,在160℃進行5小時固相聚合,得到聚-L-乳酸(PLA1)。PLA1的重量平均分子量為4.3萬,分散度為1.8,熔點為159℃。
將在160℃之固相聚合時間變更為12小時,此外係採用與參考例1同樣的方法進行聚-L-乳酸之聚合,得到PLA2。PLA2的重量平均分子量為13.5萬,分散度為1.8,熔點為168℃。
將在160℃之固相聚合時間變更為18小時,此外係採用與參考例1同樣的方法進行聚-L-乳酸之聚合,得到PLA3。PLA3的重量平均分子量為20.0萬,分散度為1.9,熔點為172℃。
在具備攪拌裝置及回流裝置的反應容器中,加入90%D-乳酸水溶液50份,使溫度成為150℃後,緩慢地進行減壓,一邊餾去水一邊反應3.5小時。之後,在氮氣環境下成為常壓,將乙酸錫(II)0.02份添加後,在170℃直到成為13Pa,一邊緩慢地進行減壓,一邊進行7小時聚合反應。接著,將得到的聚-D-乳酸於氮氣環境下,在110℃進行1小時結晶化處理後,於60Pa的壓力下,在140℃進行3小時固相聚合,在150℃進行3小時固相聚合,在160℃進行5小時固相聚合,得到聚-D-乳酸(PDA1)。PDA1的重量平均分子量為3.5萬,分散度為1.5,熔點為155℃。
將在160℃之固相聚合時間變更為7小時,此外係採用與參考例4同樣的方法進行聚-D-乳酸之聚合,得到PDA2。PDA2的重量平均分子量為6.0萬,分散度為1.6,熔點為160℃。
將在160℃之固相聚合時間變更為9小時,此外係採用與參考例4同樣的方法進行聚-D-乳酸之聚
合,得到PDA3。PDA3的重量平均分子量為7.5萬,分散度為1.6,熔點為162℃。
將在160℃之固相聚合時間變更為12小時,此外係採用與參考例4同樣的方法進行聚-D-乳酸之聚合,得到PDA4。PDA4的重量平均分子量為12.6萬,分散度為1.7,熔點為165℃。
將在160℃之固相聚合時間變更為18小時,此外係採用與參考例4同樣的方法進行聚-D-乳酸之聚合,得到PDA5。PDA5的重量平均分子量為19.8萬,分散度為1.8,熔點為170℃。
A-1:參考例9所得到的聚乳酸立體錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)(Mw=13萬、分散度2.6)
A-2:參考例10所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=16萬、分散度2.3)
A-3:參考例11所得到的聚乳酸立體錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)(Mw=10萬、分散度2.8)
A-4:參考例12所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=13萬、分散度2.4)
A-5:參考例13所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=15萬、分散度1.8)
A-6:參考例14所得到的聚乳酸立體錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)(Mw=3萬、分散度1.8)
A-7:參考例15所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=5萬、分散度1.7)
A-8:參考例16所得到的聚乳酸立體錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)(Mw=9萬、分散度2.4)
A-9:參考例17所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=11萬、分散度2.0)
A-10:參考例18所得到的聚乳酸立體錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)(Mw=11萬、分散度1.9)
A-11:參考例19所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=13萬、分散度1.7)
A-12:參考例20所得到的聚乳酸錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)(Mw=15萬、分散度1.8)
A-13:參考例21所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=18萬、分散度1.6)
A-14:參考例22所得到的聚乳酸錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)(Mw=16萬、分散度1.8)
A-15:參考例23所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=19萬、分散度1.6)
A-16:參考例24所得到的聚乳酸錯合物(聚-L-乳酸與聚-D-乳酸之混合物)(Mw=18萬、分散度1.8)
A-17:參考例25所得到的聚乳酸嵌段共聚物(Mw=23萬、分散度1.6)
PLA3:參考例3所得到的聚-L-乳酸(Mw=20萬、分散度1.9)
將參考例3所得到的PLA3與參考例4所得到的PDA1在混合前預先於氮氣環境下,在溫度110℃進行2小時結晶化處理。接著,藉由將結晶化的70重量份之PLA1利用雙軸擠製機之樹脂供給口添加,並將30重量份的PDA1利用設置於後述的L/D=30之部分的側供給口添加,進行熔融混煉。在此,雙軸擠製機,根據樹脂供給口,在L/D=10之部分具有設定為溫度190℃之可塑化部分,同時在L/D=30的部分具備揉合盤,並具有作為可賦予剪切之螺桿,可在剪切賦予下混合的結構。藉由雙軸擠製機,在減壓下、混煉溫度210℃進行PLA3及PDA1之熔融混煉,得到聚乳酸立體錯合物(A-1)。聚乳酸立體錯合物(A-1)的重量平均分子量為13萬,分散度為2.6,熔點為215℃與153℃之雙峰,立體錯合物形成率為97%。
將參考例9所得到的聚乳酸立體錯合物(A-1),於氮氣環境下,在110℃進行1小時結晶化處理後,於60Pa的壓力下,在140℃進行3小時固相聚合,在150℃進行3小時固相聚合,在160℃進行18小時固相聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物(A-2)。聚乳酸嵌段共聚物(A-2)的重量平均分子量為16萬,分散度為2.3,熔點為211℃與171℃之雙峰,立體錯合物形成率為98%。
使供給於雙軸擠製機的PLA3成為50重量份,並使PDA1成為50重量份,此外係採用與參考例9同樣的方法進行熔融混煉,得到聚乳酸立體錯合物(A-3)。聚乳酸嵌段共聚物(A-3)的重量平均分子量為10萬,分散度為2.8,熔點為211℃,立體錯合物形成率為100%。
將參考例11所得到的聚乳酸立體錯合物(A-3)採用與參考例10同樣的方法進行固相聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物(A-4)。聚乳酸嵌段共聚物(A-4)的重量平均分子量為13萬,分散度為2.4,熔點為212℃,立體錯合物形成率為100%。
在附有攪拌裝置的反應容器中,將L-交酯100份、乙二醇0.15份,於氮氣環境下,在160℃均勻地溶解後,加入辛酸錫0.01份,進行2小時開環聚合反應。聚合反應結束後,將反應物溶解於氯仿,並於甲醇(氯仿溶液的5倍量)中一邊攪拌一邊進行再沉澱,除去未反應的單體而得到聚-L-乳酸(PLA4)。PLA4的重量平均分子量為8萬,分散度為1.6,熔點為168℃。
其次,在附有攪拌裝置的反應容器中,將得到的PLA4之100份,於氮氣環境下,在200℃溶解後,投入120份的D-交酯,並加入0.01份的辛酸錫後,進行3小時聚合反應。得到的反應物係溶解於氯仿,且於甲
醇(氯仿溶液的5倍量)中一邊攪拌一邊進行再沉澱,除去未反應的單體而在含有L-乳酸單元的PLA4得到由D-乳酸單元組成的鏈段鍵結之鏈段數為3的聚乳酸嵌段共聚物(A-5)。A-5的分子量為15萬,分散度為1.8,熔點為209℃與171℃之雙峰,立體錯合物形成率為95%。又,構成聚乳酸嵌段共聚物A-5之由L-乳酸單元組成的鏈段之重量平均分子量與由D-乳酸單元組成的鏈段之重量平均分子量的比為2.7。
將供給於雙軸擠製機的PLA3變更為PLA1,此外係採用與參考例9同樣的方法進行熔融混煉,得到聚乳酸立體錯合物(A-6)。A-6的重量平均分子量為3萬,分散度為1.8,熔點為215℃,立體錯合物形成率為100%。
將參考例14所得到的聚乳酸立體錯合物(A-6)採用與參考例10同樣的方法進行固相聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物(A-7)。A-7的重量平均分子量為5萬,分散度為1.7,熔點為213℃,立體錯合物形成率為100%。
將供給於雙軸擠製機的PLA3變更為PLA2,此外係採用與參考例9同樣的方法進行熔融混煉,得到聚乳酸立體錯合物(A-8)。A-8的重量平均分子量為9萬,分散度為2.4,熔點為214℃,立體錯合物形成率為100%。
將參考例14所得到的聚乳酸立體錯合物(A-8)採用與參考例10同樣的方法進行固相聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物(A-9)。A-9的重量平均分子量為11萬,分散度為2.0,熔點為212℃,立體錯合物形成率為100%。
將供給於雙軸擠製機的PLA3變更為PLA2,並將PDA1變更為PDA4,此外係採用與參考例9同樣的方法進行熔融混煉,得到聚乳酸立體錯合物(A-10)。A-10的重量平均分子量為11萬,分散度為1.9,熔點為213℃與165℃之雙峰,立體錯合物形成率為68%。
將參考例18所得到的聚乳酸立體錯合物(A-10)採用與參考例10同樣的方法進行固相聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物(A-11)。A-11的重量平均分子量為13萬,分散度為1.7,熔點為210℃與168℃之雙峰,立體錯合物形成率為73%。
將供給於雙軸擠製機的PDA1變更為PDA2,此外係採用與參考例9同樣的方法進行熔融混煉,得到聚乳酸立體錯合物(A-12)。A-12的重量平均分子量為15萬,分散度為1.8,熔點為210℃與158℃之雙峰,立體錯合物形成率為90%。
將參考例20所得到的聚乳酸立體錯合物(A-12)採用與參考例10同樣的方法進行固相聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物(A-13)。A-13的重量平均分子量為18萬,分散度為1.6,熔點為209℃與170℃之雙峰,立體錯合物形成率為95%。
將供給於雙軸擠製機的PDA1變更為PDA3,此外係採用與參考例9同樣的方法進行熔融混煉,得到聚乳酸立體錯合物(A-14)。A-14的重量平均分子量為16萬,分散度為1.8,熔點為212℃與160℃之雙峰,立體錯合物形成率為82%。
將參考例22所得到的聚乳酸立體錯合物(A-14)採用與參考例10同樣的方法進行固相聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物(A-15)。A-15的重量平均分子量為19萬,分散度為1.6,熔點為210℃與172℃之雙峰,立體錯合物形成率為88%。
將供給於雙軸擠製機的PDA1變更為PDA5,此外係採用與參考例9同樣的方法進行熔融混煉,得到聚乳酸立體錯合物(A-16)。A-16的重量平均分子量為18萬,分散度為1.8,熔點為212℃與171℃之雙峰,立體錯合物形成率為50%。
將參考例20所得到的聚乳酸立體錯合物(A-16)採用與參考例10同樣的方法進行固相聚合,得到聚乳酸嵌段共聚物(A-17)。A-17的重量平均分子量為23萬,分散度為1.6,熔點為209℃與175℃之雙峰,立體錯合物形成率為61%。
B-1:磷酸二氫鈉(和光純藥工業股份有限公司製)
B-2:磷酸二氫鉀(和光純藥工業股份有限公司製)
B-3:磷酸二氫鈣(和光純藥工業股份有限公司製)
B-4:磷酸氫二鈉(和光純藥工業股份有限公司製)
B-5:磷酸氫二鉀(和光純藥工業股份有限公司製)
B-6:二-十八基磷酸酯(股份有限公司ADEKA製「Adekastab(註冊商標)」AX-71)
B-7:磷酸酯鋁鹽(股份有限公司ADEKA製「Adekastab(註冊商標)」NA-21)
C-1:含有環氧基的苯乙烯/丙烯酸酯共聚物(BASF公司製「JONCRYL(註冊商標)ADR-4368」、Mw(PMMA換算)8,000、環氧當量285g/mol)
以表1~表3所示之種種的比例,將聚乳酸樹脂(A)、磷系化合物(B)及多官能性化合物(C)預先進行乾式混摻後,以具有通氣孔的雙軸擠製機進行熔融混煉。
雙軸擠製機,如前述,根據樹脂供給口,具有在L/D=10之部分設定為溫度225℃之可塑化部分與在L/D=30的部分具備揉合盤,並作為可賦予剪切之螺桿,可在剪切賦予下混合的結構,使用該雙軸擠製機,在減壓下、混煉溫度220℃進行熔融混煉,得到丸粒化的聚乳酸樹脂組成物。利用熔融混煉得到的聚乳酸樹脂組成物之物性係如表1~表3所示。
實施例1~3中,使用聚乳酸立體錯合物A-1作為聚乳酸樹脂,實施例4~7中使用聚乳酸嵌段共聚物A-2,且相對於該等聚乳酸樹脂使用添加量不同的磷酸二氫鈉進行熔融混煉。其結果為在任一聚乳酸樹脂組成物中得到觸媒失活效果,且在240℃、30分之重量減少率均小於1.0%。又,在觸媒失活後,降溫結晶化溫度為120℃以上,結晶化焓(△Hc)均為20J/g以上且結晶化特性優異。另一方面,關於作為熱特性之參數的(Tm-Tms)/(Tme-Tm),在實施例1~3中為1.8~1.9,在實施例4~7中為1.3~1.4。又,也知關於成形品的霧度值為15%以下,且透明性優異。
實施例8~10中,將聚乳酸樹脂(A)變更為A-3~A-5,並製作聚乳酸樹脂組成物,但使用任一聚乳酸樹脂也得到與實施例1~3同樣的觸媒失活效果,且
240℃、30分之重量減少率均小於1.0%。又,根據在觸媒失活後,降溫結晶化溫度為120℃以上,結晶化焓(△Hc)也為20J/g以上,可知其耐熱性及結晶化特性均優異。又,關於作為熱特性之參數的(Tm-Tms)/(Tme-Tm)為1.2~1.6。再者,成形品的霧度值小於10%,在拉伸強度或耐衝撃性中顯示良好的機械物性。
實施例11~16中,將聚乳酸樹脂(A)變更為A-6~A-11,並製作聚乳酸樹脂組成物,但使用任一聚乳酸樹脂,在240℃、30分之重量減少率也均小於1.0%。又,根據在觸媒失活後,降溫結晶化溫度為120℃以上,結晶化焓(△Hc)也為20J/g以上,可知其耐熱性及結晶化特性均優異。又,關於作為熱特性之參數的(Tm-Tms)/(Tme-Tm)為1.3~1.9。再者,成形品的霧度值小於15%,在拉伸強度或耐衝撃性中,與實施例1~9相較下較差。
實施例17~20中,將聚乳酸樹脂(A)變更為A-12~A-15,並製作聚乳酸樹脂組成物,但使用任一聚乳酸樹脂,在240℃、30分之重量減少率也均小於1.0%。又,根據觸媒失活後的降溫結晶化溫度為120℃以上,結晶化焓(△Hc)在實施例17,18,20中為20J/g以上,在實施例19為18J/g,可知涉及實施例17~20的聚乳酸樹脂組成物,其耐熱性及結晶化特性均佳。又,關於作為熱特性之參數的(Tm-Tms)/(Tme-Tm)為1.5~1.8。再者,成形品的霧度值小於16%。關於拉伸強度或耐衝撃性,在使用聚乳酸嵌段共聚物的A-13及A-15中顯示優異的機械物性。
實施例21~24中,相對於聚乳酸樹脂A-2,將磷系化合物變更為B-2~B-5,並製作聚乳酸樹脂組成物,但使用任一磷酸金屬鹽之無機化合物也得到觸媒失活效果,且在240℃、30分之重量減少率也均小於1.0%。又,根據在觸媒失活後,降溫結晶化溫度為125℃以上,結晶化焓(△Hc)也為20J/g以上,可知其耐熱性及結晶化特性均優異。又,關於作為熱特性之參數的(Tm-Tms)/(Tme-Tm)為1.3~1.5。再者,成形品的霧度值為10%以下,且在拉伸強度、儲存彈性模數及耐衝撃性中顯示良好的機械物性。
實施例25及實施例26,包含有種種添加量的多官能性化合物C-1作為聚乳酸樹脂組成物,但C-1的添加量越多聚乳酸樹脂組成物的重量平均分子量越有增加的傾向。即使並用多官能化合物也得到觸媒失活效果,且在240℃、30分之重量減少率小於1.0%。又,根據在觸媒失活後,降溫結晶化溫度為130℃以上,結晶化焓(△Hc)也為20J/g以上,可知其耐熱性與結晶化特性均優異。又,關於作為熱特性之參數的(Tm-Tms)/(Tme-Tm)為1.4~1.5。再者,成形品的霧度值為5%以下,且在拉伸強度、儲存彈性模數及耐衝撃性中顯示良好的機械物性。
與實施例1~26同樣地以表4所示之種種的比例,將聚乳酸樹脂(A)、磷系化合物(B)及多官能性化合物(C)預先進行乾式混摻後,以具有通氣孔的雙軸擠製機
進行熔融混煉。在比較例1~7中,也使用前述之雙軸擠製機得到丸粒化的聚乳酸樹脂組成物。利用熔融混煉得到的聚乳酸樹脂組成物之物性係如表4所示。
比較例1中使用重量平均分子量20萬的聚-L-乳酸作為聚乳酸樹脂,利用磷系化合物B-1之添加得到觸媒失活效果,且在240℃、30分之重量減少率為0.7%且良好,但聚乳酸樹脂組成物的熔點僅觀測到源自聚-L-乳酸之168℃,成形品的霧度值為90%且高,與實施例1~15相較下為透明性差的結果。又,關於作為熱特性之參數的(Tm-Tms)/(Tme-Tm)為2.0,與實施例4~9的聚乳酸嵌段共聚物之參數值相較下較高。
比較例2及比較例3,係為相對於100重量份的聚乳酸樹脂A-2添加0.0025重量份及1.5重量份之磷酸金屬鹽的無機化合物B-1者。其結果,在比較例2及比較例3中,在240℃、30分之重量減少率與實施例1~26相較下為較差的結果。再者,在比較例3中,降溫結晶化時的△Hc為3J/g,且結晶化特性與實施例相較下較差。又,比較例3中,雖重量減少率為0.3%且為良好,但成形品的霧度值為15%,與實施例1~26相較下較差。
比較例4,使用有機磷酸酯化合物之B-6:二-十八基磷酸酯(股份有限公司ADEKA製「Adekastab(註冊商標)」AX-71)作為磷系化合物,雖其聚乳酸樹脂組成物的重量減少率為0.6%且得到觸媒失活效果,但在熱特性中,降溫結晶化溫度為110℃,與實施例1~21相較下較低,且關於結晶化焓(△Hc)也僅觀測到3J/g。再者,成形品的霧度值為17%,與實施例1~21相較下為較差的結果。
比較例5,使用有機磷酸酯化合物之磷酸酯鋁鹽(股份有限公司ADEKA製「Adekastab(註冊商標)」NA-21)作為磷系化合物,該聚乳酸樹脂組成物,其降溫結晶化溫度為148℃,結晶化焓(△Hc)為40J/g,且結晶化特性佳,但關於重量減少率為10.8%且高,得不到足夠的觸媒失活效果。另一方面,關於該聚乳酸樹脂組成物之成形品,霧度值為1%且透明性優異,但關於耐衝撃性,與實施例1~15相較下為稍差的結果。
比較例6及比較例7,將聚乳酸樹脂(A)變更為A-12及A-13,並製作聚乳酸樹脂組成物,雖聚乳酸樹脂組成物之重量減少率均小於0.6%且得到觸媒失活效果。但在熱特性中,可知降溫結晶化溫度為110℃及115℃,與實施例1~21相較下較低,結晶化焓(△Hc)也小於5J/g,與實施例相較下,結晶化特性差。又,關於作為熱特性之參數的(Tm-Tms)/(Tme-Tm)各別為2.2與2.1。再者,成形品的霧度值,在比較例6及比較例7中各別為46%及30%且透明性低。
本發明的聚乳酸樹脂組成物、成形體及聚乳酸樹脂組成物之製造方法,因為以高分子量、高熔點熔融滯留時之重量減少率低,降溫時結晶化溫度也高,所以可適當採用於需要耐熱性及結晶化特性的領域。
Claims (16)
- 一種聚乳酸樹脂組成物,係為相對於含有聚-L-乳酸成分與聚-D-乳酸成分的聚乳酸樹脂100重量份,包含下述通式(1)所示之磷酸金屬鹽0.005重量份~1.2重量份的聚乳酸樹脂組成物,在差示掃描熱量測定中,使該聚乳酸樹脂組成物升溫至250℃並成為恆溫狀態3分鐘後,以冷卻速度20℃/min降溫之際的結晶化熱量為5J/g以上;MxHyPOz (1)(在通式(1)中,M表示鹼金屬原子或鹼土金屬原子,x、y、z各別為滿足1≦x≦2、1≦y≦4、2≦z≦8的整數)。
- 如請求項1之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸樹脂含有由將L-乳酸作為主成分的聚-L-乳酸鏈段與將D-乳酸作為主成分的聚-D-乳酸鏈段構成的聚乳酸嵌段共聚物。
- 如請求項1之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸樹脂係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸混合而得者,且為立體錯合物形成率(Sc)滿足下述式(2)的聚乳酸立體錯合物;Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100≧80 (2)在此,△Hh:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的立體錯合物結晶之結晶熔化的熱量(J/g); △Hl:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之結晶熔化的熱量(J/g)。
- 如請求項1之聚乳酸樹脂組成物,其中該磷酸金屬鹽係選自於磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鋰、磷酸二氫鈣、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫鈣、磷酸氫鋇、磷酸氫鎂、亞磷酸氫鈉、亞磷酸鉀、亞磷酸氫鈣、次磷酸鈉、次磷酸鉀、次磷酸鈣中之至少一種。
- 如請求項1之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸樹脂,係相對於該聚乳酸樹脂100重量份,添加多官能性化合物0.01重量份~20重量份而得到。
- 如請求項5之聚乳酸樹脂組成物,其中該多官能性化合物係選自於多元羧酸酐、多元異氰酸酯、多元醇、多元環氧化合物中之至少一種。
- 如請求項1之聚乳酸樹脂組成物,其中在熱重量測定中,將該聚乳酸樹脂組成物於240℃加熱30分鐘後的重量減少率係小於1.0%。
- 如請求項2之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸嵌段共聚物,係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸於下述組合1及/或下述組合2的條件混合,得到重量平均分子量90,000以上,且立體錯合物形成率(Sc)滿足下述式(3)的混合物後,藉由在低於該混合物之熔點的溫度進行固相聚合而得到;(組合1)聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下; (組合2)聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於30;Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100>60 (3)在此,△Hh:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的立體錯合物結晶之結晶熔化的熱量(J/g);△Hl:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之結晶熔化的熱量(J/g)。
- 如請求項2之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸嵌段共聚物,係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸於下述組合3及/或下述組合4的條件混合,得到重量平均分子量90,000以上,且立體錯合物形成率(Sc)滿足下述式(3)的混合物後,藉由在低於該混合物之熔點的溫度進行固相聚合而得到;(組合3)聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上50,000以下;(組合4)聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於30;Sc=△Hh/(△Hl+△Hh)×100>60 (3)在此,△Hh:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的立體錯合物結晶之結晶熔化的熱量(J/g); △Hl:在差示掃描熱量測定中,基於以升溫速度20℃/min升溫之際的聚-L-乳酸單獨結晶及聚-D-乳酸單獨結晶之結晶熔化的熱量(J/g)。
- 如請求項2之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸嵌段共聚物係滿足下述式(4);1<(Tm-Tms)/(Tme-Tm)<1.8 (4)Tm:在差示掃描熱量測定中,在以升溫速度40℃/分升溫之際之190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的源自立體錯合物結晶的熔點;Tms:在差示掃描熱量測定中,在以升溫速度40℃/分升溫之際之190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的立體錯合物結晶之熔化起始溫度;Tme:在差示掃描熱量測定中,在以升溫速度40℃/分升溫之際之190℃以上小於250℃的溫度之間觀測到的立體錯合物結晶之熔化結束溫度。
- 如請求項3之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸立體錯合物,係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸於下述組合5及/或下述組合6的條件混合,且該混合物的重量平均分子量為90,000以上;(組合5)聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上100,000以下;(組合6)聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於30。
- 如請求項3之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸立體錯合物,係將聚-L-乳酸及聚-D-乳酸於下述組合7及/或下述組合8的條件混合,且該混合物的重量平均分子量為90,000以上;(組合7)聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中之任一方的重量平均分子量為60,000以上300,000以下,另一方的重量平均分子量為10,000以上50,000以下;(組合8)聚-L-乳酸的重量平均分子量與聚-D-乳酸的重量平均分子量之比為2以上小於30。
- 如請求項1之聚乳酸樹脂組成物,其中該聚乳酸樹脂的重量平均分子量為100,000以上300,000以下。
- 一種成形體,係包含如請求項1至13中任一項之聚乳酸樹脂組成物。
- 一種聚乳酸樹脂組成物之製造方法,係如請求項2之聚乳酸樹脂組成物之製造方法,得到該聚乳酸嵌段共聚物後,將該磷酸金屬鹽予以熔融混煉。
- 一種聚乳酸樹脂組成物之製造方法,係如請求項3之聚乳酸樹脂組成物之製造方法,得到該聚乳酸立體錯合物後,將該磷酸金屬鹽予以熔融混煉。
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