WO2008032484A1

WO2008032484A1 - Procédé de moulage de résine d'acide polylactique

Info

Publication number: WO2008032484A1
Application number: PCT/JP2007/062399
Authority: WO
Inventors: Akira Isomi; Hiroki Nunose; Daisuke Tabata; Tamao Kojima; Kazutaka Nishikawa; Hiroyuki Naka
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-03-20
Also published as: JP4804482B2; CN101360598B; CN101360598A; JPWO2008032484A1; EP1925420B1; EP1925420A1; EP1925420A4; US20080203599A1

Description

明細書

ポリ乳酸樹脂の成形方法

技術分野

[0001] 本発明は、ポリ乳酸樹脂の成形方法に関するもので、特に透明部分を有する容器やパッケージを製造するためのポリ乳酸樹脂の成形方法に関するものである。背景技術

[0002] 従来、商品の容器やパッケージの材料としては、石油を原料とするポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリ塩ィ匕ビュルなどの樹脂が使用されている。これらの榭脂は化学的に安定であるため、自然環境下においても分解することはなぐ物理的にも化学的にもその形状をほぼ保持したまま残り、廃棄物問題となっている。

[0003] また、石油を原料とする榭脂を焼却処分した場合、もともと地中に埋まっていた炭素を大気中に放出することになり、大気中の二酸ィヒ炭素を増加させ、地球温暖化の問題となっている。

[0004] 近年、これらの環境問題等の観点力生分解性で植物由来の榭脂としてポリ乳酸榭脂が注目を集めている。ポリ乳酸榭脂は、自然環境下で経時的に分解し、堆肥化などによる再資源化が可能である。また、ポリ乳酸榭脂は、焼却した場合でも発生する二酸ィ匕炭素は原料となる植物が、成長する間に光合成により大気中の二酸ィ匕炭素を吸収したものであるため、理論上大気中の二酸ィ匕炭素を増加させることがなぐ地球温暖化対策として有効である。

[0005] ポリ乳酸榭脂は、トウモロコシなどの植物原料の澱粉を分解し、グルコースにした後に発酵させて得られる乳酸を重合させて得られる。ポリ乳酸榭脂は透明性に優れており、機械特性も良好である力耐熱性に劣るという欠点を有している。

[0006] ポリ乳酸榭脂は結晶性榭脂であり、結晶化することにより耐熱性を向上させることができる。し力しながら、ポリ乳酸榭脂は結晶化速度が遅いため、通常の射出成形などによって得られる成形体は結晶化度が低くなりやすぐ耐熱性を改善することができない。 [0007] ポリ乳酸樹脂の結晶化速度および結晶化度を高め、耐熱性を改善する方法として

、結晶核剤を添加する方法が知られている。ポリ乳酸樹脂の結晶核剤としては、タルク (talc)、カオリン (Kaolin)、クレー、シリカ、窒化ホウ素などの無機化合物が開示されている (特許文献 1,特許文献 2を参照)。

[0008] また、ポリ乳酸榭脂に対して、芳香族ポリカーボネート榭脂ゃ添加剤を配合することにより、耐熱性等の特性が改善することが開示されている (特許文献 3を参照)。

[0009] また、ポリ乳酸榭脂を組成の変更や異物の添加を必要とせずに短時間で結晶化させる成形方法として、溶融したポリ乳酸榭脂を射出充填し、再結晶化温度以下まで冷却した後、再結晶化温度以上に加熱して保持し、その後冷却して成形品を取り出す成形方法が開示されてヽる (特許文献 4を参照)。

特許文献 1：特開平 08— 03432号公報

特許文献 2：特開 2005 - 200600公報

特許文献 3 :特開 2006— 182994公報

特許文献 4 :特開 2005— 169925公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] し力しながらポリ乳酸榭脂は耐熱性に劣るため、容器やパッケージに用いた場合、保管時や輸送時に長期間 60°C以上の高温にさらされると、熱変形を受けるといった問題点がある。

[0011] また、ポリ乳酸樹脂の耐熱性を改善するために、無機充填材を添加する方法では、充填材の添加により透明性が低下する問題点があり、透明性と耐熱性が必要な用途では使用することができない。

[0012] また、ポリ乳酸樹脂の耐熱性を改善するために、ポリカーボネート榭脂等を配合する方法では、ポリ乳酸樹脂の生分解性が低下するといつた問題がある。

[0013] また、溶融したポリ乳酸榭脂を射出充填し、再結晶化温度以下まで冷却した後、再結晶化温度以上に加熱して保持し、その後に冷却して成形品を取り出す成形方法では、透明性が低下する問題がある。

[0014] 本発明は、上記従来の問題点に鑑み、耐熱性に優れ、透明部分を有する容器やノッケージを製造することのできるポリ乳酸樹脂の成形方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0015] 本発明の請求項 1記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、金型で形成されたキヤビティ内に溶融したポリ乳酸榭脂を充填し、前記キヤビティに充填されたポリ乳酸樹脂の温度が前記ポリ乳酸樹脂のガラス転移点以上で融点以下の温度の時に、前記キヤビティに充填されたポリ乳酸樹脂に振動を付加し、振動付加の完了後に前記キヤビティ内のポリ乳酸樹脂に保圧を与えることを特徴とする。

[0016] 本発明の請求項 2記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、請求項 1にお、て、前記キャビティに充填されたポリ乳酸樹脂に振動を付加する時の温度が、 100°C以上であり、かつ前記ポリ乳酸樹脂の充填が完了した時点の温度以下であることを特徴とする。

[0017] 本発明の請求項 3記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、請求項 1または請求項 2において、付加する振動の周波数が、 10kHz以上かつ 100kHz以下であることを特徴とする。

[0018] 本発明の請求項 4記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、請求項 1から請求項 3のいずれかにおいて、振動を付加する位置は、キヤビティに充填されたポリ乳酸樹脂の結晶化を促進させる位置であることを特徴とする。

[0019] 本発明の請求項 5記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、請求項 4にお、て、振動を付加する位置は、キヤビティに充填されたポリ乳酸榭脂により成形される成形体の外周壁となる位置であることを特徴とする。

[0020] 本発明の請求項 6記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、請求項 1〜請求項 5の何れかにお!/ヽて、金型のキヤビティを形成する面に結晶核剤を含んだ塗料が形成されていることを特徴とする。

[0021] 本発明の請求項 7記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、請求項 6にお、て、前記結晶核剤は、タルク、カオリン、シリカ、及び窒化ホウ素の何れかであることを特徴とする

[0022] 本発明の請求項 8記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、成形体を成形するキヤビティを形成する面に結晶核剤を含んだ塗料が形成された金型に溶融したポリ乳酸榭脂を充填する工程と、充填された前記ポリ乳酸榭脂を前記金型により保持する工程とからなることを特徴とする。

[0023] 本発明の請求項 9記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、請求項 8にお、て、充填された前記ポリ乳酸榭脂を前記金型により保持する工程は、前記金型に振動を付加しながら保持することを特徴とする。

[0024] 本発明の請求項 10記載のポリ乳酸樹脂の成形方法は、請求項 8または請求項 9において、前記結晶核剤は、タルク、カオリン、シリカ、及び窒化ホウ素の何れかであることを特徴とする。

発明の効果

[0025] 本発明のポリ乳酸樹脂の成形方法によれば、耐熱性に優れ、透明部分を有する容器やパッケージをポリ乳酸樹脂で成形できる。

[0026] また、本発明のポリ乳酸樹脂の成形方法によれば、結晶核剤をポリ乳酸樹脂に添加する場合に比べて、高濃度の結晶核剤を含んだ塗料が金型に形成されていることにより、ポリ乳酸樹脂に高濃度の結晶核剤が接触することで結晶化速度が速められ、成形体を短時間で得ることができる。また成形体の表層部の結晶化度が成形体の中心部の結晶化度より高めることができ、強度、耐熱性を改善した成形体を得られる。図面の簡単な説明

[0027] [図 1A]本発明の実施の形態 1のポリ乳酸樹脂の成形方法の実施に使用する金型の型開状態の断面図

[図 1B]本発明の実施の形態 1のポリ乳酸樹脂の成形方法の実施に使用する金型の型閉状態の断面図

[図 2]実施の形態 1の成形機のブロック図

[図 3]実施の形態 1の成形機のフローチャート

[図 4]実施の形態 1の各工程におけるスクリュ位置、射出圧力、キヤビティ温度の具体例を示す説明図

[図 5]実施の形態 1の成形体と振動子による加振位置を示す斜視図

[図 6]本発明の実施の形態 2におけるポリ乳酸樹脂の成形方法を実施するための成形装置の概略断面図 [図 7]結晶核剤を含んだ塗料を塗布する状態を表した図

[図 8]成形装置内における成形体を図示した概略図

[図 9]実施の形態 2のポリ乳酸樹脂の成形体の断面図

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、本発明のポリ乳酸樹脂の成形方法を、具体的な各実施形態に基づ!、て説明する。

[0029] (実施の形態 1)

図 1は本発明の成形方法の実施に使用する金型を示し、図 1Aは型開状態、図 1B は型閉状態である。

[0030] この金型は、固定金型固定板 1に取り付けた固定金型 2と、可動金型固定板 3に取り付けた可動金型 4とからなり、固定金型 2と可動金型 4との型閉によりキヤビティ 5を形成している。固定金型 2のスプル 6には、キヤビティ 5内に成形用榭脂を射出するためのノズル 7が接続される。固定金型 2および可動金型 4の内部には、キヤビティ 5の周囲に加熱冷却水通路 8が形成されている。

[0031] キヤビティ 5の形状は、図 5に示した成形体 20の成形に必要な形状である。具体的には、ここで成形しょうとする成形体 20の形状は、平面形状が四辺形で、外周壁 20a を有した有底形状であり、底部 20bは透明性が要求されている成形体である。外周壁 20aは底部 20bほどの透明性が要求されて!ヽな、ものである。

[0032] この金型には、温度センサ 9と振動子 12が設けられている。温度センサ 9はキヤビティ 5の面に接して固定金型 2の内部に配置されている。振動子 12は、この振動子 12 に連結されたホーン 11を介してキヤビティ 5の四つの側面に振動を付加できるように、固定金型 2に設置されている。詳しくは、成形体になったときに透明性を必要としない前記外周壁 20aに対応して、ここではホーン 11と振動子 12が周囲の 4個所に配置されている。なお、ホーン 11と振動子 12は、キヤビティ 5の表面に加わる成形圧力に抗して所定位置に設定するよう固定金型 2に固定されて、る。

[0033] 温度センサ 9をここでは固定金型 2に配置して、前記キヤビティ 5に充填されたポリ乳酸樹脂の温度を、間接的にキヤビティ温度として検出したが、可動金型 4に配置したり、固定金型 2と可動金型 4の両方に配置してポリ乳酸樹脂の温度を検出することもできる。温度センサ 9が複数個ある場合には、成形条件によって特定の位置の温度センサ 9の検出値、もしくは平均値を選択して前記キヤビティ 5に充填されたポリ乳酸榭脂の温度とする。

[0034] 図 2はこの金型を使用した成形機の制御装置を示し、温度センサ 9の検出したキヤビティ温度信号は成形制御装置 10へ送信される。成形制御装置 10は、加熱冷却ュニット 15を制御して、前記加熱冷却水路 8に所定温度の加熱水と冷却水とを選択的に流すことによって金型の温度制御を行う。また、成形制御装置 10は、射出ユニット 16を制御して、ポリ乳酸樹脂のキヤビティ 5への必要量の射出ならびに保圧力の制御を行う。詳しくは、射出ユニット 16はポリ乳酸榭脂を溶融して前記ノズル 7からキヤビティ 5内へポリ乳酸榭脂を射出するシリンダ 13と電動式のスクリュ 14を具備しており、シリンダ 13内のスクリュ 14を回転させてポリ乳酸榭脂をスクリュ 14の前部へ送り、成形制御装置 10によって決められた必要量を射出する。また、ポリ乳酸榭脂をキヤビティ 5に充填した後、成形制御装置 10によって決められた保圧力となるようにスクリュ 14 の位置が制御される。振動子 12は振動制御装置 17を介して成形制御装置 10によつて制御されている。

[0035] ポリ乳酸榭脂としては、ポリ（L 乳酸）、ポリ（D 乳酸）、およびこれらの混合物や共重合体を用いることができる。ポリ乳酸樹脂には、生分解性と透明性を低下させない範囲で、一般的に榭脂に使用される酸ィ匕防止剤、衝撃改良剤、帯電防止剤、顔料などの各種添加剤を添加してもよ、。

[0036] ポリ乳酸樹脂の透明性は、非晶状態で厚さ lmmにおけるヘーズが 25%以下であればよぐ好ましくは 20%以下がよい。ヘーズは、 JIS K— 7136に準じて測定されるものであり、小さい値ほど透明性がよい。ヘーズが 25%を超えると、容器の内容物が識別できなくなり好ましくない。

[0037] ポリ乳酸樹脂の結晶化は、融点とガラス転移点の間の温度で進み、溶融したポリ乳酸榭脂を冷却した場合には、 55°C力もポリ乳酸樹脂の融点である 168°Cで結晶化が進行する。また、 100°C〜140°Cの間では結晶化速度が相対的に速くなる。

[0038] タルク等の結晶核剤を添加して結晶化速度を速めた場合においても、 100°C〜14 0°Cでの結晶化速度が相対的に速くなる。ポリ乳酸樹脂の結晶化は、一次結晶核が形成され、その一次結晶核が成長することによって進行する。したがって、 55°C〜16 8°Cの温度でポリ乳酸樹脂の一次結晶核生成を誘起できれば、結晶化速度を速めることができると考えられ、鋭意検討の結果、ポリ乳酸樹脂に 10kHz〜： LOOkHzの振動を加えることにより、結晶化速度が速くなることを見出した。

[0039] ポリ乳酸樹脂に 10kHz〜： LOOkHzの振動をカ卩えることにより、ポリ乳酸榭脂中にキャビテーシヨンが発生し、このキヤビテーシヨンが圧壊する際に一次結晶核の生成が誘起され、結晶化を促進することができると考えられる。

[0040] し力しながら、振動を付加することによりポリ乳酸樹脂の一次結晶核の生成を誘起することができるが、その際にポリ乳酸榭脂中に発生したキヤビテーシヨンが圧壊せずに気泡として残る場合があり、成形体の外観不良となる。特に 168°Cを超える温度で振動を付加した場合に気泡の発生が顕著となる。

[0041] そこで、ポリ乳酸樹脂のガラス転移点 55°C以上から 168°C (ポリ乳酸樹脂の融点）以下の温度の区間において振動を付加し、これが完了した後に保圧力を与えることにより発生した気泡を消滅させることができ、外観不良を低減できる。

[0042] 図 3は成形制御装置 10による成形工程を示して、る。

[0043] 温度センサ 9を介して検出した前記キヤビティ 5に充填されたポリ乳酸樹脂の温度力 5°C〜168°Cの範囲内の所定の温度 TAであることをステップ S1で検出すると、ステップ S2では射出ユニット 16へ射出開始信号を送信してポリ乳酸榭脂を射出する

[0044] ステップ S3では、スクリュ 14を充填完了位置で停止させて充填を完了する。スクリュ 14は振動付加が完了するまで充填完了位置を維持する。

[0045] キヤビティ 5にポリ乳酸樹脂が充填され、キヤビティ温度が一旦上昇した後に、温度センサ 9を介して検出したポリ乳酸榭脂温度が 55°C〜168°C、かつ TA以上の所定の温度 TB以下になったことをステップ S4で検出すると、次いでステップ S5において、振動制御装置 17へ振動付加開始信号を送信する。振動付加工程は、振動付加タイマ一を設定してポリ乳酸樹脂に所定の時間にわたって振動を付加する。このステツプ S4とステップ S5の振動付加の区間のポリ乳酸樹脂の温度は、ポリ乳酸樹脂の充填が完了した時点の温度以下である。 [0046] 振動付加タイマーが設定時間に到達したことをステップ S5で検出すると、ステップ S 6において振動制御装置 17へ振動付加完了信号を送信して、振動付加が完了する

[0047] ステップ S7の保圧工程では、射出ユニット 16へ保圧切換信号を送信し、保圧を開始する。また、保圧タイマーを設定して所定の時間、ポリ乳酸榭脂成形体に保圧を与える。保圧力はスクリュ 14の位置を金型側へ移動させることにより制御する。

[0048] 保圧タイマーが設定時間に到達したことを検出すると、射出ユニット 16へ保圧完了信号を送信して、保圧工程が完了する。

[0049] ステップ S8の冷却工程では、加熱冷却ユニット 15へ加熱冷却切換信号を送信し、金型の加熱冷却通水路へ送っていた加熱水を冷却水に置換して冷却を開始する。

[0050] キヤビティ温度が低下し、温度センサ 9によるキヤビティ検出温度が、ポリ乳酸榭脂のガラス転位点以下の所定の温度 TC以下になったことをステップ S9で検出すると、ステップ S10において金型開閉ユニット 18へ信号を送信し、金型の型開き、成形体の取り出しを実行する。

[0051] 成形体の取り出しが完了すると、金型の加熱冷却水路 8へ送って、た冷却水をステップ S 11にお、て加熱水に置換して加熱を開始し、上記の各工程が繰り返される。

[0052] 次に、本発明のポリ乳酸樹脂の成形方法のより具体的な実施例と、それと対比するための比較例について説明する。

[0053] (実施例）

図 4は実施例の各工程におけるスクリュ位置、射出圧力、キヤビティ温度の例を示す。

[0054] ポリ乳酸樹脂で、縦 100mm、横 60mm、深さ 10mmで厚さ lmmの容器を作成した。ポリ乳酸榭脂としてポリ（L—乳酸)を用い、融点は 168°C、ガラス転移点は 55°C であった。金型の加熱冷却水路 8に加熱水を供給して、キヤビティ温度 TAを 120°C にし、 190°Cで溶融した榭脂をキヤビティ 5に充填し、スクリュ 14を充填完了位置に維持した。キヤビティ温度が TB= 140°Cまで下がったときに、振動の付加を開始した。キヤビティ温度を 140°C〜 120°Cに保持した状態で、振動子 12を 30kHzで振動させ、前記成形体 20となったときの外周壁 20aに対応する位置に 3分間振動を加えた。振動子 12を停止し、保圧工程に切り換えてポリ乳酸樹脂に保圧力を与え、金型の加熱冷却水路 8への加熱水の供給を停止して、冷却水を供給した。キヤビティ温度が 4

0°Cになったところで、成形体 20を取り出した。

[0055] 得られた成形体 20の耐熱性試験を行った。 65°Cの恒温槽に 24時間保持した後、成形体 20の変形量を測定した。成形体 20の縦、横、深さ方向の変形量は 5%未満であり、良好な耐熱性を示した。

[0056] また、成形体 20の透明性は、底部 20bのヘーズが 14%、外周壁 20aのヘーズは 3

5%であり、底部 20bの透明性は良好であった。

[0057] 前述した本発明の実施例と対比させるために行った実験結果を比較例として示す

[0058] (比較例）

この比較例では、実施例と同様にポリ乳酸樹脂で、縦 100mm、横 60mm、深さ 10 mmで厚さ lmmの容器を作成した。ポリ乳酸榭脂としてポリ（L—乳酸)を用いた。

[0059] 金型の加熱冷却水路 8に冷却水を供給して、キヤビティ温度を 40°Cにし、 190°Cで溶融した榭脂を、キヤビティ 5に充填後、保圧工程に切り換え、キヤビティ温度力 0

°Cになったところで、成形体 20を取り出した。

[0060] 得られた成形体 20の耐熱性試験を行った。 65°Cの恒温槽に 24時間保持した後、成形体 20の変形量を測定した。成形体 20の縦、横、深さ方向の変形量は 5%以上であり、耐熱性に劣っていた。また、成形体 20の透明性は、底部 20bのヘーズが 10

%、外周壁 20aのヘーズは 10%であり、底部 20b、外周壁 20aともに透明性は良好であった。

[0061] なお、振動子 12がホーン 11を介してポリ乳酸樹脂に振動を付加する位置は、外周壁 20aであったが、成形体 20となったときに透明性を要求されて!、な!/、位置であって、キヤビティに充填されたポリ乳酸樹脂の結晶化を促進させる位置は外周壁 20aには限定されない。

[0062] (実施の形態 2)

図 6は、本発明の実施の形態 2におけるポリ乳酸樹脂の成形方法を実施するための成形装置の概略断面図である。 [0063] この成形装置は、固定金型 2と、可動金型 4、スプル 6、キヤビティ 5、振動子 12を有している。振動子 12は、 10Hz〜60KHzの振動を可動金型 4に付与することができる。固定金型 2のスプル 6には、キヤビティ 5内に成形用榭脂を射出するための射出機構が接続される（図示なし)。固定金型 2と可動金型 4には、キヤビティ 5内に射出された榭脂の温度を結晶化温度に保持し、固定金型 2、可動金型 4から取り出すために冷却するための温度可変手段（図示なし)を設けることができる。温度可変手段として、固定金型 2と可動金型 4に加熱用のヒーターや冷却媒体を流す流路などを設けることがでさる。

[0064] 次に、図 6に示した成形装置を用いて本発明の実施の形態 2におけるポリ乳酸榭脂の成形方法について、図 7,図 8を参照して説明する。

[0065] 本発明の実施の形態 2におけるポリ乳酸榭脂は、環境問題の観点力見れば好ましいものと思われる結晶性榭脂のひとつである植物由来榭脂である。成形体に用いるポリ乳酸樹脂には、結晶核剤、無機充填剤、難燃剤、その他に一般的に榭脂に使用される酸化防止剤、衝撃改良剤、帯電防止剤、顔料などの各種添加剤を添加してもよい。結晶核剤としては、タルク、カオリン、シリカ、窒化ホウ素などの無機化合物、ケィ酸塩鉱物からなるクレーなどの無機化鉱物、特定のアミド化合物、ソルビトール誘導体、リン酸エステル金属塩、メラミンィ匕合物塩などを用いることができる。

[0066] 図 7は、結晶核剤を含んだ塗料を塗布する状態を表した図であり、固定金型 2、可動金型 4の溶融した結晶性榭脂と接触する面に、結晶核剤を含んだ塗料 21をスプレ一ノズル 22で吹き付けて塗布する。

[0067] この塗料 21は、少なくとも結晶核剤とバインダ榭脂と溶剤を含むものである。前述と同じく結晶核剤としては、タルク、カオリン、シリカ、窒化ホウ素などの無機化合物、ケィ酸塩鉱物からなるクレーなどの無機化鉱物、特定のアミドィ匕合物、ソルビトール誘導体、リン酸エステル金属塩、メラミンィ匕合物塩などを用いることができる。ノインダ榭脂にも前述のポリ乳酸榭脂を用いることができる。この塗料 21は、結晶核剤にバインダ榭脂を混合し、溶剤に溶解もしくは分散して用いることができる。バインダ榭脂は、結晶核剤を固定金型 2および可動金型 4の各々の溶融したポリ乳酸樹脂と接触する各面に付着させる役割を果たす。スプレーノズル 22で吹き付けた結晶核剤を含んだ塗料 21の塗布厚みは、結晶核剤とバインダ榭脂と溶剤の混合割合により異なるが、例えばタルク 10wt%、ポリ乳酸榭脂 10wt%、メチルェチルケトン 45wt%、トルエン 35wt%で混合した場合に 0. 015〜1. Ommが望ましい。この塗布厚みは、溶剤等の揮発成分が蒸発した状態で 0. 005-0. 2mmとなる。 0. 005mmより薄い場合は、結晶核剤が塗布できない部分が生じる。また、 0. 2mmを超えるとそれ以上の塗膜の付着が困難となり厚みが不均一となる。

[0068] 次に固定金型 2、可動金型 4を加熱し、結晶化温度に保たれるように、温度可変手段により制御する。結晶化温度は、ポリ乳酸樹脂の融点以下かつガラス転移点以上の温度の間で設定することができる。ポリ乳酸榭脂では、 60°Cから 160°Cの間で設定され、保持時間を短時間で行うためには、結晶化が速く進行する 80°Cから 140°C の間で設定するのが好ま、。

[0069] 次に、固定金型 2、可動金型 4を型閉めして、キヤビティ 5に溶融したポリ乳酸榭脂を射出する。ポリ乳酸榭脂では 170〜260°Cで溶融され、射出することができる。キヤビティ 5に充填された溶融したポリ乳酸榭脂は、結晶化温度まで温度が低下する。そして、所定の時間で、ポリ乳酸榭脂を結晶化温度に保持する。ポリ乳酸榭脂は固定金型 2、可動金型 4に塗布された塗料 21と接触することにより、表層部 23の結晶化が、中心部 24よりも速く進行する。このとき、塗料 21は成形体 20の表層部 23に取り込まれる。図 8は、成形装置内における成形体 20を図示した概略図である。

[0070] 以上より、ポリ乳酸樹脂に高濃度の結晶核剤が接触することで結晶化速度が速められ、成形体を短時間で得ることができる。

[0071] また、ポリ乳酸榭脂を結晶化温度に保持する際に、振動子 12を用いて 10kHz〜6 OkHzの振動を可動金型 4に付与し、その振動が可動金型 4を通してポリ乳酸樹脂に伝わることが考えられるため、多数の結晶が発生し、結晶化がより促進される。振動の付与は、少なくともポリ乳酸榭脂を結晶化温度で保持する間に行うのが好ましいが、ポリ乳酸榭脂をキヤビティ 5に射出する工程や、結晶化温度で保持した後の冷却ェ程にぉ、ても振動を付与してぉ、ても良、。可動金型 4に振動を付与することにより、その振動がキヤビティ 5内のポリ乳酸樹脂に伝わることが考えられるため、より結晶化が促進され、結晶化速度が速められ、成形体を短時間で得ることができる。 [0072] その後、固定金型 2、可動金型 4を室温付近まで冷却して成形体 20を取り出す。個のようにして取り出された成形体 20は、表層部 23の結晶化度が中心部 24の結晶化度より高くなり、強度、耐熱性を改善したポリ乳酸樹脂の成形体 20が得られる。

[0073] 図 9は、本発明のポリ乳酸樹脂の成形方法により成形されたポリ乳酸樹脂の成形体 20の断面図である。成形体 20は、製品毎に種々の形状のものがあるが、主要な部分の肉厚は l〜5mmの範囲にあり、図 9はその一例として板状の成形体 20を示している。図 9において、 23は表層部、 24は中心部である。表層部 23は、成形体 20の表面から 0. 3mm程度の深さであり、中心部 24は表層部 23の内側の部分である。

[0074] 表層部 23の結晶化度は中心部 24の結晶化度よりも相対的に高ぐ表層部 23から中心部 24へ段階的もしくは傾斜的に結晶化度が変化していてもよい。表層部 23と中心部 24の結晶化度は、それぞれのサンプルを採取し、示差熱分析計 (DSC)を用いて、サンプルを窒素雰囲気下で 10°CZ分の昇温条件で 20°Cから 200°Cまで昇温し、昇温結晶化熱量と結晶融解熱量を測定する。結晶化度は、昇温結晶化熱量の絶対値 Aと結晶融解熱量の絶対値 B、およびポリ乳酸樹脂の理論結晶融解熱量の 93. UZgから、次式で算出できる。

[0075] 結晶化度（％) = (B— A) Z93. 1 X 100

ポリ乳酸榭脂は結晶化することにより、強度や耐熱性が向上するとともに収縮が生じる。表層部 23の結晶化度が中心部 24の結晶化度より高いことにより、表層部 23は中心部 24より収縮が大きくなり、圧縮応力が働くため、成形体 20の強度、耐熱性が向上する。表層部 23の結晶化度は 15%以上が好ましぐ中心部 24の結晶化度は表層部 23よりも 5%以上低、ことが好ま、。

[0076] 以下、実施の形態 2の好ましい実施例を説明する。

[0077] まず、タルク 10wt%、ポリ乳酸榭脂 10wt%、メチルェチルケトン 45wt%、トルエン 35wt%を十分に混合し、固定金型 2、可動金型 4に塗布するための結晶核剤であるタルクを含んだ塗料を作成した。固定金型 2、可動金型 4のキヤビティ 5を構成する面に結晶核剤を含んだ塗料をスプレーノズル 22から噴霧しながら、このスプレーノズル 22を一定の速度で移動させながら、 0. 05-0. 15mmの厚みになるまで塗布した。このとき、キヤビティ 5でない部分には、マスクとなる板を配置し、結晶核剤を含んだ塗料が付着しないようにした。固定金型 2、可動金型 4を 115°Cに加熱して、塗液にした結晶核剤に含まれるメチルェチルケトンとトルエンを蒸発させた。別途、塗布した塗膜の厚みを測定したところ厚みの分布は 0. 01〜0. 03mmとなっていた。 115°Cに温度を保持した固定金型 2、可動金型 4を型閉めして、ポリ乳酸樹脂に結晶核剤としてタルク 2wt%を混合した榭脂を 200°Cで溶融させ、キヤビティ 5に射出した。 30秒間 115°Cに保持した後、固定金型 2、可動金型 4を 50°Cまで冷却し、固定金型 2、可動金型 4を型開きして長さ 80mm、幅 10mm、厚み 4mmの形状の成形品を取り出した。ここで取り出した成形品を成形品 Aと呼ぶ。

[0078] 成开品 Aは、 ASTM (米国材料試験協会； American Society for Testing and Mater ials)で規定される曲げ強度は 90MPaであった。低荷重下（0. 45MPa)の荷重たわみ温度は 65°Cであった。成形体 20の表面から 0. 2〜0. 3mmの深さの表層部での結晶化度は 43%であり、表面から l〜2mmの深さの中心部は 30%であった。

[0079] また次に、タルク 10wt%、ポリ乳酸榭脂 10wt%、メチルェチルケトン 45wt%、トルェン 35wt%を十分に混合し、固定金型 2、可動金型 4に塗布するための結晶核剤であるタルクを含んだ塗料を作成した。固定金型 2、可動金型 4のキヤビティ 5となる面に結晶核剤を含んだ塗料 21をスプレーノズル 22から噴霧しながら、このスプレーノズル 22を一定の速度で移動させながら、 0. 05-0. 15mmの厚みになるまで塗布した。このとき、キヤビティ 5でない部分には、マスクとなる板を配置し、結晶核剤を含んだ塗料が付着しないようにした。固定金型 2、可動金型 4を 115°Cに加熱して、結晶核剤を含んだ塗料に含まれるメチルェチルケトンとトルエンを蒸発させた。別途、塗布した塗膜の厚みを測定したところ厚みの分布は 0. 01〜0. 03mmとなっていた。 115 °Cに温度を保持した固定金型 2、可動金型 4を型閉めして、ポリ乳酸樹脂に結晶核剤としてタルク 2wt%を混合した榭脂を 200°Cで溶融させ、キヤビティ 5に射出した。振動子 12を用いて、 30kHzの振動を可動金型 4に付与しながら 30秒間 115°Cに保持した後、固定金型 2、可動金型 4を 50°Cまで冷却し、固定金型 2、可動金型 4を型開きして長さ 80mm、幅 10mm、厚み 4mmの形状の成形品を取り出した。ここで取り出した成形品を成形品 Bと呼ぶ。

[0080] 成形品 Bは、 ASTMで規定される曲げ強度は 95MPaであった。高荷重下（1. 8M Pa)の荷重たわみ温度は 70°Cであった。成形体 20の表面から 0. 2〜0. 3mmの深さの表層部での結晶化度は 51%であり、表面から l〜2mmの深さの中心部は 42% であった。

[0081] また次に、 115°Cに温度を保持した固定金型 2、可動金型 4を型閉めして、ポリ乳酸榭脂に結晶核剤としてタルク 2wt%を混合した榭脂を 200°Cで溶融させ、キヤビティ 5に射出した。 30秒間 115°Cに保持した後、固定金型 2、可動金型 4を 50°Cまで冷却し、固定金型 2、可動金型 4を型開きして長さ 80mm、幅 10mm、厚み 4mmの形状の成形品を取り出した。ここで取り出した成形品を成形品 Cと呼ぶ。

[0082] 成形品 Cは、 ASTMで規定される曲げ強度は 75MPaであった。高荷重下（1. 8M Pa)の荷重たわみ温度は 55°Cであった。成形体 20の表面から 0. 2〜0. 3mmの深さの表層部 23での結晶化度は 5%であり、表面から l〜2mmの深さの中心部は 5% であった。

[0083] また次に、 115°Cに温度を保持した固定金型 2、可動金型 4を型閉めして、ポリ乳酸榭脂に結晶核剤としてタルク 2wt%を混合した榭脂を 200°Cで溶融させ、キヤビティ 5に射出した。 60秒間 115°Cに保持した後、固定金型 2、可動金型 4を 50°Cまで冷却し、固定金型 2、可動金型 4を型開きして長さ 80mm、幅 10mm、厚み 4mmの形状の成形品 20を取り出した。ここで取り出した成形品を成形品 Dと呼ぶ。

[0084] 成形品 Dは、 ASTMで規定される曲げ強度は 80MPaであった。高荷重下（1. 8M Pa)の荷重たわみ温度は 60°Cであった。成形体 20の表面から 0. 2〜0. 3mmの深さの表層部 23での結晶化度は 30%であり、表面から l〜2mmの深さの中心部 24は 30%であった。

[0085] 最後に、 115°Cに温度を保持した固定金型 2、可動金型 4を型閉めして、ポリ乳酸榭脂に結晶核剤としてタルク 2wt%を混合した榭脂を 200°Cで溶融させ、キヤビティ 5に射出した。振動子 12を用いて、 30kHzの振動を可動金型 4に付与しながら 30秒間 115°Cに保持した後、固定金型 2、可動金型 4を 50°Cまで冷却し、固定金型 2、可動金型 4を型開きして長さ 80mm、幅 10mm、厚み 4mmの形状の成形品 20を取り出した。ここで取り出した成形品を成形品 Eと呼ぶ。

[0086] 成形品 Eは、 ASTMで規定される曲げ強度は 85MPaであった。高荷重下（1. 8M Pa)の荷重たわみ温度は 63°Cであった。成形体 20の表面から 0. 2〜0. 3mmの深さの表層部 23での結晶化度は 41%であり、表面から l〜2mmの深さの中心部 24は 41%であった。

[0087] 下記の表 1に成形品 A〜Eの成形条件と得られた成形体 20の表層部 23および中心部 24の結晶化度を示す。

[0088] また、成形体 20の強度、耐熱性が高!、成形体であるかを判定するため、成形品 A

〜Eにおいて、表層部 23と中心部 24の結晶化度が 15%以上のもの、もしくは、表層部 23の結晶化度が 15%以上、中心部 24の結晶化度が表層部 23よりも 5%以上低

V、ものを好ま、成形品として判定した。

(表 1 )

[0089] この表 1から、好まし、成形品を得られたのは、成形品 Aと成形品 Bと成形品 Dと成形品 Eであることがわかる。し力しながら、成形品 Dでは、保持時間が他の好ましい成形品よりも長くなるため成形品の生産性が低下してしまう。また、成形品 Aと成形品 B とを比較すると、出来上がった成形体 20の結晶化度が高い成形品 Bには、その成形条件において金型に振動を付与していることが異なり、このことより、金型に振動を加えることがポリ乳酸樹脂の結晶化をより促進していることがわ力る。

[0090] 以上より好ま、成形品を短時間に得る成形方法としては、成形品 Aと成形品 Bと成形品 Eを得る成形方法が好ましいことがわかる。 [0091] 以上より本発明を採用することによって、強度や耐熱性が高いポリ乳酸樹脂の成形体を、短時間で成形加工することが可能となった。

産業上の利用可能性

[0092] 本発明は、ポリ乳酸榭脂による各種の成形体の成形を可能とすることができ、社会的問題となっている廃棄物問題、地球温暖化の解決に寄与できる。

Claims

請求の範囲

[1] 金型で形成されたキヤビティ内に溶融したポリ乳酸榭脂を充填し、

前記キヤビティに充填されたポリ乳酸樹脂の温度が前記ポリ乳酸樹脂のガラス転移点以上で融点以下の温度の時に、前記キヤビティに充填されたポリ乳酸樹脂に振動を付加し、

振動付加の完了後に前記キヤビティ内のポリ乳酸樹脂に保圧を与えるポリ乳酸樹脂の成形方法。

[2] 前記キヤビティに充填されたポリ乳酸樹脂に振動を付加する時の温度力 100°C以上であり、かつ前記ポリ乳酸榭脂の充填が完了した時点の温度以下である請求項 1記載のポリ乳酸樹脂の成形方法。

[3] 付加する振動の周波数が、 10kHz以上かつ 100kHz以下である

請求項 1または請求項 2に記載のポリ乳酸樹脂の成形方法。

[4] 振動を付加する位置は、キヤビティに充填されたポリ乳酸樹脂の結晶化を促進させる位置である

請求項 1から請求項 3のいずれかに記載のポリ乳酸樹脂の成形方法。

[5] 振動を付加する位置は、キヤビティに充填されたポリ乳酸榭脂により成形される成形体の外周壁となる位置である

請求項 4記載のポリ乳酸樹脂の成形方法。

[6] 金型のキヤビティを形成する面に結晶核剤を含んだ塗料が形成されてヽる

請求項 1から請求項 5のいずれかに記載のポリ乳酸樹脂の成形方法。

[7] 前記結晶核剤は、タルク、カオリン、シリカ、及び窒化ホウ素の何れかである

請求項 6記載のポリ乳酸樹脂の成形方法。

[8] 成形体を成形するキヤビティを形成する面に結晶核剤を含んだ塗料が形成された金型に溶融したポリ乳酸榭脂を充填する工程と、

充填された前記ポリ乳酸榭脂を前記金型により保持する工程力なる

ポリ乳酸樹脂の成形方法。

[9] 充填された前記ポリ乳酸榭脂を前記金型により保持する工程は、前記金型に振動を付加しながら保持する求項 8記載のポリ乳酸樹脂の成形方法。

前記結晶核剤は、タルク、カオリン、シリカ、及び窒化ホウ素の何れかである求項 8または請求項 9に記載のポリ乳酸榭脂の成形方法。