WO2010134454A1 - ポリ乳酸樹脂組成物およびフィルム - Google Patents

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WO2010134454A1
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polylactic acid
film
resin composition
temperature
sheet
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敏之 清水
敏文 雲林院
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東洋紡績株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a polylactic acid resin composition and film, which can be used at higher temperatures than conventional polylactic acid films, has excellent processability such as printing, and has excellent transparency, etc.
  • the present invention provides a polylactic acid film useful not only as a material but also as an industrial material.
  • a stereocomplex is a crystal in which a poly-L-lactic acid (hereinafter abbreviated as PLLA) segment and a poly-D-lactic acid (hereinafter abbreviated as PDLA) segment, which are optical isomers, are packed one-to-one.
  • PLLA poly-L-lactic acid
  • PDLA poly-D-lactic acid
  • the melting point of single or PDLA alone can be improved by about 50 ° C.
  • the stereocomplexization improves the mechanical properties, solvent resistance, and gas barrier properties, and each company is currently examining them.
  • PLLA and PDLA are block-polymerized (Patent Document 1), the molecular weight of one polylactic acid resin is reduced to improve the efficiency of stereocomplexation (Patent Document 2), and the molecular weight is low.
  • Patent Document 3 solid-phase polymerization is performed (Patent Document 3), and other components are copolymerized with one polylactic acid to improve miscibility with the other polylactic acid (Patent Document 4).
  • heat treatment at a specific temperature Patent Document 5 is proposed for making a stereo complex.
  • stereocomplex polylactic acid is heated once to about 250 ° C, which is higher than the melting point of polylactic acid resin (140-170 ° C), and then the polylactic acid crystal is melted and then rapidly cooled to obtain the molded product
  • the stereocomplex crystals in the resin could not be completely melted, or breakage occurred due to a decrease in stretchability due to the stereocomplex crystals in a process such as stretching, and a stretched film could not be obtained.
  • the molded product can be stretched by raising the temperature to 280 ° C or higher, at which the stereocomplex polylactic acid crystal is sufficiently melted, and quenching the melted whole crystal, but this time the melting point of the resin obtained is The temperature is much lower than the melting point of the original stereocomplex crystal. It has been pointed out that the stereo complex is difficult to be formed again due to the melting state of the stereo complex crystal determined by the melting temperature and the melting time (Non-patent Document 1), and the stereo complex crystal is once melted. This is considered to be because homocrystals of PLLA and PDLA, which are preferential crystal species, are formed first. Thus, at present, there is no industrially compatible method of molding processability and recombination efficiency of stereocomplex polylactic acid crystals after remelting.
  • the production of a stereo complex is a method using a cast film from a solution, which is not suitable for industrial production in large quantities or is performed at a low temperature of about 250 ° C. Even if it was obtained by melting, the melting point was lowered or a sufficient stereocomplex was not obtained.
  • a stereocomplex body is difficult to form simply by melt blending PLLA and PDLA. Moreover, when knead
  • a method such as block polymerization or lowering the molecular weight of one side tends to cause stereocomplex re-formation at the time of remelting, but it cannot suppress a melting point decrease due to transesterification.
  • stereocomplex PLA is easily re-formed even when a molded product is formed by melt molding at a high temperature as compared with the prior art, and the melting point is lowered by transesterification at the time of re-melting.
  • An object of the present invention is to provide a polylactic acid resin composition useful as a molding material or a packaging material capable of obtaining a polylactic acid molded product in which the above is suppressed. Further, the present invention is intended to provide a polylactic acid film that can be used at high temperatures and is excellent in various processing suitability and transparency.
  • the inventors of the present invention divided the PLLA melt layer and the PDLA melt layer into thin layers, and alternately stacked a large number of them to increase the contact area between them. I found out that it is possible.
  • the obtained polylactic acid has a high melting point and has a feature that the efficiency of re-forming a stereocomplex crystal is very high even after melting at a high temperature of 280 ° C., which could not be expected in the past.
  • the present inventors have found that the obtained polylactic acid can provide a polylactic acid molded article having various excellent properties that have never been obtained when used in various melt moldings.
  • this invention consists of the following structures.
  • the resin composition (d) has a single layer thickness of 0.01 to 2.5 ⁇ m, and (l) and (d) are alternately laminated. In the DSC measurement with a 10 mg sample, the melting point peak is 210 ° C. or higher.
  • Polylactic acid resin characterized in that it is heated to 280 ° C, held for 3 minutes, immediately cooled, and then melt energy is 60 J / g or more in DSC measurement at a heating rate of 20 ° C per minute Composition.
  • the polylactic acid resin composition according to the first aspect wherein the resin composition (l) and the resin composition (d) are alternately laminated by passing through a static mixer or a multilayer feed block.
  • a polylactic acid resin stretched film formed by using the polylactic acid resin composition according to the first or second aspect above, being heated to 280 ° C. or higher and then rapidly cooled, and then stretched in at least one direction.
  • the present invention is a polylactic acid resin composition that has a high melting point even after heat-melt molding at 280 ° C., and can maintain high stereocomplex formation efficiency after molding, and the molded product is excellent In addition to heat resistance, it exhibits various properties as a stereocomplex molded product such as excellent mechanical properties, solvent resistance, and gas barrier properties. In particular, in the case of a film, the film is excellent in various processing aptitudes in which the printing pitch deviation derived from transparency and high heat resistance is suppressed. Further, in the method of the present invention, it is preferable that PLLA and PDLA are divided into thin layers and then stereocomplexed.
  • the feature of the present application is that the efficiency of re-forming a stereocomplex crystal is very high even after melting at a high temperature of 280 ° C.
  • a stereocomplex is formed at the interface, and after remelting the stereocomplex is divided into PLLA and PDLA, the resin is arranged in layers, so the contact area between the two is sufficiently large. It seems that crystals are difficult to form and the stereocomplex is likely to re-form.
  • it is easily reformed there is no need for excessive heating and the like, and thus the transesterification reaction is suppressed, and the decrease in the melting point of the stereocomplex is considered to be suppressed.
  • the polylactic acid resin used in the present invention comprises a poly-L-lactic acid resin (l) having an L-form content of 90 to 100% and a poly-D-lactic acid resin (d) having a D-form content of 90 to 100%.
  • these resins can be easily obtained by melt ring-opening polymerization from lactide as a raw material.
  • a commercially available polylactic acid resin Nature Works Works Nature Polymer, Kaisho Biomaterials Levoda, Mitsui Chemicals L-Lacia, Purac polylactic acid resin can be used, Musashino Chemical Laboratory, Purac It is possible to obtain a polymer from the raw material using lactide.
  • either the above (l) or (d) preferably has a polystyrene equivalent weight average molecular weight in the range of 100,000 to 300,000, more preferably 100,000 to It is preferably 250,000, more preferably 100,000 to 200,000.
  • both (l) and (d) are less than 100,000, the resin becomes very brittle, which is not preferable.
  • both (l) and (d) exceed 300,000, the melt viscosity becomes high and workability such as melt moldability is lowered, which is not preferable.
  • the glass transition temperature is preferably in the range of 40 to 70 ° C. If it is less than 40 ° C., the optical purity is low, which is not preferable for stereocomplex formation.
  • the melting point is preferably in the range of 120 to 170 ° C. If it is less than 120 ° C., the optical purity is low, which is not preferable for stereocomplex formation.
  • a lubricant for each layer mainly composed of (l) and (d), a lubricant, an antistatic agent, a concealing agent, a melt viscosity increasing agent, an adhesiveness imparting agent, a barrier property imparting agent, an antioxidant, and thermal stability.
  • Various additives such as an imparting agent, a plasticizer, and a crystal nucleating agent can be added.
  • these resins When the temperature exceeds 200 ° C., these resins are not melted during the melting of the polylactic acid resin, which causes an appearance defect.
  • the amount of these additives is appropriately adjusted to achieve the target characteristics, but is preferably in the range of 0 to 10% by weight. If it exceeds 10% by weight, it is not preferable because various properties are deteriorated and stereocomplexation is inhibited.
  • the lamination method can be obtained by laminating a resin sheet composed of the resin layer (L) and the resin layer (D), and by a method such as heating / rolling, and a static mixer method or a multilayer feed block method can be used. From the above, the latter static mixer method, the feed block method and a combination of both are suitable.
  • the sheet before heating and rolling can be formed into a sheet by a usual method.
  • a melt extrusion method a melt press method, a calendar method, The solution cast method etc. are mentioned.
  • the melting temperature is preferably in the temperature range of 160 to 250 ° C, more preferably in the range of 170 to 240 ° C.
  • a melting temperature of less than 160 ° C. is not preferable because the melt viscosity is too high. Further, if it is 250 ° C. or higher, thermal decomposition of the polylactic acid resin may occur, which is not preferable.
  • a solvent having a boiling point of 20 to 200 ° C. or less is preferable, and examples thereof include chloroform and tetrachloromethane. Can be mentioned.
  • a solvent remains, and its use may be limited. Therefore, a method that does not include a solvent, such as a melting method or a calendar method, is preferable.
  • the thickness of the sheet before lamination is preferably in the range of 0.1 to 100 ⁇ m, more preferably in the range of 1 to 10 ⁇ m. If it is 0.1 ⁇ m or less, handling becomes difficult due to wrinkles.
  • the obtained sheet is rolled after alternately laminating PLLA and PDLA sheets, raising the temperature of the sheet to the melting point or higher by heating.
  • the thickness of the sheet before rolling and the number of stacked layers at the time of rolling are preferably determined in consideration of the thickness of the layer when performing stereocomplexing and the thickness of the sheet after rolling.
  • the thickness after rolling is preferably in the range of 1 to 1000 ⁇ m. Specifically, five sheets each of 100 ⁇ m PLLA and PDLA are prepared, and these are alternately stacked and rolled at 180 ° C.
  • the press temperature in the final pressing step is 260 ° C. or higher, preferably 270 ° C. or higher, more preferably 275 ° C. or higher, particularly preferably 280 ° C. or higher.
  • the upper limit of the pressing temperature is preferably 350 ° C., more preferably 330 ° C. or less. If it exceeds 350 ° C, thermal degradation such as decomposition tends to occur, which is not preferable.
  • the rapid cooling in the present invention refers to cooling in a state where the crystallinity is maintained at 30% or less when the melt is cooled to a temperature not higher than the glass transition temperature, specifically to liquid nitrogen. Although it is possible to cool at a cooling rate of 200 ° C./min or higher by dipping or pressure bonding to a cooling roll, it is not limited thereto.
  • the same production can be performed using a static mixer or a multilayer feed block.
  • PLLA and PDLA are supplied to two extruders, melted, and a long sheet with a multilayer structure in which PLLA and PDLA are alternately laminated using a static mixer or multilayer feed block is easily and shortly processed. It is made in time.
  • Advantages of these methods include that a long sheet can be obtained and that the weight ratio between the two is easily controlled, and that the melting point is lower than that of a normal blend. In this case, when ordinary PLLA and PDLA pellets are blended and fed to an extruder, a transesterification reaction occurs, and a phenomenon that the melting point of the resulting stereocomplex is lowered is observed.
  • the resin compositions constituting the polylactic acid resins (l) and (d) (other additives as necessary) are supplied to separate extruders and extruded at a temperature equal to or higher than the melting temperature. Specifically, a range of 140 to 250 ° C. is preferable.
  • the melting temperature is preferably 5 ° C. or lower than the decomposition start temperature.
  • polylactic acid tends to be decomposed at 250 ° C. or higher, so care must be taken.
  • the above two melts are preferably divided into 0.01 to 2.5 ⁇ m layers using a static mixer or a multilayer feed block, and the layers are preferably laminated alternately. Dividing the layers and increasing the contact area of both polymers is important in terms of increasing the efficiency of stereocomplexation.
  • the thickness of the divided layer is preferably 0.02 to 2 ⁇ m, more preferably 0.02 to 1 ⁇ m. In order to make the layer thinner than 0.01 ⁇ m, this is the same as the fact that PLLA and PDLA are substantially melt-mixed, and the melting point of the stereo complex is lowered, which is not preferable. Moreover, if the layer is thicker than 2.5 ⁇ m, the efficiency of stereocomplexation is poor, and crystals of PLLA and PDLA alone are easily generated, which is not preferable.
  • the resin layer mainly composed of the polylactic acid resins (l) and (d) has a difference in melting temperature at the time of lamination of 0 to 30 ° C., preferably 0 to 20 ° C., more preferably 0 to 10 ° C. .
  • the difference in melt viscosity at the time of lamination is within 30 times, preferably within 20 times, more preferably within 10 times the estimated shear rate in the die, thereby suppressing the appearance and unevenness during lamination. It becomes possible.
  • the addition of the aforementioned polyfunctional compound can be used.
  • the feed block temperature is preferably in the range of 160 to 300 ° C, preferably 170 to 290 ° C, more preferably 180 to 280 ° C. When the feed block temperature is low, the melt viscosity becomes too high and the load on the extruder becomes too large. When the temperature is high, the melt viscosity difference becomes large and unevenness occurs, which is not preferable in terms of stereocomplexization.
  • the polylactic acid resin of the present invention is preferably heat-treated after being laminated by the above method.
  • the heat treatment temperature is preferably in the range of 230 to 300 ° C, preferably 235 to 295 ° C, more preferably 235 to 290 ° C.
  • the content of the stereocomplex crystal is small. This can be confirmed from the melting energy amount of the stereocomplex crystal using DSC.
  • the obtained laminate is preferably dried and crystallized after being pelletized. That is, it can be said that one preferable form of the polylactic acid composition of the present invention is a pellet.
  • the polymer of both the melted poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid is not subjected to strong stirring that causes transesterification. Increasing the contact area quickly is efficient in increasing the efficiency of stereocomplexation.
  • the feature of the stereocomplex polylactic acid of the present invention is that the stereocomplex is stable after being remelted to 230 ° C. or higher, which is the melting point, and it is difficult to return to the original blend of PLLA and PDLA.
  • the heating rate at DSC was 20 J / g or more at a melting energy of 60 J / g or more. It is mentioned as a feature.
  • the thickness of each layer is preferably in the range of 0.01 to 2.5 ⁇ m.
  • the thickness ratio of the layer made of the resin (l) and the layer made of the resin (d) is preferably 70/30 to 30/70, more preferably 60/40 to 40/60. If one layer is less than 30%, the effect of improving heat resistance, which is the object of the present invention, is reduced, which is not preferable.
  • the polylactic acid resin composition of the present invention preferably has a melting point peak temperature in the range of 210 to 240 ° C. in a scanning differential calorimeter. If it is less than 210 degreeC, it is unpreferable with respect to the objective of this invention aiming at heat resistance improvement. Further, it is preferably 215 ° C. or higher, particularly preferably 220 ° C. or higher, and most preferably 225 ° C. or higher.
  • the cause when the peak temperature of the melting point is less than 210 ° C. is the thermal deterioration of the polylactic acid resin and the melting point decrease due to transesterification, and it is preferable to reduce the thermal history during the process.
  • the melting temperature of the absorption having a peak at 210 to 240 ° C. is 60 J / g or more, after the temperature is raised to 280 ° C., held for 3 minutes, and immediately cooled immediately, the rate of temperature rise is observed at 20 ° C. It is preferable.
  • the melting energy is less than 60 J / g, the stereocomplex formation efficiency is low, which is not preferable for the present invention for the purpose of improving heat resistance.
  • the melting energy is preferably 65 J / g or more, and more preferably 70 J / g or more. The absorption observed at a heating rate of 20 ° C.
  • the melting energy after heating and rapid cooling at 280 ° C.” ( ⁇ Hm) measurement method described later can be implemented. Verification is possible.
  • the PLLA and PDLA used are as described above.
  • the polylactic acid resin composition of the present invention is suitably used for sheets.
  • it can be obtained by laminating and rolling PLLA and PDLA sheets by the above-mentioned method, and by using a T-die, etc., directly by using a static mixer or multilayer feed block.
  • a multilayered strand-like or sheet-like resin pelletized again can be remelted to form a sheet.
  • the direct casting method is the same as the normal sheet manufacturing method, but as described above, the melt-laminated product is extruded as it is, and it is brought into close contact with a chill roll adjusted to 20 to 60 ° C. to form a sheet. Is preferred.
  • the chill roll temperature is preferably low, but is preferably in the range of 30 to 60 ° C. in order to suppress contamination over time due to oligomer precipitation.
  • the thickness of the sheet is preferably in the range of 10 to 1000 ⁇ m.
  • the above-mentioned heat-treated melt is cast with a T-die or the like.
  • the die temperature is preferably in the range of 220 to 300 ° C, preferably 230 to 290 ° C, more preferably 240 to 280 ° C. If the temperature is too low, the melt viscosity becomes too high and the surface becomes rough and the appearance deteriorates. An excessively high temperature is not preferable because the polylactic acid resin is thermally decomposed and the melting point is lowered.
  • the cause of breakage during stretching is considered to be one of the causes that the stereocomplex crystals generated during lamination are not completely melted during heat treatment and remain. .
  • the haze of the sheet obtained from the polylactic acid resin of the present invention is preferably in the range of 0.1 to 50%. If it exceeds 50%, the transparency is low, so the use is limited, which is not preferable.
  • the polylactic acid resin composition of the present invention can be used in an unstretched state where stretching is not performed as described above, stretching is preferably performed in terms of mechanical properties and the like, and is suitably used for stretched films.
  • stretching method in addition to the sequential biaxial and simultaneous biaxial of the above extruded sheet, a method by inflation film formation can be used.
  • a chill roll having a surface temperature of 10 to 50 ° C. by melt extrusion by the method described in the above-mentioned section of sheeting, and then rapidly cooled, and then biaxially stretched. It is obtained by doing.
  • the preferred first stage stretching temperature in the present invention is in the range of 70 to 120 ° C, more preferably in the range of 75 to 110 ° C. If it is below the above range, stretching is difficult, and if it exceeds the above range, crystallization occurs and stretching becomes difficult.
  • the first stage of stretching may be divided or divided into several times.
  • the second stage stretching refers to stretching in the direction orthogonal to the first stage stretching.
  • the preferred stretching ratio is 3 to 8 times, but is determined in consideration of the balance with the mechanical properties in consideration of the first stage stretching, and is not particularly limited.
  • the preferred stretching temperature in the present invention is in the range of 70 to 120 ° C. If it is less than 70 ° C, stretching is difficult, and if it exceeds 120 ° C, crystallization occurs, which is not preferable.
  • the draw ratio is preferably in the range of 2 to 8 times in terms of area.
  • the heat setting is carried out after stretching and is preferably carried out in the range of 140 to 220 ° C. If it is less than 140 ° C., the efficiency of thermal crystallization is low, and if it exceeds 220 ° C., the film melts and the thickness unevenness becomes large, which is not preferable.
  • Relaxation is performed after heat setting, and the relaxation rate is preferably in the range of 0.5 to 10%. Further, the heat shrinkage rate of the obtained stretched film is preferably in the range of 0 to 5% after heat treatment at 150 ° C. for 30 minutes. If it exceeds 5%, it is not preferred for the present invention for the purpose of improving heat resistance, and in addition to causing dimensional deviation in various processing steps such as printing, wrinkles due to shrinkage occur, which is not preferred.
  • the thickness of the obtained stretched film is not particularly limited, but is 3 to 300 ⁇ m, preferably 4 to 250, more preferably 5 to 200 ⁇ m.
  • a film having a thickness of 3 ⁇ m or less is not preferable for use in the intended application because the film itself is insufficient in stiffness and strength. If it is thicker than 200 ⁇ m, the productivity is poor, which is not preferable.
  • the thickness of the film is determined by the thickness of the extruded film and the subsequent draw ratio, and it is preferable to set the above-mentioned conditions in consideration of the final thickness.
  • the transparency of the film of the present invention can be determined by haze measurement or the like, but it is in the range of 0.05 to 20% when haze is required for transparency, or 80% when hiding is required.
  • the above is preferable.
  • the haze value depends on the inherent haze value of the resin constituting the film, the additive, and the amount added, but is usually determined by the amount of lubricant for imparting the slipperiness of the film, and the haze is less than 0.05%. In such a case, the amount of the lubricant is small, and the slipperiness of the film is insufficient.
  • the haze 20% or more, the contents are not easily seen when the film is used as a packaging material.
  • When used as a synthetic paper or the like if the haze is less than 80%, the concealability is low and the contents appear to be reversed, which is not preferable.
  • the thickness unevenness of the obtained stretched film is preferably in the range of 0 to 10% in the longitudinal direction and the width direction. If it exceeds 10%, it is not preferable because the rolled roll has a poor appearance or unevenness occurs during printing.
  • the strength of the film of the present invention varies depending on measurement conditions, it is represented by a value measured by a tensile tester at a sample length of 40 mm and a crosshead speed of 200 mm per minute, but the elastic modulus is at least 2 GPa or more. It is preferable. Less than 2 GPa is not preferable because it tends to stretch during various processes such as printing.
  • the upper limit is preferably 5 GPa. If it exceeds 5 GPa, it is not preferable in terms of productivity.
  • the breaking elongation is preferably 10% or more, and more preferably 20% or more. If the elongation at break is less than 10%, the productivity may be lowered or the handling may be difficult due to frequent breakage during film formation or various processing.
  • the upper limit is preferably 300%, more preferably 150% or less. If it exceeds 300%, it tends to stretch, which is not preferable.
  • Such a high-strength and high-stretched stretched film can be obtained only by sufficiently forming a stereocomplex and stretching sufficiently by the method described above. Further, the strength and elongation within the above ranges can be adjusted by stretching conditions such as stretching ratio, introduction of a small amount of copolymerization into poly (l) lactic acid and poly (d) lactic acid, and the like.
  • the slidability of the film of the present invention is preferably 0.2 to 1.0 for both the dynamic friction coefficient and the static friction coefficient. If it is less than 0.2, it is very slippery, which is not preferable because winding of the film roll easily occurs. If it exceeds 1.0, it is difficult to wind the film roll, and wrinkles are caused due to poor slipping in the processing step, which is not preferable.
  • a method such as laminating a lubricant-containing layer on at least one surface as a surface layer, or forming a coating layer containing a lubricant on the surface, etc. Can be used.
  • a method of laminating a layer containing a lubricant only on the surface layer is the most preferable method in terms of both transparency and slipperiness, and in particular, lamination of a coat layer by an in-line coating method is most preferred.
  • the application method include reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method, pipe doctor method, impregnation / coating method, and curtain coating method.
  • the coating method etc. are mentioned, These methods can be performed individually or in combination.
  • the solid concentration of the coating liquid is usually 30% by mass or less, preferably 10% by mass or less. If it is 30% by weight or more, the viscosity is high and uniform coating is difficult, which is not preferable.
  • the coating amount of the coating solution is 0.005 to 5 g / m 2 , preferably 0.02 to 0.5 g / m 2 as a solid content. It is. When the coating amount is 0.005 g / m 2 or less, it is not preferable because the lubricant does not fall off or sufficient adhesive strength with the adhesion modified layer cannot be obtained. When it is 5 g / m 2 or more, blocking occurs, which causes a practical problem.
  • the film coated with the coating liquid is guided to a tenter for stretching and heat setting, and heated there to form a stable film, thereby forming a polyester-based performance layer film.
  • the degree of cleanliness when applying the coating solution is preferably class 1000 or less in order to reduce the adhesion of dust.
  • the film of the present invention is subjected to various processing, and examples thereof include printing processing, lamination of sealants, sealing processing, and the like.
  • printing and sealant laminating processes in many cases, the film is subjected to tension and heating in the longitudinal direction and is likely to be stretched or wrinkled.
  • the slipperiness of the film is preferably sufficiently high, and the static friction coefficient and the dynamic friction coefficient are preferably 0.4 or less.
  • the elastic modulus is preferably in the range of 2 to 5 GPa.
  • the heat shrinkage rate at 120 ° C. for 5 minutes is preferably 10% or less.
  • the film in the present invention In order to make the film in the present invention excellent in printability, it is possible to further laminate an easily printable layer by a method such as in-line coating or offline coating other than the treatment such as corona treatment.
  • the coating amount is preferably in the range of 0.005 to 5 g / m 2 .
  • the coating conditions should be determined in consideration of the solvent type, temperature and tension.
  • a solvent having a boiling point of 200 ° C. or less for example, water, alcohols, ketones, esters, aromatics, hydrocarbons, chlorine-based solvents, etc. can be used, and the drying temperature is 200 ° C. or lower, preferably 180 ° C. or lower.
  • the film of the present invention has a layer in which a lubricant is added to the outermost layer as an essential component and is excellent in slipperiness.
  • a lubricant is added to the outermost layer as an essential component and is excellent in slipperiness.
  • the static friction coefficient and the dynamic friction coefficient are 0.4 or less, and wrinkles and local unevenness are not observed in the extrusion laminating process or the printing process due to excellent slipperiness.
  • the stretched film of the present invention has a high melting point despite being composed of polylactic acid resin. Therefore, it has excellent heat resistance in that the heat shrinkage rate is small.
  • the polylactic acid of the present invention can produce various molded products not only by film but also by injection molding, extrusion molding, blow molding and the like. At that time, the molded product obtained by melting at 260 to 300 ° C. to sufficiently melt the stereocomplex crystal has a high efficiency of re-forming the stereocomplex crystal. Therefore, it is possible to mold stretched bottles, fibers, and the like, and the obtained molded body can have the excellent characteristics of the stereocomplex such as mechanical characteristics, solvent resistance, and gas barrier properties.
  • a sample solution was prepared by dissolving 8 mg of a weight average molecular weight sample in 4 ml of chloroform. Then, it filtered with the 0.2 micrometer membrane filter, and GPC measurement of the obtained sample solution was performed.
  • the molecular weight was calculated in terms of standard polystyrene.
  • Residual lactide content (wt%) The sample was dissolved in chloroform D and calculated from the ratio of the integral value of protons derived from polylactic acid and the integral value of protons derived from residual lactide using a 400 MHz nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) apparatus.
  • Glass transition temperature Tg (° C) Conforms to JIS K7122. Using a DSC-60 type differential scanning calorimeter manufactured by Shimadzu Corporation, about 10.0 mg of a sample was prepared, and a range of 30 ° C. to 280 ° C. was measured at a rate of temperature increase of 20 ° C./min to obtain a DSC curve. The inflection point temperature of the glass transition was then read.
  • Melting point Tm (°C) Conforms to JIS K7122. Using a DSC-60 type differential scanning calorimeter manufactured by Shimadzu Corporation, about 10.0 mg of a sample was prepared, and a range of 30 ° C. to 280 ° C. was measured at a rate of temperature increase of 20 ° C./min to obtain a DSC curve. The melting peak temperature was read from that.
  • Example 1 Using a melt press set at 200 ° C., PLLA-1 was sandwiched between Teflon (registered trademark) sheets, pressed, held for 3 minutes, and then rapidly cooled with cold water to produce a 100 ⁇ m sheet. A PDLA-2 sheet was also produced in the same manner. By alternately laminating these five sheets each and pressing at 200 ° C., a sheet having 200 ⁇ m and 10 layers was obtained. A total of 10 sheets of 10 layers were produced by the same method, laminated so that PLLA-1 and PDLA-1 were in contact with each other, and pressed at 200 ° C. to obtain a 100 ⁇ m sheet having 100 layers.
  • Teflon registered trademark
  • 10 sheets of 10 layers were prepared by the same method, and these were similarly laminated so that PLLA-1 and PDLA-1 were in contact with each other, pressed at 230 ° C., and a 100 ⁇ m sheet with 100 theoretical layers was obtained. Obtained. 10 sheets of 100 layers were prepared by the same method, and this was similarly laminated so that PLLA-1 and PDLA-1 were in contact with each other and pressed at 280 ° C., and a 100 ⁇ m sheet with 1000 theoretical layers was obtained. Obtained. In the calculation, the thickness of each layer was 0.1 ⁇ m. This sheet was quenched with cold water after pressing to obtain an amorphous sheet.
  • TLA for PLLA and PDLA was 166 ° C
  • ⁇ Hm was 16.6 J / g
  • Tm for stereo complex PLA was 223 ° C. and ⁇ Hm were 69 J / g, and a stereocomplex was efficiently formed at an elevated temperature during DSC measurement.
  • stereocomplex PLA had a Tm of 221 ° C. and a ⁇ Hm of 25.1 J / .g.
  • the temperature was raised to 280 ° C, rapidly cooled with liquid nitrogen, and measured again at a rate of temperature increase of 20 ° C / min.
  • TLA for PLLA and PDLA was 170 ° C
  • ⁇ Hm was 23.9 J / g
  • Tm for stereocomplex PLA was 222 ° C. and ⁇ Hm was 34.1 J / g, and the efficiency of stereocomplex formation was low.
  • Example 2 to 5 Comparative Examples 2 to 3
  • Example 2 to 5 A sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that some conditions were changed. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 The PLLA resin described in Production Example 1 and the PDLA described in Production Example 2 were each vacuum dried at 100 ° C. overnight, and then each pellet was supplied to two extruders. PLLA and PDLA were laminated using a 16-element static mixer that melted at 220 ° C and had a temperature gradient of 200/240/280 ° C from the static mixer inlet to the mouth. Thereafter, the strand was cooled with water and solidified, and then cut to obtain pellets. Table 1 shows the physical properties of the obtained resin composition.
  • Example 7 The quenched sheet of 1000 theoretical layers obtained in Example 1 was cut into an original length of 40 mm and a width of 50 mm, fixed to hand drawing with a distance between chucks of 20 mm, preheated in a hot air oven at 85 ° C. for 3 minutes, and then deformed. Uniaxial stretching was performed 2.5 times at a speed of 500% / min. This was then uniaxially stretched and stretched in the 90 ° direction at the same temperature, speed and magnification. The biaxially stretched sample was heat fixed in an oven at 100 ° C. while being fixed to obtain a biaxially stretched film. The resulting film was transparent.
  • Comparative Example 5 The quick-cooled sheet with 100 theoretical layers obtained in Comparative Example 1 was cut into an original length of 40 mm and a width of 50 mm, fixed to hand drawing with a distance between chucks of 20 mm, preheated in a hot air oven at 85 ° C. for 3 minutes, and then deformed. Uniaxial stretching was performed 2.5 times at a speed of 500% / min. This was then uniaxially stretched and stretched in the 90 ° direction at the same temperature, speed and magnification. The biaxially stretched sample was heat fixed in an oven at 180 ° C. while being fixed to obtain a biaxially stretched film. The resulting film was transparent. In the dynamic viscoelasticity measurement, a significant decrease in elastic modulus was observed at around 160 ° C., and it had only heat resistance equivalent to that of a normal biaxially stretched film of PLLA or PDLA alone.
  • Example 8 Using a melt press set at 200 ° C., PLLA-1 was sandwiched between Teflon (registered trademark) sheets, pressed, held for 3 minutes, and then rapidly cooled with cold water to produce a 100 ⁇ m sheet. A PDLA-2 sheet was also produced in the same manner. By alternately laminating these five sheets each and pressing at 200 ° C., a sheet having 200 ⁇ m and 10 layers was obtained. A total of 10 sheets of 10 layers were produced by the same method, laminated so that PLLA-1 and PDLA-1 were in contact with each other, and pressed at 200 ° C. to obtain a 100 ⁇ m sheet having 100 layers.
  • Teflon registered trademark
  • 10 sheets of 10 layers were prepared by the same method, and these were similarly laminated so that PLLA-1 and PDLA-1 were in contact with each other, pressed at 230 ° C., and a 100 ⁇ m sheet with 100 theoretical layers was obtained. Obtained. 10 sheets of 100 layers were prepared by the same method, and this was similarly laminated so that PLLA-1 and PDLA-1 were in contact with each other, pressed at 250 ° C., and a 100 ⁇ m sheet with 1000 theoretical layers was obtained. Obtained. In the calculation, the thickness of each layer was 0.1 ⁇ m.
  • the sheet-like composition satisfies the same invention as in Example 1. This sheet was quenched with cold water after pressing.
  • This sheet was cut into an original length of 40 mm and a width of 50 mm, fixed to hand-drawing with a chuck distance of 20 mm, preheated in a hot air oven at 85 ° C for 3 minutes, and then uniaxially stretched 2.5 times at a deformation rate of 500% / min. However, at a draw ratio of 1.5 times or more, fracture was observed and the film could not be drawn.
  • This result means that the resin composition of the invention described as the first and second is heated to 280 ° C. or higher before processing such as forming a stretched film, and once the stereocomplex crystal is melted (above (Invention described in the third).
  • Example 9 The PLLA resin described in Production Example 1 and the PDLA described in Production Example 2 were each vacuum dried at 100 ° C. overnight, and then each pellet was supplied to two extruders.
  • PLLA and PDLA are laminated using an 18-element static mixer that melts at 220 ° C and has a temperature gradient of 200/240/280 ° C from the inlet to the mouth of the static mixer, and is extruded from a T die heated to 280 ° C.
  • a multilayer unstretched sheet was produced by cooling and solidifying into a sheet with a cooling roll adjusted to 20 ° C.
  • the ratio of the discharge amount of the two extruders was 1: 1.
  • the thickness of the unstretched sheet was 200 ⁇ m.
  • the sheet had a Tg of 55 ° C. and a melting point of 232 ° C.
  • the sheet is first preheated at a temperature of 75 ° C., then MD stretched at a stretching temperature of 85 ° C. at a deformation rate of 5000% / min, 3.5 times, and this sheet is continuously led to a tenter, and the remaining heat zone 85 TD stretched 3.5 times at 85 ° C and stretch zone 85 ° C, heat fixed at 180 ° C and 3% transverse relaxation treatment, cooled, then trimmed and removed both edges, 15 ⁇ m thick biaxially stretched stereo A complex PLA resin film was obtained. Table 1 shows the film physical properties at this time.
  • Non-Patent Document 1 reproduces the result of Non-Patent Document 1 in the specification, and it was found that the multilayering of the present invention is an essential requirement for the purpose of maintaining the melting point of the stereocomplex crystal.
  • the above sheet was preheated at a temperature of 75 ° C., then MD stretched at a stretching temperature of 85 ° C. and a deformation rate of 5000% / min. TD stretching was performed 3.5 times in a zone 85 ° C and a stretching zone 85 ° C. In the heat setting at 180 ° C., the film melted, and a film having excellent heat resistance could not be obtained.
  • Example 10 After the PLLA resin described in Production Example 1 and the PDLA described in Production Example 2 were each vacuum dried at 100 ° C. overnight, two pellets containing 3% by weight of polyamide elastomer resin (Akema Pebax4033) were added. Supplied to a stand extruder. PLLA and PDLA were laminated using a 12-element static mixer that melted at 220 ° C, with a temperature gradient of 200/240/280 ° C from the static mixer inlet to the mouth, and extruded from a T die heated to 280 ° C. A multilayer unstretched sheet was produced by cooling and solidifying into a sheet with a cooling roll adjusted to 20 ° C.
  • the ratio of the discharge amount of the two extruders was 1: 1.
  • the thickness of the unstretched sheet was 250 ⁇ m. Addition of the polyamide elastomer resin greatly suppressed chill roll contamination during melt casting.
  • the sheet had a Tg of 55 ° C. and a melting point of 222 ° C. This sheet is first pre-heated at a temperature of 75 ° C., then MD stretched at a stretching temperature of 85 ° C.
  • Example 11 Commercially available PLLA (Laisia H100 manufactured by Mitsui Chemicals) and PDLA described in Production Example 2 were each dried in a vacuum at 100 ° C. overnight, and then each pellet was supplied to two extruders. After melting at 220 ° C, PLLA and PDLA were laminated using a 220 ° C 4-element static mixer. It is passed through a 256-layer multi-layer feed block with a temperature gradient of 250-280 ° C from the inlet side to the outlet side, laminated to about 4000 layers, extruded from a T die heated to 280 ° C, and adjusted to 35 ° C. A multilayer unstretched sheet was produced by cooling and solidifying into a sheet with a cooled roll.
  • the ratio of the discharge amount of the two extruders was 1: 1.
  • the thickness of the unstretched sheet was 400 ⁇ m.
  • the sheet had a Tg of 55 ° C. and a melting point of 229 ° C.
  • This sheet is first preheated at a temperature of 80 ° C., then MD stretched at a stretching temperature of 85 ° C. at a deformation rate of 7000% / min and 3.5 times the MD, and this sheet is continuously led to a tenter, and the remaining heat zone 85 TD stretched 3.5 times at 90 ° C, stretching zone 90 ° C, heat fixed at 180 ° C and 3% transverse relaxation treatment, cooled, then trimmed and removed both edges, 30 ⁇ m thick biaxially stretched stereo A complex PLA resin film was obtained. Table 1 shows the film physical properties at this time.
  • Example 12 The PLLA resin described in Production Example 1 and the PDLA described in Production Example 2 were each dried in a vacuum at 100 ° C. overnight, and then supplied to two extruders. Both skin layers of a three-layer feed block are made by laminating PLLA and PDLA using a 10-element static mixer that melts at 220 ° C and has a temperature gradient of 200/240/280 ° C from the static mixer inlet to the mouth. Was on the side.
  • As the core layer side resin a resin in which PLLA and aliphatic aromatic polyester resin (BASF Ecoflex) are mixed at a weight ratio of 50/50 is used.
  • BASF Ecoflex a resin in which PLLA and aliphatic aromatic polyester resin
  • a / B / A type two-layer three-layer configuration (thickness ratio: 25/50/25).
  • the thickness of the unstretched sheet was 250 ⁇ m, of which both skin layers were 50 ⁇ m.
  • the Tg on the skin layer side of this sheet was 55 ° C. and the melting point was 224 ° C.
  • This sheet is first pre-heated at a temperature of 75 ° C., then MD stretched at a stretching temperature of 85 ° C.
  • the polylactic acid resin described in the present invention and the polylactic acid film obtained from the polylactic acid resin can be used at a higher temperature than ordinary polylactic acid resins and polylactic acid resin films, and have various processing suitability such as printing and appearance such as transparency. In addition, it is highly productive and industrially useful. In addition to packaging materials such as foods, pharmaceuticals, and miscellaneous goods, they can also be suitably used as industrial materials such as molding materials.

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Abstract

L 体含有量が90~100 モル%のポリ-L-乳酸を主成分とする樹脂組成物(l)と、D 体含有量が90~100 モル%のポリ-D-乳酸を主成分とする樹脂組成物(d)を、それぞれ0.01~2.5μm の層厚みとして、(l)と(d)が交互に積層されており、特定の熱的特性を有する、高温での溶融成形を行っても、高温での使用が可能であり、印刷などの各種加工適性や透明性などに優れたポリ乳酸成形品を得ることができる成形材料や包装材料として有用なポリ乳酸樹脂組成物の提供。及び、前記のポリ乳酸樹脂組成物が280℃以上に加熱後冷却されており、その後に前記ポリ乳酸樹脂組成物が製膜され、少なくとも一方向に延伸されてなる、高温での使用が可能であり、各種加工適性や透明性などに優れたポリ乳酸樹脂延伸フィルムの提供。

Description

ポリ乳酸樹脂組成物およびフィルム
 本発明は、ポリ乳酸樹脂組成物およびフィルムに関し、従来のポリ乳酸フィルムと比較してより高温での使用が可能であり、印刷などの各種加工適性に優れ、透明性などに優れた、包装用材料のみならず工業用材料としても有用なポリ乳酸フィルムを提供するものである。
 近年の環境問題への対応から各種の材料が検討されている。方向性は、(1)化石資源への依存度の低減、(2)環境負荷低減のための生分解性、(3)材料のリサイクル性の改善と容易な再資源化、の3つが挙げられる。バイオマス由来であり生分解性を有する材料としてポリ乳酸は過去20年に渡り検討が続けられている。現在は、繊維、フィルム、容器、成形材料用として使用され始めているが、問題点として、結晶化速度が遅い、強度が低い、耐熱性が低い、バリア性が低い、汎用石油系樹脂と比較して特性と価格のバランスが悪いなどの点が指摘されている。特に耐熱性、耐溶剤性、強度の特性改善は重要であり、現在も種々の検討がなされている。
 樹脂の特性そのものを改善するための最も広く知られている技術として、ステレオコンプレックス化するという技術が知られている。ステレオコンプレックスとは、光学異性体であるポリ-L-乳酸(以下PLLAと略す)セグメントとポリ-D-乳酸(以下PDLAと略す)セグメントが1対1で充填された結晶であり、これによりPLLA単独またはPDLA単独の融点を約50℃向上できるものである。また、その他にも、ステレオコンプレックス化により、力学特性、耐溶剤性、ガスバリア性が向上することが知られており、現在各社で検討がなされている。
 ステレオコンプレックスの製造方法としては、PLLAとPDLAをブレンドすることで得られるが、先行文献からも明らかなように実際の製造においては以下の問題がある。
(1) 力学特性の面で有利な高分子量のポリ乳酸を用いた場合、結晶化の過程において効率良くステレオコンプレックス化させることが難しく、ただ単にブレンドしただけでは、優先結晶種である多数のPLLAおよびPDLAのホモ結晶と少量のステレオコンプレックス結晶が生成する。このため、本来の目標である耐熱性などの改善が不十分となる。
(2) 溶融状態での混練によりステレオコンプレックスの生成効率が向上することは知られているが、同時に熱による樹脂の劣化やPLLAとPDLA間のエステル交換によるステレオコンプレックスPLAの融点の低下が起こり、目標に対して十分な効果が得られない。
 これらの点に対して、PLLAとPDLAをブロックポリマーする(特許文献1)、一方のポリ乳酸樹脂の分子量を小さくしてステレオコンプレックス化の効率を改善する(特許文献2)、分子量が低い状態で効率よくステレオコンプレックス化させた後、固層重合を行う(特許文献3)、一方のポリ乳酸に他方のポリ乳酸との混和性を改善するために他の成分を共重合する(特許文献4)、ステレオコンプレックス化のために特定温度で熱処理を行う(特許文献5)などがステレオコンプレックス化に対して提案されている。しかしながら、これらの方法ではいずれも樹脂そのものを改善することが前提となっており、汎用のポリ乳酸を使用することが前提となっておらず、工業化には多くの課題が残されているのが現状である。また、これらの方法ではいずれもステレオコンプレックス化を促進する際、あるいは、得られた樹脂組成物を再度溶融成形する際にエステル交換反応が起こり、融点低下などが見られる問題については解決方法を提示していない。
 また、一般的なポリエステル樹脂などに延伸などの加工を行う場合、通常は融点以上の温度に加熱し、一度結晶を溶融させ、それを急冷することで非晶性の状態としたものをガラス転移点以上かつ融点以下の温度領域で加工することが一般的である。ステレオコンプレックスポリ乳酸に対して、ポリ乳酸樹脂の融点(140~170℃)以上の温度である250℃程度に一度加熱し、ポリ乳酸の結晶を溶融させた後、急冷して、得られた成型物に延伸を行う方法では樹脂中のステレオコンプレックス結晶が溶融しきらないためか、延伸などの工程でステレオコンプレックス結晶による延伸性の低下のため破断が起こり、延伸フィルムを得ることができなかった。そこで、ステレオコンプレックスポリ乳酸結晶が十分に溶融する280℃以上に昇温し、全結晶を溶融させたものを急冷することで成型物の延伸は可能となるが、今度は得られる樹脂の融点は本来のステレオコンプレックス結晶の融点よりもはるかに低い温度となってしまう。これは溶融時の温度や溶融時間により決まるステレオコンプレックス結晶の溶融状態により再度ステレオコンプレックスが形成されにくくなってしまう点が指摘されており(非特許文献1)、ステレオコンプレックス結晶を一度溶融させてしまうと、優先結晶種であるPLLAおよびPDLAのホモ結晶が先に形成されてしまうためであると考えられる。このように、成型加工性と再溶融後のステレオコンプレックスポリ乳酸結晶の再形成効率の工業的な両立方法に対しては、現状においては存在しない。
 また、上記特許文献の方法でも、具体的な製造方法としてはステレオコンプレックスの作製は溶液からのキャストフィルムによる方法であり、工業的に大量の製造には適さなかったり、250℃程度の低温でプレス加工をしたフィルムを得るに止まったりしており、溶融して得られたものであっても融点が低下していたり、充分なステレオコンプレックスが得られていないものであった。
 以上のような現在まで公知技術を要約すると、以下の様である。
(i)単にPLLAとPDLAを溶融ブレンドするだけではステレオコンプレックス体は形成されにくい。また、ステレオコンプレックス化を進めるために溶融下で混練すると、エステル交換反応により融点も低くなる。ステレオコンプレックスが形成された場合でも、再溶融によりステレオコンプレックスは容易にPLLAとPDLAに分かれてそれぞれのステレオ単独結晶が形成されコンプレックスを再形成しにくい。
(ii)ブロックポリマー化、一方の分子量を下げるなどの方法では、再溶融時のステレオコンプレックスの再形成は起こりやすくなるが、エステル交換反応による融点低下を抑制できない。
特開2007-100104号公報 特開2003-96285号公報 特開2008-291268号公報 特開2007-191625号公報 特開2008-63356号公報
 本発明は、従来と比較して、高温での溶融成形によって成形品を成形しても、容易にステレオコンプレックスPLAを再形成し、また、再溶融時の際にエステル交換反応による融点の低下などが抑制されたポリ乳酸成形品を得ることができる成形材料や包装材料として有用なポリ乳酸樹脂組成物を提供しようとするものである。また、高温での使用が可能であり、各種加工適性や透明性などに優れたポリ乳酸フィルムを提供しようとするものである。
 本発明者らは上記課題を解決する為、鋭意研究した結果、遂に本発明を完成するに至った。本発明者らは、PLLAの溶融体層とPDLAの溶融体層を薄く分割し、それらを交互に多数積層させることで両者の接触面積を多くし、これを加熱することで効率よくステレオコンプレックス化させることが可能であることを見出した。そして、得られたポリ乳酸は高い融点を持ち、従来では予想出来なかった280℃の高温で溶融した後であってもステレオコンプレックス結晶を再形成する効率が非常に高いといった特徴を有するものであり、この得られたポリ乳酸は各種溶融成形に用いた際には今までにはない優れた各種特性を持つポリ乳酸成形体が得られることを見出し本発明を完成した。
 すなわち本発明は、以下の構成よりなる。
1. L体含有量が90~100モル%のポリ-L-乳酸を主成分とする樹脂組成物(l)と、D体含有量が90~100モル%のポリ-D-乳酸を主成分とする樹脂組成物(d)を、それぞれ0.01~2.5μmの単層厚みとし、(l)と(d)が交互に積層されており、試料10mgでのDSC測定において、210℃以上に融点のピークが見られ、280℃に昇温し3分間保持し、直ちに急冷した後、更に昇温速度が毎分20℃でのDSC測定において溶融エネルギーが60J/g以上であることを特徴とするポリ乳酸樹脂組成物。
2. 樹脂組成物(l)及び樹脂組成物(d)が、スタティックミキサーまたは多層フィードブロックを通過させることにより交互に積層されている上記第1に記載のポリ乳酸樹脂組成物。
3. 上記第1又は第2に記載のポリ乳酸樹脂組成物を用い、280℃以上に加熱後急冷された後に、少なくとも一方向に延伸されてなるポリ乳酸樹脂延伸フィルム。
 本発明は、280℃に加熱溶融成形した後であっても融点が高く、更に成型加工後の高いステレオコンプレックス形成効率を維持することが出来るポリ乳酸樹脂組成物であり、その成型品は優れた耐熱性だけでなく、優れた力学特性、耐溶剤性、ガスバリア性といったステレオコンプレックス成型品としての各種特性を示す。特に、フィルムとした場合には特に透明性や高耐熱性に由来する印刷ピッチずれが抑制された各種加工適性に優れたフィルムとなる。また、本発明方法は、PLLAとPDLAをそれぞれ薄い層に分割してからステレオコンプレックス化することが好ましい。この方法ではステレオコンプレックス化のためにPLLAとPDLAを溶融状態で混合する時間が通常よりも短くても十分となる。これより、それぞれのポリ乳酸樹脂の光学純度の低下が小さくなるものと考えられ、融点の低下が小さくなり、上記の優れた特性を示すポリ乳酸を簡便なプロセス、装置で得ることが出来る。
 なお、本願における特徴である、280℃の高温で溶融した後であってもステレオコンプレックス結晶を再形成する効率が非常に高い点については、考察の途上であるが、層状にPLLAとPDLAを積層することでその界面にステレオコンプレックスが形成され、再溶融後にステレオコンプレックスがPLLAとPDLAに分かれた後も層状にそれらの樹脂が並んでいることから両者の接触面積が十分に大きくPLLAおよびPDLAの単独結晶が形成されにくくステレオコンプレックスが再形成しやすいものと思われる。また、容易に再形成されることから過度の加熱などの必要がないため、エステル交換反応が抑制され、ステレオコンプレックスの融点の低下が抑制されるものと思われる。
 以下に、本発明を詳細に説明する。
(ポリ乳酸樹脂)
 本発明において用いられるポリ乳酸樹脂はL体含有量が90~100%のポリ-L-乳酸樹脂(l)と、D体含有量が90~100%のポリ-D-乳酸樹脂(d)を必須とする。これらの樹脂は市販のものを使用する以外にも、原料であるラクチドからの溶融開環重合によっても容易に得ることが可能である。市販のポリ乳酸樹脂として、Nature
Works製L体重合体であるNature Works、海正生物材料のレヴォダ、三井化学製L体重合体であるレイシア、Purac製のポリ乳酸樹脂が使用可能であり、また、武蔵野化学研究所製、Purac製のラクチドを用いて原料から重合体を得ることが可能である。
 本発明において用いられるポリ乳酸樹脂の分子量は上記の(l)または(d)のいずれかがポリスチレン換算重量平均分子量が10万から30万の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、10万~25万、更に好ましくは10万~20万であることが好ましい。(l)および(d)のいずれもが10万未満の場合、樹脂として非常に脆くなるため、好ましくない。また、(l)および(d)のいずれもが30万を超える場合、溶融粘度が高くなり、溶融成形性などの加工性が低下するため好ましくない。
 本発明において用いられるPLLAおよびPDLAの熱的特性については、ガラス転移温度は40~70℃の範囲にあることが好ましい。40℃未満では光学純度が低く、ステレオコンプレックス形成に対してあまり好ましくない。融点については、120~170℃の範囲にあることが好ましい。120℃未満では光学純度が低く、ステレオコンプレックス形成に対して好ましくない。
 (l)および(d)を主成分とする各層に対して、滑剤、帯電防止剤、隠蔽性付与剤、溶融粘度増加剤、接着性付与剤、バリア性付与剤、酸化防止剤、熱安定性付与剤、可塑剤、結晶核剤など各種の添加剤が添加できる。具体的には、シリカ、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、アルキルスルホン酸塩、多官能イソシアネート類、多官能カルボジイミド化合物、多官能エポキシ化合物、脂肪族および芳香族ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂、低分子バリア性付与剤、ポリグリコール酸、Irganox1010(チバ・ジャパン製)などの酸化防止剤、ポリグリセリン類、リン系化合物などの重合触媒失活剤などが挙げられるが、無機化合物以外は融点が200℃以下であることを必須とする。200℃を超える場合、ポリ乳酸樹脂の溶融中にこれらの樹脂は溶融せず、外観不良の原因となるため、好ましくない。また、これらの添加量は目標とする特性発現のために適宜調整されるが、0~10重量%の範囲であることが好ましい。10重量%を超える場合、各種特性の低下が見られるほかに、ステレオコンプレックス化を阻害するため、好ましくない。
(層の分割、積層)
 本発明におけるステレオコンプレックス樹脂を得るための最も好ましい方法を説明する。
このようなステレオコンプレックス樹脂を得るには、PLLAやPDLAからなる樹脂層(L)および(D)を多数積層する。積層方法は樹脂層(L)および樹脂層(D)からなる樹脂シートを積層し、加熱・圧延といった方法で得られるほか、スタティックミキサー法や多層フィードブロック法を用いることができ、経済的な側面からは、後者のスタティックミキサー法やフィードブロック法および両者を組み合わせたものが好適である。
 シートを重ねて加熱・圧延する場合について、加熱・圧延前のシートについては、通常の方法でシート化することが可能であり、具体的に例示すると、溶融押出法、溶融プレス法、カレンダー法、溶液キャスト法などが挙げられる。溶融押出法においては、溶融温度は160~250℃の温度範囲が好ましく、170~240℃の範囲が更に好ましい。溶融温度が160℃未満では溶融粘度が高すぎて好ましくない。また250℃以上ではポリ乳酸樹脂の熱分解などが起こることがあるため好ましくない。溶液キャストの場合は、ポリ乳酸樹脂が溶解できる溶剤であれば特に限定されてないが、生産性の面で、沸点が20~200℃以下の溶剤が好ましく、例示するとクロロホルム、テトラクロロメタンなどが挙げられる。溶液キャスト法では溶剤が残留し、用途が限られる場合があるため、溶融法やカレンダー法など溶剤を含まない方法が好ましい。積層前のシートの厚みは0.1~100μmの範囲が好ましく、更に好ましくは1~10μmの範囲が好ましい。0.1μm以下ではシワが発生したりするなどによりハンドリングが困難になる。また100μm以上では多層に積層する際に全体の厚みが大きくなりすぎて経済性が悪いため好ましくない。得られたシートはPLLAとPDLAのシートを交互に積層し、加熱によりシートの温度を融点以上まで高めたあと圧延される。圧延前のシートの厚みおよび圧延時の積層数については、ステレオコンプレックス化を行う際の層の厚みと圧延後のシートの厚みを勘案して決定されることが好ましい。なお、圧延後の厚みは1~1000μmの範囲が好ましい。具体的に例示すると、100μmのPLLAとPDLAのシートを各5枚ずつ準備し、これを交互に積層してプレス機などを用いて180℃で圧延して100μmのシートとする。同様の方法で合計10枚の圧延シートを作製し、それを10枚積層して温度を220℃とする以外は同様の方法で圧延する。これにより、層厚みが1μmの積層シートを作製できる。なお、得られたシートを後続の過程で延伸などの加工を行う場合は、最終プレス工程におけるプレス温度を260℃以上、好ましくは270℃以上、更に好ましくは275℃以上、特に好ましくは280℃以上とした後、急冷することで、ステレオコンプレックス結晶の含有量は少ないが、加熱により容易にステレオコンプレックスを形成するステレオコンプレックス前駆体のような状態のシートが得られるのではないかと考えられる。この理由については不明であるが、厚み方向にPLLAとPDLAを交互に存在させることで、本来形成しやすいPLLAとPDLAの結晶が構造的に形成されないことになっていることが原因と推定される。プレス温度の上限は350℃であることが好ましく、より好ましくは330℃以下である。350℃を超えると分解などの熱劣化が起こり易く好ましくない。なお、本発明における急冷は、溶融体をガラス転移温度以下の温度にまで冷却する際に、その結晶化度を30%以下に維持した状態で冷却することを指し、具体的には液体窒素への浸漬や冷却ロールへの圧着により200℃/分以上の冷却速度で冷却することが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 また、同様の作製はスタティックミキサーや多層フィードブロックを用いても可能である。具体的には、二台の押出機にPLLAとPDLAを供給して溶融し、スタティックミキサーまたは多層フィードブロックを用いてPLLAとPDLAが交互に積層された多層構造の長尺のシートを簡便かつ短時間に作製するものである。これらの方法の利点は長尺のシートが得られる以外に、両者の重量比の制御が容易である点のほか、通常のブレンドと比較して融点の低下が小さい点が挙げられる。これは通常のPLLAとPDLAのペレットをブレンドし押出機に供給した場合、エステル交換反応が起こり、生成するステレオコンプレックスの融点が低下する現象が観察される。特にステレオコンプレックス形成の効率を高めるために、溶融状態での混練を十分に行う際に観察され、ステレオコンプレックス化効率の改善と生成するステレオコンプレックス体の融点の低下はトレードオフの関係にあった。これに対して、多層化でのステレオコンプレックス化の場合は短時間で高表面積でPLLAとPDLAを接触させることから、両者のエステル交換反応が最小限に抑制される。
 ポリ乳酸樹脂(l)および(d)(必要に応じてその他の添加剤)を構成する樹脂組成物は、それぞれ別の押出機に供給され、溶融温度以上の温度で押し出される。具体的には140~250℃の範囲が好ましい。溶融温度は分解開始温度よりも5℃低い温度以下であることが好ましい。特にポリ乳酸は250℃以上で分解が起こりやすく、注意を要する。
 本発明において、上記の二つの溶融体は、スタティックミキサーまたは多層フィードブロックを用いてそれぞれ0.01~2.5μmの層に分割しそれぞれの層が交互に積層されることが好ましい。層を分割し、両者のポリマーの接触面積を増やすことがステレオコンプレックス化の効率を高める点で重要である。分割される層の厚みは、好ましくは0.02~2μm、更に好ましくは0.02~1μmである。層が0.01μmよりも薄くしようとするためにはPLLAとPDLAが実質的に溶融混合されていることと同じになり、ステレオコンプレックスの融点が低下するため好ましくない。また、層が2.5μmよりも厚いと、ステレオコンプレックス化の効率が悪く、PLLAおよびPDLA単独の結晶が生成しやすいため好ましくない。
 ポリ乳酸樹脂(l)および(d)を主成分とする樹脂層は、積層時の溶融温度差が0~30℃、好ましくは0~20℃、更に好ましくは0~10℃であることが好ましい。また、積層時での溶融粘度差は、ダイ内での推定されるせん断速度において30倍以内、好ましくは20倍以内、より好ましくは10倍以内とすることで積層時の外観、ムラの抑制が可能となる。溶融粘度の調節においては、前述の多官能化合物の添加が使用できる。フィードブロック温度は160~300℃、好ましくは170~290℃、より好ましくは180~280℃の範囲が好ましい。フィードブロック温度が低い場合は溶融粘度が高くなりすぎて押出機への負荷が大きくなりすぎ、温度が高い場合は溶融粘度差が大きくなりムラなどが発生し、ステレオコンプレックス化の面で好ましくない。
 本発明のポリ乳酸樹脂は上記の方法で積層された後、熱処理されることが好ましい。この場合、スタティックミキサーの後期エレメントの一部を加熱する、あるいはフィードブロック方式での積層後にメルトラインを延長し、その一部または全部で熱処理を行う、またはフィードブロックからダイにかけての部分で熱処理を行うことで可能である。熱処理の温度としては、230~300℃の範囲が好ましく、好ましくは235~295℃、更に好ましくは235~290℃の範囲である。ダイスから押し出された状態ではステレオコンプレックス結晶の含有量は少ないほうが好ましい。これはDSCを用いてステレオコンプレックス結晶の溶融エネルギー量から確認することができる。得られた積層体はペレタイズされた後、乾燥および結晶化を行うことが好ましい。即ち、本発明のポリ乳酸組成物の1つの好ましい形態はペレット状であると言える。また、冷却せずにこのまま各種の成形をしたり、Tダイ法で急冷キャストし後述のようにフィルム化することは好ましい実施形態のひとつである。
 本発明のポリ乳酸の製造では、上記の製造例で示したように、エステル交換が起こるような強い攪拌を与えることなく、溶融させたポリ-L-乳酸、ポリ-D-乳酸両者のポリマーの接触面積を速やかに増やすことがステレオコンプレックス化の効率を高める上で効率的である。
 前記のための好ましい製造方法を具体的に幾つか示すと次のようである。
(1)溶融したポリ乳酸樹脂(l)、(d)を二層に積層し、それを分割・交互積層させ繰り返すことで効率よくポリ乳酸樹脂(l)と(d)を接触させていく方法。
(2)溶融したポリ乳酸樹脂(l)、(d)を、それぞれが多数の細孔から別々に押し出され、かつポリ乳酸樹脂(l)、(d)が押し出される細孔が交互に組み合わされた構造をしたダイを用いて、溶融したポリ乳酸(l)、(d)が細長い糸状に束ねられた溶融体を上記のように積層していく方法。
(3)上記(2)の溶融したポリ乳酸(l)、(d)が細長い糸状に束ねられた溶融体を徐々に細くなっていく配管に導いて引き延ばして行く方法。
(4)ポリ乳酸(l)、(d)をそれぞれ別に繊維状にしたものを混合して束ね、これを攪拌せず溶融させて上記の様に積層又は引き延ばしていく方法。
(5)ポリ乳酸(l)、(d)をそれぞれ別に微粉砕しでドライブレンドした後、これを攪拌せず溶融させて上記の様に積層又は引き延ばしていく方法。
などが挙げられる。
 本発明ステレオコンプレックスポリ乳酸の特徴は、そのステレオコンプレックス体を融点である230℃以上に再溶融後した後も安定であり、元のPLLAとPDLAのブレンド体に戻りにくいことが挙げられる。具体的には、得られたステレオコンプレックス体を再度280℃に昇温し3分間保持し直ちに急冷した後における、DSCでの昇温速度が毎分20℃での溶融エネルギーが60J/g以上であることが特徴として挙げられる。このような特徴のためには、各層の厚みを0.01~2.5μmの範囲とすることが好ましい。
 本発明における樹脂(l)からなる層と樹脂(d)からなる層の厚み比は70/30~30/70、好ましくは60/40~40/60であることが好ましい。一方の層が30%よりも少なくなると、本発明の目的である耐熱性の向上に対して効果が小さくなるため好ましくない。
(ガラス転移温度、融点、結晶溶融エネルギー)
 本発明のポリ乳酸樹脂組成物は、走査型示差熱量計において融点のピーク温度が210~240℃の範囲にあることが好ましい。210℃未満では耐熱性向上を目的とする本発明の目的に対して好ましくない。さらには215℃以上、特には220℃以上が好ましく、最も好ましくは225℃以上である。融点のピーク温度が210℃未満となる場合の原因は、ポリ乳酸樹脂の熱劣化、エステル交換による融点低下であり、工程中の熱履歴を小さくすることが好ましい。また、280℃に昇温し3分間保持し直ちに急冷した後での昇温速度が毎分20℃で観察される、210~240℃にピークを持つ吸収の溶融エネルギーが60J/g以上であることが好ましい。溶融エネルギーが60J/g未満ではステレオコンプレックス形成効率が低く、耐熱性向上を目的とする本発明に対して好ましくない。溶融エネルギーは65J/g以上が好ましく、さらには70J/g以上が好ましい。なお、280℃に昇温し3分間保持し直ちに急冷した後での昇温速度が毎分20℃で観察される吸収も215℃以上、特には220℃以上にピークを持つことが好ましい。なお、融点の上限は250℃でよく、これを超えても耐熱性の面で効果が飽和する。また、溶融エネルギーの上限は80J/gでよく、これを超えてもステレオコンプレックス結晶生成効率の面で効果が飽和する。なお、延伸フィルム化された後に280℃昇温急冷後の溶融エネルギーを測定する場合にも、後述の「280℃昇温急冷後の溶融エネルギー(ΔHm)」測定方法は実施可能であり、データの照合が可能である。
 用いられるPLLAおよびPDLAについては、前述のとおりである。
(シート)
 本発明のポリ乳酸樹脂組成物はシート用として好適に使用される。シートへの加工については、前述の方法により、PLLAとPDLAのシートを多層積層・圧延することにより得られるほか、スタティックミキサーや多層フィードブロックにより多層化したものをTダイな
どを用いて直接シートすることも可能であり、更には、多層化したストランド状、シート状の樹脂を再度ペレット化したものを再溶融してシート化することも可能であることが本発明において好ましい。直接シート化する場合のキャスト方法については、通常のシート製造方法と同様であるが、前述の通り溶融積層させた物をそのまま押し出し、20~60℃に調整されたチルロールへ密着させシート化することが好ましい。チルロール温度は低温のほうが好ましいが、オリゴマー析出による経時での汚れを抑制するためには30~60℃の範囲が好ましい。本発明においては多層化により徐冷のキャストにおいても結晶サイズが大きくならないため、延伸性低下への影響が小さいことも本発明の特長である。シートの厚みは10~1000μmの範囲が好ましい。
 前述の熱処理された溶融体はTダイなどでキャストされる。ダイ温度については、220~300℃、好ましくは230~290℃、より好ましくは240~280℃の範囲が好ましい。温度が低くなりすぎると溶融粘度が高くなりすぎて表面の荒れなどが発生し外観が低下する。温度が高くなりすぎると、ポリ乳酸樹脂の熱分解や融点の低下が起こるため好ましくない。なお、キャストシートから延伸フィルムを得る際に、延伸時に破断する原因としては、積層時に生成したステレオコンプレックスの結晶が熱処理の際に溶融しきらず、残留していることが原因の一つとして考えられる。この場合には、熱処理の温度を上げることが好ましい。なお、フィルム以外の成形体を製造する際にも、溶融時に結晶が残留しているとヒケなどが起こり問題が生じる場合もある。このような場合も同様に熱処理温度を上げることが好ましい。
 本発明のポリ乳酸樹脂から得られるシートのヘイズは0.1~50%の範囲にあることが好ましい。50%を超えると透明性が低いことから用途が限られるため好ましくない。
(延伸フィルム)
 本発明のポリ乳酸樹脂組成物は上述のように延伸を行わない未延伸の状態でも使用できるが、力学特性などの面で延伸を行うことが好ましく、延伸フィルム用として好適に使用される。延伸方法としては、上記の押出成形されたシートの逐次二軸、同時二軸のほか、インフレーション製膜による方法も利用できる。
 延伸フィルムへの加工については、上述のシート化の項に記載の方法で溶融押出により表面温度10~50℃のチルロールへ静電密着方式またはタッチロール方式により密着させ急冷し、その後、二軸延伸することで得られる。
 逐次二軸延伸の場合、本発明での好ましい一段目の延伸温度は70~120℃の範囲であり、より好ましくは、75~110℃の範囲である。上記の範囲以下では延伸が困難であり、上記の範囲を越えると結晶化が起こり延伸が困難になる。一段目の延伸は一括でも分割して数回に分けても差し支えない。
 二段目の延伸は一段目の延伸と直交方向の延伸を指す。二段目の延伸において、好ましい延伸倍率は3~8倍であるが、一段目の延伸との兼ね合いで、力学特性とのバランスを考慮して決定されるもので、特に制限されない。
 同時二軸延伸の場合、本発明での好ましい延伸温度は70~120℃の範囲である。70℃未満では延伸が困難であり、120℃を越えると結晶化が起こるため好ましくない。延伸倍率は面積換算で2~8倍の範囲が好ましい。
 熱固定は延伸後に実施され、140~220℃の範囲で行うことが好ましい。140℃未満では熱結晶化の効率が低く、220℃を超えるとフィルムが溶融してしまい厚みムラが大きくなり好ましくない。
 弛緩は熱固定後に実施され、弛緩率は0.5~10%の範囲が好ましい。また、得られた延伸フィルムの熱収縮率は150℃×30分の熱処理後に0~5%の範囲にあることが好ましい。5%を超えると、耐熱性の改善を目的とする本発明に対して好ましくなく、印刷などの各種加工工程において寸法ズレを起こす以外に、収縮に伴うシワなどの発生が起こり好ましくない。
 得られた延伸フィルムの厚みは特に規定されないが、3~300μm、好ましくは4~250、より好ましくは5~200μmである。3μm以下のフィルムではフィルム自体のコシや強度が不足し、目的とする用途での使用に対して好ましくない。200μmよりも厚くなると生産性が悪く好ましくない。フィルムの厚みは押出フィルムの厚みと後続の延伸倍率により決定され、最終的な厚みを考慮して前述の条件を設定することが好ましい。
 本発明のフィルムの透明性はヘイズ測定などにより求めることができるが、ヘイズが透明性を必要とされる場合には0.05~20%の範囲か、あるいは隠蔽性を要求される場合には80%以上であることが好ましい。ヘイズ値はフィルムを構成する樹脂本来のヘイズ値や添加剤やその添加量にも左右されるが、通常はフィルムの滑り性を付与するための滑剤の量により決定され、ヘイズが0.05%未満の場合には滑剤の量が少なくフィルムの滑り性が不足するため好ましくない。ヘイズが20%以上ではフィルムを包装材料として用いた場合に内容物が見えにくくなり好ましくない。合成紙などの用途として用いる場合易はヘイズが80%未満では隠蔽性が低く内容物が逆に見えてしまい好ましくない。
 得られた延伸フィルムの厚みムラは長手方向および幅方向で0~10%の範囲にあることが好ましい。10%を超えると、巻き上がったロールの外観が悪かったり、印刷時にムラが発生するなどが起こるため好ましくない。厚みムラを低減するためには、延伸中の延伸応力や熱処理時の張力を調整することが好ましく、具体的には、延伸時の温度や延伸速度、熱固定時の温度を適宜調整することにより達成される。
 本発明のフィルムの強度として、測定条件により変わるが、引っ張り試験機でサンプル原長40mm、クロスヘッド部のスピードを毎分200mmで測定される値で代表するが、弾性率は少なくとも2GPa以上であることが好ましい。2GPa未満では印刷などの各種加工中に伸びやすくなることから好ましくない。また、上限は5GPaであることが好ましい。5GPaを超えると生産性の面で好ましくない。
 破断伸度は10%以上であることが好ましく、さらに好ましくは20%以上である。破断伸度が10%未満では製膜中や各種加工中に破断が多発するなど生産性が低下したり、取り扱いがし難いことがある。なお、上限は300%であることが好ましく、さらに好ましくは150%以下である。300%を超えると伸びやすくなり逆に好ましくない。
 このような、高強度、高伸度の延伸フィルムは、先に述べた方法により、ステレオコンプレックスを十分に形成させ、かつ十分に延伸することで始めて得ることができる。また、上記範囲内での強度、伸度は延伸倍率等の延伸条件、ポリ(l)乳酸、ポリ(d)乳酸への若干量の共重合の導入等で調整することができる。
 本発明のフィルムの滑り性は動摩擦係数および静摩擦係数ともに0.2~1.0であることが好ましい。0.2未満では非常に滑りやすいためフィルムロールの巻きズレなどが起こりやすくなり好ましくない。1.0を超えるとフィルムロールへの巻上げが困難になるほか、加工工程において滑り性が悪いことを原因とするシワの発生などが見られるようになり好ましくない。このような滑り性を付与するためには、樹脂中に滑剤を添加する以外に、表面層として滑剤含有層を少なくとも片面に積層する、あるいは表面に滑剤を含むコート層を形成するなどの方法を用いることができる。特に、表面層のみに滑剤を含む層を積層させる方法は透明性と滑り性の両立の面で、最も好ましい方法であり、特に、インラインコート法によるコート層の積層が最も好適である。この場合、キャストシートを一軸方向に延伸した後、結晶配向が完了する前の基材フィルムに塗布する。塗布方法としては、例えばリバースロール・コート法、グラビア・コート法、キス・コート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法及びカーテン・コート法などが挙げられ、これらの方法を単独であるいは組合せて行うことができる。
 コート液の固形分濃度は通常30質量%以下であり、好ましくは10質量%以下である。30重量%以上では粘度が高く、均一な塗工が困難であり、好ましくない。塗布液の塗布量は、固形分として0.005~5g/m2、好ましくは、0.02~0.5g/m2
である。塗布量が0.005g/m2 以下になると、滑剤の脱落や接着改質層との十分な接着強度が得られないため、好ましくない。5g/m2以上になるとブロッキングが発生し、実用上問題がある。
 該コート液が塗布されたフィルムは、延伸及び熱固定のためにテンターに導かれ、そこで加熱されて、安定な被膜を形成し、ポリエステル系績層フィルムとなる。塗布液を塗布する際のクリーン度は埃の付着を少なくするためクラス1000以下が好ましい。
 本発明のフィルムは、各種の加工を施されるが、例示すると、印刷加工、シーラントの積層、シール加工などが挙げられる。印刷加工やシーラント積層加工において、多くの場合、フィルムは長手方向への張力と加熱を受け、伸びやしわの発生しやすい状況となる。フィルムの滑り性が悪い場合、局所的な伸びおよびそれを原因とするシワなどが発生するため、フィルムの滑り性は充分に高いことが好ましく、静摩擦係数および動摩擦係数が0.4以下であることが好ましい。また、加工時には熱および張力が掛かり、フィルムが伸びてしまうことから、弾性率が2~5GPaの範囲にあることが好ましい。2GPa未満では伸びやすくなり、5GPaを超える条件での生産では生産性が低下する。また熱収縮率が大きい場合もシワ発生の原因になることから、120℃、5分での熱収縮率は10%以下であることが好ましい。
 本発明におけるフィルムは印刷性に優れたものとするために、コロナ処理などの処理以外にもインラインコートやオフラインコートなどの方法により易印刷性層を更に積層することが可能である。コート量は0.005~5g/m2の範囲にあることが好ましい。本発明のフィルムの構成上、溶剤に対しての耐性が高いことから、各種の溶剤を使用することが可能であるが、フィルムへの熱や張力による各種特性への影響を最小化するために、溶剤種、温度、張力を勘案して塗工条件は決定されるべきである。具体的な溶剤としては、沸点が200℃以下の溶剤、例示すると、水、アルコール類、ケトン類、エステル類、芳香族類、炭化水素類、塩素系などの使用が可能であり、乾燥温度は200℃以下、好ましくは180℃以下である。
 本発明のフィルムは最表面層に滑剤が添加された層を必須として有しており滑り性に優れている。具体的には静摩擦係数および動摩擦係数が0.4以下であり、滑り性に優れることを原因として、押し出しラミ加工や印刷加工でのシワや局所的なムラが見られない。
 本発明の延伸フィルムはポリ乳酸樹脂から構成されているにもかかわらず、高い融点を有している。そのため、熱収縮率が小さい点で耐熱性に優れている。
 本発明のポリ乳酸は、フィルムだけでなく、射出成形、押出成形、ブロー成形等で各種の成型品を作成することが出来る。その際に260~300℃で溶融して十分にステレオコンプレックスの結晶を融解させても得られた成型品はステレオコンプレックス結晶を再形成する効率が高い。そのために、延伸ボトルや繊維などの成形も可能であり、得られた成形体は力学特性、耐溶剤性、ガスバリア性等のステレオコンプレックスの持つ優れた特性をそのまま有することができる。
 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。実施例中で示される特性は、以下の方法で測定・評価したものである。
1.重量平均分子量
試料8mgを4mlのクロロホルムに溶解して試料溶液を調製した。その後、0.2μmのメンブランフィルターでろ過し、得られた試料溶液のGPC測定を行った。
装置:TOSOH HLC-8220GPC
カラム:TSK gel Super Multipore HZ-M X2+TSK gel
SuperHZ2000(TOSOH)
溶媒:クロロホルム、
流速:0.35ml/min
温度:40℃、検出器:RI
分子量は標準ポリスチレン換算で計算した。
2.残留ラクチド量 (wt%)
試料をクロロホルムDに溶解し、400MHzの核磁気共鳴スペクトル(NMR)装置を用い、ポリ乳酸に由来するプロトンの積分値と残留ラクチドに由来するプロトンの積分値の比から算出した。
3.ガラス転移温度Tg(℃)
JIS K7122に準ずる。島津製作所社製DSC-60型示差走査熱量計を用いて、試料約10.0mgを調製し、30℃~280℃の範囲を20℃/minの昇温速度で測定しDSC曲線を得た。それよりガラス転移の変極点温度を読み取った。
4.融点Tm(℃)
JIS K7122に準ずる。島津製作所社製DSC-60型示差走査熱量計を用いて、試料約10.0mgを調製し、30℃~280℃の範囲を20℃/minの昇温速度で測定しDSC曲線を得た。それより融解ピーク温度を読み取った。
5.280℃処理を施さない溶融エネルギー(ΔHm)
JIS K7122に準ずる。島津製作所社製DSC-60型示差走査熱量計を用いて、試料約10.0mgを調製し、30℃~280℃の範囲を20℃/minの昇温速度で測定しDSC曲線を得た。得られた曲線からステレオコンプレックスの溶融エネルギーを求めた。
6.280℃昇温急冷後の溶融エネルギー(ΔHm)
JIS K7122に準ずる。島津製作所社製DSC-60型示差走査熱量計を用いて、試料約10.0mgを調製し、280℃まで昇温後,3分間保持した。次いでサンプルを取り出し,液体窒素に5分間浸漬した。その後,サンプルを液体窒素から取り出し,室温で10分放置した。その後,30~330℃の範囲を20℃/分の昇温速度で測定し,得られた曲線からステレオコンプレックスの溶融エネルギーを求めた。
7.力学特性(弾性率、破断強度)
 JIS K 7113に準ずる。フィルムの長手方向および幅方向に幅10mm、長さ100mmの試料を、剃刀を用いて切り出して試料とした。測定はチャック間距離40mm、引っ張り速度200mm/分の条件で行い、5回の測定結果の平均値を用いた。測定装置としては島津製作所社製オートグラフAG5000Aを用いた。
8.寸法変化(熱収縮率)
 試験温度150℃、加熱時間30分間とした以外は、JIS C2318に記載の寸法変化試験法に準じた。
9.透明性試験
JIS-K6714に準拠して,東洋精機製作所ヘイズメーターにてヘイズ値を測定した。
(製造例1:PLLAの製造)
 攪拌機、温度計、窒素吹き込み口を備えた2LのSUS304製反応釜にL-ラクチド5000gを入れ、窒素雰囲気下で攪拌しながら温度120℃でラクチドを溶融した後、オクチル酸スズ1.4g、開始剤としてのエチレングリコール5.0g、トリメチルホスフェート2.9gを添加した。添加時のラクチドの重量平均分子量は500以下であった。その後180℃まで昇温し、重合を1.5時間行い、0.1Torrで0.5時間減圧してポリ乳酸(PLLA-1)を合成した。得られた樹脂の重量平均分子量は17.1万、残留ラクチド量は1.1%であった。
(製造例2:PDLAの製造)
 L-ラクチドの代わりにD-ラクチドを用いた以外は同様にして重合を行い、ポリ乳酸樹脂(PDLA-1)を得た。得られた樹脂の重量平均分子量は16.3万、残留ラクチド量は1.3%であった。
(実施例1)
 200℃に設定したメルトプレス機で、PLLA-1をテフロン(登録商標)シートに挟み、プレスし3分間保持した後、冷水で急冷して100μmのシートを作製した。同様の方法でPDLA-2のシートも作製した。これらのシートを交互に各5枚ずつ積層し、200℃でプレスすることで、200μm、層数10層のシートを得た。同様の方法で10層のシートを計10枚作製し、これらをPLLA-1とPDLA-1が接するように積層して200℃でプレスし、層数100層の100μmのシートを得た。同様の方法で10層のシートを10枚作製し、これについても同様にPLLA-1とPDLA-1が接するように積層して、230℃でプレスし、理論層数100層の100μmのシートを得た。同様の方法で100層のシートを10枚作製し、これについても同様にPLLA-1とPDLA-1が接するように積層して、280℃でプレスし、理論層数1000層の100μmのシートを得た。計算では各層の厚みは0.1μmであった。このシートはプレス後冷水で急冷し非晶性のシートとして得た。このシートを昇温速度20℃/分のDSCで測定したところ、Tgは52℃、PLLAおよびPDLAの結晶化ピークは観察されず、PLLAおよびPDLAの融点は167℃、ΔHmは4.1J/g、ステレオコンプレックスPLAのTmは233℃、ΔHmは74.5J/gであった。これを280℃まで昇温後、液体窒素で急冷し、再度昇温速度20℃/分で測定したところ、PLLAおよびPDLAのTmは166℃、ΔHmは16.6J/g、ステレオコンプレックスPLAのTmは223℃、ΔHmは69J/gであり、DSC測定中の昇温において効率よくステレオコンプレックスが形成されていた。
(比較例1)
 200℃に設定したメルトプレス機で、PLLA-1をテフロン(登録商標)シートに挟み、プレスし3分間保持した後、冷水で急冷して100μmのシートを作製した。同様の方法でPDLA-1のシートも作製した。これらのシートを交互に各5枚ずつ積層し、280℃でプレスすることで、100μm、層数10層のシートを得た。計算では各層の厚みは10μmであった。このシートを昇温速度20℃/分のDSCで測定したところ、Tgは52℃、PLLAおよびPDLAの結晶化ピークはそれぞれ103℃、123℃、PLLAおよびPDLAの融点は167℃、ΔHmは23.3J/g、ステレオコンプレックスPLAのTmは221℃、ΔHmは25.1J/.gであった。これを280℃まで昇温後、液体窒素で急冷し、再度昇温速度20℃/分で測定したところ、PLLAおよびPDLAのTmは170℃、ΔHmは23.9J/g、ステレオコンプレックスPLAのTmは222℃、ΔHmは34.1J/gであり、ステレオコンプレックス形成の効率は低いものであった。
(実施例2~5、比較例2~3)
 一部条件を変更する以外は、実施例1と同様にシートを作製した。結果については表1に示す。
(実施例6)
 製造例1に記載のPLLA樹脂と製造例2に記載のPDLAをそれぞれ100℃で一晩真空乾燥させた後、それぞれのペレットを二台の押出機に供給した。220℃で溶融し、スタティックミキサー入口より手口に向けて200/240/280℃の温度勾配をつけた16エレメントのスタティックミキサーを用いてPLLAとPDLAを積層した。その後ストランドを水冷・固化した後、カットし、ペレットを得た。得られた樹脂組成物の物性を表1に示す。
(比較例4)
 製造例1に記載のPLLA樹脂と製造例2に記載のPDLAをそれぞれ100℃で一晩真空乾燥させた後、それぞれのペレットを重量比50/50でブレンドし、バレル温度150/200/280℃、L/D=30(ディメンジョン比)の一軸押出機に供給した。上記の押出機中で溶融・混合し、その後ストランドを水冷・固化した後、カットし、ペレットを得た。得られた樹脂組成物の物性を表1に示す。
(実施例7)
 実施例1において得られた理論層数1000層の急冷シートを原長40mm、幅50mmに切り出し、チャック間距離20mmの手回し延伸に固定後、85℃の熱風オーブン中、3分間予熱した後、変形速度500%/分の速度で2.5倍に一軸延伸した。これを次に一軸延伸と90度方向に同様の温度、速度、倍率で延伸した。二軸延伸されたサンプルは固定されたまま100℃のオーブンで熱固定されて二軸延伸フィルムを得た。得られたフィルムは透明であった。動的粘弾性測定において、80ないし180℃での領域に弾性率低下は見られず、また、弾性率低下温度は190℃と通常のPLLAまたはPDLA単独の二軸延伸フィルムよりも耐熱性が大幅に改善されていた。
(比較例5)
 比較例1に得られた理論層数100層の急冷シートを原長40mm、幅50mmに切り出し、チャック間距離20mmの手回し延伸に固定後、85℃の熱風オーブン中、3分間予熱した後、変形速度500%/分の速度で2.5倍に一軸延伸した。これを次に一軸延伸と90度方向に同様の温度、速度、倍率で延伸した。二軸延伸されたサンプルは固定されたまま180℃のオーブンで熱固定されて二軸延伸フィルムを得た。得られたフィルムは透明であった。動的粘弾性測定において160℃付近での大幅な弾性率低下は見られ、通常のPLLAまたはPDLA単独の二軸延伸フィルムと同等の耐熱性しか有していなかった。
(実施例8)
 200℃に設定したメルトプレス機で、PLLA-1をテフロン(登録商標)シートに挟み、プレスし3分間保持した後、冷水で急冷して100μmのシートを作製した。同様の方法でPDLA-2のシートも作製した。これらのシートを交互に各5枚ずつ積層し、200℃でプレスすることで、200μm、層数10層のシートを得た。同様の方法で10層のシートを計10枚作製し、これらをPLLA-1とPDLA-1が接するように積層して200℃でプレスし、層数100層の100μmのシートを得た。同様の方法で10層のシートを10枚作製し、これについても同様にPLLA-1とPDLA-1が接するように積層して、230℃でプレスし、理論層数100層の100μmのシートを得た。同様の方法で100層のシートを10枚作製し、これについても同様にPLLA-1とPDLA-1が接するように積層して、250℃でプレスし、理論層数1000層の100μmのシートを得た。計算では各層の厚みは0.1μmであった。シート状組成物としては実施例1同様の本発明を満足するものである。このシートはプレス後冷水で急冷した。このシートを原長40mm、幅50mmに切り出し、チャック間距離20mmの手回し延伸に固定後、85℃の熱風オーブン中、3分間予熱した後、変形速度500%/分の速度で2.5倍に一軸延伸したが、1.5倍以上の延伸倍率では破断が観察され延伸できなかった。この結果は上記第1および第2として記載される発明の樹脂組成物は延伸フィルム化するなどの加工を行う前に280℃以上に加熱し一度ステレオコンプレックス結晶を融解させることを意味する点(上記第3に記載される発明)を説明するものである。
(実施例9)
 製造例1に記載のPLLA樹脂と製造例2に記載のPDLAをそれぞれ100℃で一晩真空乾燥させた後、それぞれのペレットを二台の押出機に供給した。220℃で溶融し、スタティックミキサー入口より手口に向けて200/240/280℃の温度勾配をつけた18エレメントのスタティックミキサーを用いてPLLAとPDLAを積層し、280℃に加熱したTダイから押出し、20℃に調整した冷却ロールでシート状に冷却固化させることで多層の未延伸シートを作製した。二台の押出機の吐出量の比率は1:1とした。未延伸シートの厚みは200μmであった。このシートのTgは55℃、融点が232℃であった。このシートをまず75℃の温度で予熱処理を行い、ついで、延伸温度85℃で変形速度5000%/分で3.5倍にMD延伸を行い、引続きこのシートを連続的にテンターに導き、余熱ゾーン85℃、延伸ゾーン85℃で3.5倍にTD延伸し、180℃で熱固定および3%の横弛緩処理を施した後に冷却し、両縁部を裁断除去して、厚さ15μmの二軸延伸ステレオコンプレックスPLA樹脂フィルムを得た。このときのフィルム物性を表1に示す。
(比較例6)
 製造例1に記載のPLLA樹脂と製造例2に記載のPDLAをそれぞれ100℃で一晩真空乾燥させた後、二種のペレットを重量比50/50でブレンドし、押出機で220℃に混練し、220℃のTダイから押出し、20℃に調整した冷却ロールでシート状に冷却固化させることで未延伸シートを作製した。未延伸シートの厚みは200μmであった。DSC測定により、このシートのTgは55℃、高温側の融点が216℃であった。なお、測定後、280℃に5分保持後、急冷下サンプルを再度測定すると、高温側の融点は189℃であった。この結果は明細書中の非特許文献1の結果を再現するもので、本発明の多層化はステレオコンプレックス結晶の融点維持の目的に対して必須の要件であることが分かった。また、上記のシートを75℃の温度で予熱処理を行い、ついで、延伸温度85℃で変形速度5000%/分で3.5倍にMD延伸を行い、引続きこのシートを連続的にテンターに導き、余熱ゾーン85℃、延伸ゾーン85℃で3.5倍にTD延伸した。180℃での熱固定ではフィルムが溶融してしまい、耐熱性に優れたフィルムを得ることができなかった。
(実施例10)
 製造例1に記載のPLLA樹脂と製造例2に記載のPDLAをそれぞれ100℃で一晩真空乾燥させた後、それぞれのペレットにポリアミドエラストマー樹脂(アルケマ製Pebax4033)を3重量%添加したものを二台の押出機に供給した。220℃で溶融し、スタティックミキサー入口より手口に向けて200/240/280℃の温度勾配をつけた12エレメントのスタティックミキサーを用いてPLLAとPDLAを積層し、280℃に加熱したTダイから押出し、20℃に調整した冷却ロールでシート状に冷却固化させることで多層の未延伸シートを作製した。二台の押出機の吐出量の比率は1:1とした。未延伸シートの厚みは250μmであった。ポリアミドエラストマー樹脂添加により、溶融キャスト時のチルロール汚れが大幅に抑制された。このシートのTgは55℃、融点が222℃であった。このシートをまず75℃の温度で予熱処理を行い、ついで、延伸温度85℃で変形速度7000%/分で4倍にMD延伸を行い、引続きこのシートを連続的にテンターに導き、余熱ゾーン85℃、延伸ゾーン90℃で4にTD延伸し、180℃で熱固定および3%の横弛緩処理を施した後に冷却し、両縁部を裁断除去して、厚さ15μmの二軸延伸ステレオコンプレックスPLA樹脂フィルムを得た。このときのフィルム物性を表1に示す。得られたフィルムは耐ピンホール性にも優れていた。
(実施例11)
市販のPLLA(三井化学製レイシアH100)と製造例2記載のPDLAをそれぞれ100℃で一晩真空乾燥させた後,それぞれのペレットを二台の押出機に供給した。220℃で溶融させた後,220℃の4エレメントのスタティックミキサーを用いてPLLAとPDLAを積層した。それを入口側から出口側に向けて250~280℃の温度勾配をつけた256層の多層フィードブロックに通して約4000層に積層し,280℃に加熱したTダイから押出し、35℃に調整した冷却ロールでシート状に冷却固化させることで多層の未延伸シートを作製した。二台の押出機の吐出量の比率は1:1とした。未延伸シートの厚みは400μmであった。このシートのTgは55℃、融点が229℃であった。このシートをまず80℃の温度で予熱処理を行い、ついで、延伸温度85℃で変形速度7000%/分で3.5倍にMD延伸を行い、引続きこのシートを連続的にテンターに導き、余熱ゾーン85℃、延伸ゾーン90℃で3.5倍にTD延伸し、180℃で熱固定および3%の横弛緩処理を施した後に冷却し、両縁部を裁断除去して、厚さ30μmの二軸延伸ステレオコンプレックスPLA樹脂フィルムを得た。このときのフィルム物性を表1に示す。
(実施例12)
 製造例1に記載のPLLA樹脂と製造例2に記載のPDLAをそれぞれ100℃で一晩真空乾燥させた後、二台の押出機に供給した。220℃で溶融し、スタティックミキサー入口より手口に向けて200/240/280℃の温度勾配をつけた10エレメントのスタティックミキサーを用いてPLLAとPDLAを積層したものを3層フィードブロックの両スキン層側とした。コア層側樹脂としては,PLLAと脂肪族芳香族ポリエステル樹脂(BASF製エコフレックス)を重量比50/50で混合した樹脂を用い,A/B/A型の2種3層構成(厚み比率:25/50/25)とした。これを280℃に加熱したTダイから押出し、20℃に調整した冷却ロールでシート状に冷却固化させることで多層の未延伸シートを作製した。PLLAとPDLAの吐出量の比率は1:1とした。未延伸シートの厚みは250μmであり,そのうちの両スキン層はそれぞれ50μmであった。このシートのスキン層側のTgは55℃、融点が224℃であった。このシートをまず75℃の温度で予熱処理を行い、ついで、延伸温度85℃で変形速度7000%/分で4倍にMD延伸を行い、引続きこのシートを連続的にテンターに導き、余熱ゾーン85℃、延伸ゾーン90℃で4倍にTD延伸し、180℃で熱固定および3%の横弛緩処理を施した後に冷却し、両縁部を裁断除去して、厚さ15μmの二軸延伸ステレオコンプレックスPLA樹脂フィルムを得た。このときのフィルム物性を表1に示す。コア層に上記の層を導入することにより、耐ピンホール性が大幅に向上した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 本発明記載のポリ乳酸樹脂およびそれから得られるポリ乳酸フィルムは、通常のポリ乳酸樹脂およびポリ乳酸樹脂フィルムと比較して高温での使用が可能で、印刷などの各種加工適性や透明性などの外観にも優れ、生産性も高く、工業的に利用価値の高いものである。食品、医薬品、雑貨などの包装用材料以外にも、成型材料などの工業用材料としても好適に使用可能である。

Claims (3)

  1.  L体含有量が90~100モル%のポリ-L-乳酸を主成分とする樹脂組成物(l)と、D体含有量が90~100モル%のポリ-D-乳酸を主成分とする樹脂組成物(d)を、それぞれ0.01~2.5μmの単層厚みとし、(l)と(d)が交互に積層されており、試料10mgでのDSC測定において、210℃以上に融点のピークが見られ、280℃に昇温し3分間保持し、直ちに急冷した後、更に昇温速度が毎分20℃でのDSC測定において溶融エネルギーが60J/g以上であることを特徴とするポリ乳酸樹脂組成物。
  2.  樹脂組成物(l)及び樹脂組成物(d)が、スタティックミキサーまたは多層フィードブロックを通過させることにより交互に積層されている請求項1に記載のポリ乳酸樹脂組成物。
  3.  請求項1又は2に記載のポリ乳酸樹脂組成物を用い、280℃以上に加熱後急冷された後に、少なくとも一方向に延伸されてなるポリ乳酸樹脂延伸フィルム。
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