ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法
【課題】低コストで製造でき、ステレオコンプレックス結晶の含有率が増大し、かつ分子量が増大しうるポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法を提供する。
【解決手段】重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、または重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程を含む、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法である。
【解決手段】重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、または重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程を含む、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、地球環境配慮の観点から石油原料に依存しない環境低負荷型のバイオベース材料が期待されている。その中でも、ポリ−L−乳酸(以下、単にPLLAとも称する)は、汎用性プラスチックに匹敵する機械的強度を有しているが、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートに代表される石油化学系ポリエステルと比較すると耐熱性に乏しく、利用が制限されている。このような現状を打開すべく、ポリ乳酸の耐熱性向上について検討がなされてきた。その一つに、PLLAとその光学異性体であるポリ−D−乳酸(以下、単にPDLAとも称する)とを混合することにより得られるステレオコンプックスポリ乳酸がある。ステレオコンプレックスポリ乳酸は、ステレオコンプレックス結晶が形成され、耐熱性の向上が期待される。しかしながら、高分子量のPLLAとPDLAとを1:1の質量比で混合すると、ステレオコンプレックス結晶の形成のみならず、PLLAまたはPDLA単独の結晶も形成されるため、高融点を有するステレオコンプレックスポリ乳酸(以下、単にSc−PLAとも称する)の特徴が十分に生かされない問題があった。そこで、PLLAとPDLAとの混合によるSc−PLAの製造方法とは別に、PLLAとPDLAとを等量混合し、PLLAとPDLAとを反応させ共有結合させる、ポリ乳酸ブロック共重合体の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、ポリ乳酸ブロック共重合体の分子間のL−乳酸単位の連鎖とD−乳酸単位の連鎖との間で、優先的にSc−PLAが生成し、示差走査熱量測定(DSC)のチャート上にPLLAまたはPDLA単独の結晶の融解ピークは観測されないというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−356543号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
現在、ポリ−D−乳酸単位(D成分)の原料となるD−ラクチドまたはD−乳酸は、供給源が限られているうえに流通量が少なく、ポリ−L−乳酸単位(L成分)の原料となるL−ラクチドまたはL−乳酸と比較して市場価格が高い。よって、D成分とL成分とを等量混合した場合、D成分とL成分との質量比が1:1であるステレオコンプレックスポリ乳酸の製造コストも必然的に高くなる。
【0005】
また、上記の特許文献1には、ポリ−L−乳酸ブロック(以下、PLLAブロックとも称する)とポリ−D−乳酸ブロック(以下、PDLAブロックとも称する)とからなるマルチブロックコポリマーの製造方法が開示されており、前記マルチブロックコポリマーはステレオコンプレックス結晶のみを含むステレオコンプレックスポリ乳酸であるとされている。しかしながら、前記マルチブロックコポリマーのブロック数を増やす度に再沈殿を実施しなくてはならず、工業生産には不向きであるという問題がある。
【0006】
さらに、上記の特許文献1に記載の技術では、PLLAとPDLAとのブレンド比率が、30/70〜70/30(質量比)の範囲を外れると、立体特異的な結合であるステレオコンプレックスの形成を阻害し、得られるポリ乳酸系重合体の結晶融解開始温度を180℃以上とすることが困難であり、幅広い成形温度の範囲に対応できないという問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、低コストで製造でき、ステレオコンプレックス結晶の含有率が増大し、かつ分子量が増大しうるポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造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】
【0008】
本発明者らは、上記の従来技術に鑑み、鋭意検討を積み重ねた。その結果、重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸と、重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸またはポリ−L−乳酸とを、それぞれディールス・アルダー反応させる工程を含むポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法により上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、または、重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、を含む、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法である。
【発明の効果】
【0010】
本発明の製造方法によれば、ポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの組成(質量比)が偏っていても、ステレオコンプレックス結晶の含有率が高く、かつ分子量が高いポリ乳酸マルチブロック共重合体が得られうる。そのため、製造段階でポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸との製造コストの差および/または価格差がある場合に、安価なほうをより多く用いることにより、従来のステレオコンプレックスポリ乳酸と同等の特性を有し、低コストで、かつ高機能および高付加価値を有する製品を製造し提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】製造例1で得られた重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(A−PLLA)の1H−NMRチャートである。
【図2】製造例2で得られた重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(A−PLLA−A)の1H−NMRチャートである。
【図3】製造例3で得られた末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸(M−PDLA)の1H−NMRチャートである。
【図4】実施例1で得られたポリ乳酸トリブロック共重合体の1H−NMRチャートである。
【図5】実施例1で得られたポリ乳酸トリブロック共重合体のDSCチャートであり、aは、下記表3に示す第1の加熱を受けた後のDSCチャートであり、bは、下記表3に示す第2の加熱を受けた後のDSCチャートである。
【図6】製造例3で合成したA−PLLAの1H−NMRスペクトルである。
【図7】製造例3で合成したA−PLLA−Aの1H−NMRスペクトルである。
【図8】製造例4で合成したM−PDLAの1H−NMRスペクトルである。
【図9】製造例4で合成したM−PDLA−Mの1H−NMRスペクトルである。
【図10】実施例2で得られたPDLA−m−PLLAの1H−NMRチャートである。
【図11】実施例2で得られたポリ乳酸マルチブロック共重合体のDSCチャートであり、aは、下記表3に示す第1の加熱を受けた後のDSCチャートであり、bは、下記表3に示す第2の加熱を受けた後のDSCチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明は、重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、または、重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、を含む、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法である。
【0013】
本明細書において、「ポリ乳酸マルチブロック共重合体」とは、ポリ−L−乳酸ブロックおよびポリ−D−乳酸ブロックの両方を有し、かつこれらのブロックが3つ以上交互に連結されている共重合体を意味する。
【0014】
より具体的には、下記化学式(1)〜(2)で表されるトリブロック共重合体、および下記化学式(3)で表されるマルチブロック共重合体を意味する。なお、化学式(1)〜(3)中、PLLAはポリ−L−乳酸ブロックを表し、PDLAはポリ−D−乳酸ブロックを表し、pは2以上の整数を表す。
【0015】
【化1】
【0016】
重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と、重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させると、上記化学式(1)で表されるトリブロック共重合体が得られる。また、重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と、重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させると、上記化学式(2)で表されるトリブロック共重合体が得られる。さらに、重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と、重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させると、上記化学式(3)で表されるマルチブロック共重合体が得られる。加えて、重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と、重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させても、上記化学式(3)で表されるマルチブロック共重合体が得られる。
【0017】
これまで、ステレオコンプレックスポリ乳酸ブロック共重合体の合成は、二段階の重合反応で合成されていた。すなわち、一段階目にポリ乳酸マクロ開始剤を重合により合成し、二段階目に前記ポリ乳酸マクロ開始剤を用いてさらに乳酸の重合を行っていた。しかしながら、前記ポリ乳酸マクロ開始剤の分子量が大きい場合には、二段階目の重合が進行せず、高分子量のステレオコンプレックスポリ乳酸ブロック共重合体が得られ難いといった問題があった。
【0018】
これに対し、本発明の製造方法によると、ポリ乳酸マルチブロック共重合体は、ディールス・アルダー反応を用いて製造される。これにより、ポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの組成(質量比)が偏っていても、ステレオコンプレックス結晶の含有率が高く、かつ分子量が高いポリ乳酸マルチブロック共重合体となりうる。そのため、製造段階でポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸との製造コストの差および/または価格差がある場合に、安価なほうをより多く用いることにより、従来のステレオコンプレックスポリ乳酸と同等の特性を有し、低コストで、かつ高機能および高付加価値を有する製品を製造し提供することができる。
【0019】
加えて、ディールス・アルダー反応による利点としては、(1)高分子量のブロック鎖であっても反応性が高く、容易にブロック共重合体が製造できる;(2)開始剤の量によりブロック鎖の分子量を設計することが容易となるため、ポリ乳酸トリブロック共重合体またはポリ乳酸マルチブロック共重合体全体の分子量を精密に制御することが可能となる;(3)逆ディールス・アルダー反応により、ステレオコンプレックスポリ乳酸トリブロック共重合体またはステレオコンプレックスポリ乳酸マルチブロック共重合体に含まれるブロックを各ブロックに分解することができるため、繰り返しリサイクルすることができ、環境負荷が軽減されうる;などの点が挙げられる。
【0020】
さらに、本発明のポリ乳酸マルチブロック共重合体は、ポリ−L−乳酸ブロックおよびポリ−D−乳酸ブロックの両方を有し、かつこれらのブロックが3つ以上交互に連結されている。これにより、結晶化の促進のみならず分子鎖間の架橋構造も形成されやすいという長所を有する。
【0021】
以下、本発明のポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法を詳細に説明する。
【0022】
(重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)
ディールス・アルダー反応の原料となる、重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にA−PLLA−Aとも称する)、重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にA−PDLA−Aとも称する)、重合体鎖の両末端にフラニル基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にF−PLLA−Fとも称する)、重合体鎖の両末端にフラニル基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にF−PDLA−Fとも称する)は、以下のような構成を有する。
【0023】
A−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fは、下記化学式(4)で表されるL−乳酸単位またはD−乳酸単位から実質的に構成される。
【0024】
【化2】
【0025】
A−PLLA−AまたはF−PLLA−Fは、アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中またはフラニル基を除いたF−PLLA−F中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは92〜100モル%、さらに好ましくは95〜100モル%のL−乳酸単位から構成される。前記アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中のL−乳酸単位,または前記フラニル基を除いたF−PLLA−F中のL−乳酸単位が90モル%以上であれば、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0026】
前記A−PLLA−Aまたは前記F−PLLA−Fは、L−乳酸単位以外の構成単位を含んでいてもよい。L−乳酸単位以外の構成単位の含有量は、アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中またはフラニル基を除いたF−PLLA−F中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは10〜0モル%、より好ましくは8〜0モル%、さらに好ましくは5〜0モル%である。アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中またはフラニル基を除いたF−PLLA−F中に含まれうるL−乳酸単位以外の構成単位の例としては、D−乳酸単位、乳酸以外の化合物由来の構成単位などが挙げられる。
【0027】
A−PDLA−AまたはF−PDLA−Fは、アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中またはフラニル基を除いたF−PDLA−Fのすべての構成単位を100モル%として、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは92〜100モル%、さらに好ましくは95〜100モル%のD−乳酸単位から構成される。前記アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中または前記フラニル基を除いたF−PDLA−F中のD−乳酸単位が90モル%以上であれば、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0028】
前記A−PDLA−Aまたは前記F−PDLA−Fは、L−乳酸単位以外の構成単位を含んでいてもよい。L−乳酸単位以外の構成単位の含有量は、アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中またはフラニル基を除いたF−PDLA−F中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは10〜0モル%、より好ましくは8〜0モル%、さらに好ましくは5〜0モル%である。アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中またはフラニル基を除いたF−PDLA−F中に含まれうるD−乳酸単位以外の構成単位の例としては、L−乳酸単位、乳酸以外の化合物由来の構成単位などが挙げられる。
【0029】
アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中、アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中、フラニル基を除いたF−PLLA−F中、またはフラニル基を除いたF−PDLA−F中に含まれうる乳酸以外の化合物由来の構成単位の例としては、例えば、ジカルボン酸由来の単位、多価アルコール由来の単位、ヒドロキシカルボン酸由来の単位、もしくはラクトン由来の単位、またはこれらの構成単位から得られるポリエステル由来の単位、ポリエーテル由来の単位、もしくはポリカーボネート由来の単位などが好ましく挙げられる。ただし、これらに制限されるものではない。
【0030】
前記ジカルボン酸の例としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、またはイソフタル酸などが好ましく挙げられる。前記多価アルコールの例としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、グリセリン、ソルビタン、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、もしくはポリプロピレングリコール等の脂肪族多価アルコール、またはビスフェノールにエチレンオキシドを付加させた芳香族多価アルコールなどが好ましく挙げられる。前記ヒドロキシカルボン酸の例として、例えば、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸などが好ましく挙げられる。前記ラクトンの例としては、例えば、グリコリド、ε−カプロラクトングリコリド、ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、δ−ブチロラクトン、β−またはγ−ブチロラクトン、ピバロラクトン、またはδ−バレロラクトンなどが好ましく挙げられる。
【0031】
より高い融点を有する重合体を得るという観点から、前記A−PLLA−Aまたは前記F−PLLA−F中のL−乳酸単位とD−乳酸単位との質量比は、L−乳酸単位/D−乳酸単位=95/5〜100/0の範囲であることが好ましい。また、より高い融点を有する重合体を得るという観点から、前記A−PDLA−Aまたは前記F−PDLA−F中のD−乳酸単位とL−乳酸単位との質量比は、D−乳酸単位/L−乳酸単位=95/5〜100/0の範囲であることが好ましい。
【0032】
A−PLLA−AまたはA−PDLA−Aを製造する方法は制限されないが、例えば、重合開始剤としてアントラセン化合物を用いてL−乳酸またはD−乳酸を脱水縮合した後に得られる重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にA−PLLAとも称する)または重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にA−PDLAとも称する)を、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法;重合開始剤としてアントラセン化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合してA−PLLAまたはA−PDLAを得た後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法;などが挙げられる。重合開始剤としてアントラセン化合物を用いL−ラクチドを開環重合するかまたはL−乳酸を脱水縮合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行えばA−PLLA−Aが得られる。重合開始剤としてアントラセン化合物を用い、D−ラクチドを開環重合するかまたはD−乳酸を脱水縮合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行えばA−PDLA−Aが得られる。
【0033】
F−PLLA−FまたはF−PDLA−Fを製造する方法も特に制限されないが、例えば、重合開始剤としてフラン化合物を用いてL−乳酸またはD−乳酸を脱水縮合した後に得られる重合体鎖の片末端にフラニル基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にF−PLLAとも称する)または重合体鎖の片末端にフラニル基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にF−PDLAとも称する)を、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法;重合開始剤としてフラン化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合してF−PLLAまたはF−PDLAを得た後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法;などが挙げられる。重合開始剤としてフラン化合物を用いL−ラクチドを開環重合するかまたはL−乳酸を脱水縮合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行えばF−PLLA−Fが得られる。重合開始剤としてフラン化合物を用い、D−ラクチドを開環重合するかまたはD−乳酸を脱水縮合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行えばF−PDLA−Fが得られる。
【0034】
なかでも、高分子量体を得やすく、分子量の制御も容易であることから、重合開始剤としてアントラセン化合物またはフラン化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法が好ましい。以下、重合開始剤としてアントラセン化合物またはフラン化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合した後ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法についてさらに詳細に述べるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0035】
該開環重合および該カップリング反応は、例えば、下記反応式(1)で表される。下記反応式(1)は、アントラセン化合物として2−(ヒドロキシメチル)アントラセンを用いたL−ラクチドの開環重合により、A−PLLAが合成され、さらに、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)を用いてカップリング反応を行い、A−PLLA−Aが合成される例である。重合触媒は、オクチル酸スズ(Sn(Oct)2)を使用している。
【0036】
【化3】
【0037】
前記反応式(1)中、nは、繰り返し単位の数を表し、好ましくは20〜1,200の整数である。
【0038】
[開環重合]
重合開始剤として用いられるアントラセン化合物の例としては、例えば、2−(ヒドロキシメチル)アントラセン、2−(ヒドロキシエチル)アントラセン等の2−(ヒドロキシアルキル)アントラセン類が好ましく挙げられる。なかでも、ディールス・アルダー反応の反応性の観点から、2−(ヒドロキシメチル)アントラセン、2−(ヒドロキシエチル)アントラセンがより好ましい。
【0039】
重合開始剤として用いられるフラン化合物の例としては、例えば、2−フラノアルコール類が好ましく挙げられる。なかでも、ディールス・アルダー反応の反応性の観点から、フルフリルアルコールがより好ましい。
【0040】
前記アントラセン化合物または前記フラン化合物の使用量は、得られるA−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fの分子量により適宜選択しうるが、L−ラクチドまたはD−ラクチド 1molに対して、好ましくは0.008〜0.05mol、より好ましくは0.01〜0.025molである。
【0041】
用いられるL−ラクチドまたはD−ラクチドの純度は、特に制限されないが、高い分子量を有するポリマーを得るという観点から、前記L−ラクチド中または前記D−ラクチド中に含まれる遊離酸が、前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチド100質量%に対して、10質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.15質量%以下であることがさらに好ましく、0.05質量%以下であることが特に好ましい。前記L−ラクチド中または前記D−ラクチド中の遊離酸が、10質量%以下であれば、開環重合反応が効率よく進行する。前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドを精製する方法は特に制限されず、例えば、晶析もしくは蒸留など従来公知の方法、特開2004−149419号公報に記載の方法などを、適宜選択して採用することができる。
【0042】
前記開環重合は、有機溶媒と重合触媒との存在下で行われうる。前記重合触媒は、重合反応を進行させるものであれば、特に制限されず、例えば、第2族元素、希土類金属、第4周期の遷移金属、アルミニウム、ゲルマニウム、スズおよびアンチモンからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む化合物などが好ましく挙げられる。前記第2族元素の例としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムなどが挙げられる。前記希土類元素の例としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウムなどが挙げられる。前記第4周期の遷移金属の例としては、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、チタンなどが挙げられる。
【0043】
上記のような金属元素を含む重合触媒の例としては、上記で例示した金属のカルボン酸塩、上記で例示した金属のアルコキシド、上記で例示した金属のアリールオキシド、または上記で例示した金属のβ−ジケトンのエノラートなどが好ましく挙げられ、これらは単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。重合活性や色相を考慮した場合、前記金属元素を含む重合触媒は、オクチル酸スズ(2−エチルへキサン酸スズ)、チタンテトライソプロポキシド、およびアルミニウムトリイソプロポキシドからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、オクチル酸スズ(2−エチルへキサン酸スズ)がさらに好ましい。
【0044】
前記金属元素を含む重合触媒の使用量は、前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチド100質量部に対して、好ましくは0.001〜0.5質量部、より好ましくは0.002〜0.4質量部、さらに好ましくは0.003〜0.3質量部である。前記金属元素を含む重合触媒の使用量が、上記の範囲であれば、反応の進行が速く、ポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの組成比(質量比)が偏って製造される場合のポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造コストを低減する効果が得られやすく、また、反応の制御がしやすいため、得られる重合体のラセミ化や分散度の増加、着色などが起こりにくく、得られる重合体の用途が制限されにくい。
【0045】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合の雰囲気は、特に制限されるものではないが、生成物の着色を抑制する等の理由から、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
【0046】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合の反応時間は、好ましくは10分〜7時間、より好ましくは15分〜5時間である。反応時間が上記の範囲であれば、反応が十分に進行し、得られるポリマーの分散度の増加または着色などが起こりにくい。
【0047】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合の反応温度は、好ましくは80〜210℃、より好ましくは85〜200℃である。反応温度が上記の範囲であれば、反応の進行が速く、ポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの組成比(質量比)が偏って製造される場合のポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造コストを低減する効果が得られやすく、また、反応の制御がしやすいため、得られる重合体のラセミ化や分散度の増加、着色などが起こりにくく、得られる重合体の用途が制限されにくい。
【0048】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合の反応圧力は、溶液中で開環重合を進行させることができる範囲内であれば、特に制限されるものではなく、大気圧下、減圧下、および加圧下のいずれで行ってもよい。耐圧性の製造装置が不要であり製造コストの低減に寄与できるなどの観点から、大気圧下で行うことが好ましい。
【0049】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合は、従来公知の製造装置、例えば、ヘリカルリボン翼などの高粘度用撹拌翼を備えた縦型反応容器などを用いて行うことができる。
【0050】
[カップリング反応]
重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するA−PLLA−AもしくはA−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fは、特に制限されないが、上記開環重合で得られたA−PLLA、A−PDLA、F−PLLA、またはF−PDLAを、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応させて得られたものであることが好ましい。A−PLLAまたはA−PDLAのもう一方の末端に存在するヒドロキシル基と、ジイソシアネート化合物の2つのNCO基とがカップリング反応して、A−PLLA−AまたはA−PDLA−Aが得られる。同様に、F−PLLAまたはF−PDLAのもう一方の末端に存在するヒドロキシル基と、ジイソシアネート化合物の2つのNCO基とがカップリング反応して、F−PLLA−FまたはF−PDLA−Fが得られる。
【0051】
カップリング反応で用いられるジイソシアネート化合物の例としては、例えば、エチレンジイソシアネート、1,2−プロパンジイソシアネート、1,3−プロパンジイソシアネート、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、1,8−オクタメチレンジイソシアネート、1,9−ノナメチレンジイソシアネート、1,10−デカメチレンジイソシアネート、1,11−ウンデカメチレンジイソシアネート、1,12−ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジメチルイソシアネート、2−メチル−1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、p,p’−シクロヘキシルメタンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルエーテル−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルスルホン−4,4’−ジイソシアネートなどが好ましく挙げられる。なかでも、入手の容易さの観点から、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートがより好ましい。
【0052】
なお、該カップリング反応は、開環重合終了後、A−PLLA,A−PLDA、F−PLLA、またはF−PDLAの単離・精製を行わずに、連続して行うことができる。よって、反応雰囲気は、上記開環重合の際に用いた雰囲気をそのまま適用することができる。
【0053】
上記ジイソシアネート化合物の使用量は、開環重合の開始剤であるアントラセン化合物またはフラン化合物の使用量から決定すればよい。アントラセン化合物またはフラン化合物1分子が、ポリ乳酸の重合体鎖の片末端に1つ結合するため、アントラセン化合物またはフラン化合物の使用モル数は、開環重合直後に得られる重合体のモル数と同じであると見なして良いからである。
【0054】
より具体的には、重合開始剤1モルに対して、ジイソシアネート化合物が0.40〜0.60モルであることが好ましく、0.45〜0.55モルであることがより好ましい。この範囲であれば、効率良く目的のカップリング物が得られる。
【0055】
該カップリング反応の反応温度は、150〜210℃であることが好ましく、170〜190℃であることがより好ましい。また、反応時間は、5〜60分であることが好ましく、10〜20分であることがより好ましい。
【0056】
前記A−PLLA−Aは、アントラセン化合物の存在下でL−ラクチドを開環重合し、さらにジイソシアネート化合物によるカップリング反応を行った後、余剰のラクチドを除去したものであることが好ましい。同様に前記A−PDLA−Aは、アントラセン化合物の存在下でD−ラクチドを開環重合した後、余剰のラクチドを除去したものであることが好ましい。さらに、前記F−PLLA−Fは、フラン化合物の存在下でL−ラクチドを開環重合し、さらにジイソシアネート化合物によるカップリング反応を行った後、余剰のラクチドを除去したものであることが好ましい。同様に、前記F−PDLA−Fは、フラン化合物の存在下でD−ラクチドを開環重合した後、余剰のラクチドを除去したものであることが好ましい。前記A−PLLA−A、前記A−PDLA−A、前記F−PLLA−F、または前記F−PDLA−Fから余剰のラクチドを除去することによって、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点を高くすることができるため好ましい。
【0057】
余剰のラクチドの除去方法は、特に制限されず、例えば、反応系内の減圧、有機溶剤による洗浄(精製)などの操作により行うことができるが、操作の簡易性から、反応系内を減圧することにより行うことが好ましい。
【0058】
かかる減圧条件としては、特に制限されるものではないが、重合反応終了後の系内の温度を、好ましくは130〜250℃、より好ましくは150〜230℃の範囲とし、系内の圧力は好ましくは70kPa以下、より好ましくは15kPa以下とする。温度が前記の範囲であれば、系内の粘度の増加や系内の固化が抑制され、容易に装置を運転することができる。また、ラクチドの解重合反応が進行を抑制し、得られるA−PLLA−AまたはA−PDLA−Aの分散度の増加を抑制することができる。また、系内圧力が70kPa以下であれば、ラクチドの除去を十分に行うことができる。
【0059】
減圧時の雰囲気は、特に制限されるものではないが、残留ラクチドの分解やポリマーの着色を抑制するという観点から、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
【0060】
また、前記A−PLLA−A中、前記A−PDLA−A中、前記F−PLLA−F中、または前記F−PDLA−F中のラクチドの残留量が多いと、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が低下する場合があることから、前記のような余剰のラクチドの除去処理の有無にかかわらず、前記A−PLLA−A、前記A−PDLA−A、前記F−PLLA−F、または前記F−PDLA−Fは、L−ラクチドまたはD−ラクチドの含有量が少ない方が好ましい。
【0061】
すなわち、前記A−PLLA−A中のL−ラクチドの含有量は、前記A−PLLA−Aの質量に対して0〜5質量%であることが好ましく、0〜1質量%であることがより好ましく、0〜0.5質量%であることがさらに好ましく、0〜0.1質量%であることが特に好ましい。また、前記F−PLLA−F中のL−ラクチドの含有量は、前記F−PLLA−Fの質量に対して0〜5質量%であることが好ましく、0〜1質量%であることがより好ましく、0〜0.5質量%であることがさらに好ましく、0〜0.1質量%であることが特に好ましい。
【0062】
さらに、前記A−PDLA−A中のD−ラクチドの含有量は、前記A−PDLA−Aの質量に対して0〜5質量%であることが好ましく、0〜1質量%であることがより好ましく、0〜0.5質量%であることがさらに好ましく、0〜0.1質量%であることが特に好ましい。また、前記F−PDLA−F中のD−ラクチドの含有量は、前記F−PDLA−Fの質量に対して0〜5質量%であることが好ましく、0〜1質量%であることがより好ましく、0〜0.5質量%であることがさらに好ましく、0〜0.1質量%であることが特に好ましい。
【0063】
前記A−PLLA−A中もしくは前記F−PLLA−F中のL−ラクチドの含有量、または前記A−PDLA−A中もしくは前記F−PDLA−F中のD−ラクチドの含有量が5質量%以下であれば、得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0064】
前記A−PLLA−A、前記A−PDLA−A、前記F−PLLA−F、または前記F−PDLA−Fの重量平均分子量は、好ましくは5,000〜200,000、より好ましくは7,000〜150,000、さらに好ましくは8,000〜100,000である。重量平均分子量が前記の範囲であれば、ポリ乳酸マルチブロック共重合体中のステレオコンプレックス結晶の含有率が、高くなりやすい。なお、本発明において、重量平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography:ゲル浸透クロマトグラフィ)法により測定したポリスチレン換算の値を採用するものとする。さらに具体的には、後述の実施例に記載の測定方法により測定した値を採用するものとする。
【0065】
A−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fの重合反応が終了した後、あるいは上記の余剰のラクチドの除去が終了した後は、得られた生成物を、例えば、ジクロロメタンなどの溶媒に溶解し、メタノールなどの貧溶媒中に投入して再沈殿させ、沈殿物を濾過・分離し乾燥するなど公知の方法によって、A−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fを分離・精製することができる。
【0066】
(重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)
ディールス・アルダー反応のもう一方の原料となる、重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸は、(a)重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にM−PLLAとも称する);(b)重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にM−PDLAとも称する);(c)重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にM−PLLA−Mとも称する);(d)重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にM−PDLA−Mとも称する);の4種があり、いずれも本発明のディールス・アルダー反応に用いられうる。
【0067】
M−PLLA、M−PDLA、M−PLLA−M、およびM−PDLA−Mは下記化学式(4)で表されるL−乳酸単位またはD−乳酸単位から実質的に構成される。
【0068】
【化4】
【0069】
M−PLLA(またはM−PLLA−M)は、マレイミド基を除いたM−PLLA(またはM−PLLA−M)中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは92〜100モル%、さらに好ましくは95〜100モル%のL−乳酸単位から構成される。前記マレイミド基を除いたM−PLLA(またはM−PLLA−M)中のL−乳酸単位が90モル%以上であれば、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0070】
前記M−PLLA(またはM−PLLA−M)は、L−乳酸単位以外の構成単位を含んでいてもよい。L−乳酸単位以外の構成単位の含有量は、マレイミド基を除いたM−PLLA(またはM−PLLA−M)中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは10〜0モル%、より好ましくは8〜0モル%、さらに好ましくは5〜0モル%である。マレイミド基を除いたM−PLLA(またはM−PLLA−M)中に含まれうるL−乳酸単位以外の構成単位の例としては、D−乳酸単位、乳酸以外の化合物由来の構成単位などが挙げられる。
【0071】
M−PDLA(またはM−PDLA−M)は、マレイミド基を除いたM−PDLA(またはM−PDLA−M)中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは92〜100モル%、さらに好ましくは95〜100モル%のD-乳酸単位から構成される。前記マレイミド基を除いたM−PDLA(またはM−PDLA−M)中のD−乳酸単位が90モル%以上であれば、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0072】
前記M−PDLA(またはM−PDLA−M)は、D−乳酸単位以外の構成単位を含んでいてもよい。D−乳酸単位以外の構成単位の含有量は、マレイミド基を除いたM−PDLA(またはM−PDLA−M)中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは10〜0モル%、より好ましくは8〜0モル%、さらに好ましくは5〜0モル%である。マレイミド基を除いたM−PDLA(またはM−PDLA−M)中に含まれうるD−乳酸単位以外の構成単位の例としては、L−乳酸単位、乳酸以外の化合物由来の構成単位などが挙げられる。
【0073】
マレイミド基を除いたM−PLLA(もしくはM−PLLA−M)中、またはマレイミド基を除いたM−PDLA(もしくはM−PDLA−M)中に含まれうる乳酸以外の化合物由来の構成単位の例としては、ジカルボン酸由来の単位、多価アルコール由来の単位、ヒドロキシカルボン酸由来の単位、もしくはラクトン由来の単位、またはこれらの構成単位から得られるポリエステル由来の単位、ポリエーテル由来の単位、もしくはポリカーボネート由来の単位などが好ましく挙げられる。ただし、これらに制限されるものではない。
【0074】
前記ジカルボン酸の例としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、またはイソフタル酸などが好ましく挙げられる。前記多価アルコールの例としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、グリセリン、ソルビタン、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、もしくはポリプロピレングリコール等の脂肪族多価アルコール、またはビスフェノールにエチレンオキシドを付加させた芳香族多価アルコールなどが好ましく挙げられる。前記ヒドロキシカルボン酸の例として、例えば、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸などが好ましく挙げられる。前記ラクトンの例としては、例えば、グリコリド、ε−カプロラクトングリコリド、ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、δ−ブチロラクトン、β−またはγ−ブチロラクトン、ピバロラクトン、またはδ−バレロラクトンなどが好ましく挙げられる。
【0075】
より高い融点を有する重合体を得るという観点から、前記M−PLLA(またはM−PLLA−M)中のL−乳酸単位とD−乳酸単位との質量比は、L−乳酸単位/D−乳酸単位=95/5〜100/0の範囲であることが好ましい。また、より高い融点を有する重合体を得るという観点から、前記M−PDLA(またはM−PDLA−M)中のD−乳酸単位とL−乳酸単位との質量比は、D−乳酸単位/L−乳酸単位=95/5〜100/0の範囲であることが好ましい。
【0076】
M−PLLA、M−PDLA、M−PLLA−M、およびM−PDLA−Mの製造方法については、アントラセン化合物またはフラン化合物の代わりにマレイミド化合物を重合開始剤として用いること以外は、上記の「(重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)」中の「[開環重合]」および「[カップリング反応]」の項で説明した製造方法と同様の製造方法を採用することができる。すなわち、重合開始剤としてマレイミド化合物を用い、L−ラクチドを開環重合するか、またはL−乳酸を脱水縮合すればM−PLLAが得られる。重合開始剤としてマレイミド化合物を用い、D−ラクチドを開環重合するか、またはD−乳酸を脱水縮合すればM−PDLAが得られる。さらに、上記M−PLLAをジイソシアネート化合物によりカップリングすれば、M−PLLA−Mが得られ、上記M−PDLAをジイソシアネート化合物によりカップリングすれば、M−PDLA−Mが得られる。
【0077】
開環重合については、高分子量体を得やすく、分子量の制御も容易であることから、重合開始剤としてマレイミド化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合する方法が好ましい。
【0078】
該開環重合は、例えば、下記反応式(2)で表される。下記反応式(2)は、マレイミド化合物としてN−(2−ヒドロキシエチル)マレイミドを用いたD−ラクチドの開環重合により、M−PDLAが合成される例である。重合触媒は、オクチル酸スズ(Sn(Oct)2)を使用している。
【0079】
【化5】
【0080】
前記反応式(2)中、mは、繰り返し単位の数を表し、好ましくは20〜1,200の整数である。
【0081】
マレイミド化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合させる際の原料ラクチドの種類や純度、重合触媒などの各種添加剤の種類や使用量、反応条件(温度、時間、圧力、雰囲気など)、反応装置、重合後の余剰のラクチドの除去、重合後の分離・精製などは、前述の「(重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)」の項で説明した内容と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、ジイソシアネート化合物によるカップリング反応の条件についても、前述の「(重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)」の項で説明した内容と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0082】
M−PLLAまたはM−PDLAの製造に用いられるマレイミド化合物の例としては、例えば、N−(2−ヒドロキシエチル)マレイミド、N−(2−ヒドロキシプロピル)マレイミド、N−(2−ヒドロキシブチル)マレイミドなどのN−(2−ヒドロキシアルキル)マレイミドが好ましく挙げられる。なかでも、ディールス・アルダー反応の反応性の観点から、N−(2−ヒドロキシエチル)マレイミド、N−(2−ヒドロキシプロピル)マレイミドがより好ましい。
【0083】
前記マレイミド化合物の使用量は、得られるM−PLLA、M−PDLA、M−PLLA−M、またはM−PDLA−Mの分子量により適宜選択しうるが、L−ラクチドまたはD−ラクチド 1molに対して、好ましくは0.0003〜0.3mol、より好ましくは0.01〜0.1molである。
【0084】
前記M−PLLA、前記M−PDLA、前記M−PLLA−M、または前記M−PDLA−Mの重量平均分子量は、好ましくは5,000〜200,000、より好ましくは7,000〜150,000、さらに好ましくは8,000〜100,000である。重量平均分子量が前記の範囲であれば、ポリ乳酸マルチブロック共重合体中のステレオコンプレックス結晶の含有率が、高くなりやすい。
【0085】
(ディールス・アルダー反応)
本発明のポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法は、上記A−PLLA−Aもしくは上記F−PLLA−Fと、上記M−PDLAもしくはM−PDLA−Mとをディールス・アルダー反応させる工程か、または上記A−PDLA−AもしくはF−PDLA−Fと、上記M−PLLAもしくはM−PLLA−Mとをディールス・アルダー反応させる工程を含む。
【0086】
前記ディールス・アルダー反応は特に限定されず、公知の方法を利用できる。具体的には、PDLA−PLLA−PDLA型のトリブロック共重合体を製造するためにA−PLLA−A(またはF−PLLA−F)とM−PDLAとを反応させる場合は、前記A−PLLA−A(または前記F−PLLA−F) 1モルに対して、好ましくは1.6〜2.4モル程度となる前記M−PDLAを、好ましくは80〜210℃の温度で、好ましくは1〜20時間程度反応させる方法が挙げられる。反応温度は85〜200℃であることがより好ましく、反応時間は1.5〜15時間であることがより好ましい。
【0087】
同様に、PLLA−PDLA−PLLA型のトリブロック共重合体を製造するためにA−PDLA−A(または前記F−PDLA−F)とM−PLLAとを反応させる場合は、前記A−PDLA−A(または前記F−PDLA−F) 1モルに対して、好ましくは1.6〜2.4モル程度となる前記M−PLLAを、好ましくは80〜210℃の温度で、好ましくは1〜20時間程度反応させる方法が挙げられる。反応温度は85〜200℃であることがより好ましく、反応時間は1.5〜15時間であることがより好ましい。
【0088】
さらに、(PLLA−PDLA)p型のマルチブロック共重合体を製造するためにA−PDLA−A(またはF−PDLA−F)とM−PLLA−Mとを反応させる場合は、前記A−PDLA−A(または前記F−PDLA−F) 1モルに対して好ましくは0.8〜1.2モル程度となるM−PLLA−Mを、好ましくは80〜210℃の温度で、好ましくは1〜20時間程度反応させる方法が挙げられる。反応温度は85〜200℃であることがより好ましく、反応時間は1.5〜15時間であることがより好ましい。
【0089】
同様に、(PLLA−PDLA)p型のマルチブロック共重合体を製造するためにA−PLLA−A(またはF−PLLA−F)とM−PDLA−Mとを反応させる場合は、前記A−PLLA−A(または前記F−PLLA−F) 1モルに対して好ましくは0.8〜1.2モル程度となるM−PDLA−Mを、好ましくは80〜210℃の温度で、好ましくは1〜20時間程度反応させる方法が挙げられる。反応温度は85〜200℃であることがより好ましく、反応時間は1.5〜15時間であることがより好ましい。
【0090】
なお、該ディールス・アルダー反応で得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の着色を考慮して、反応容器は密閉構造とするのが好ましく、さらに、反応雰囲気は窒素ガス等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
【0091】
また、該ディールス・アルダー反応の際には、必要に応じて各種溶媒を特に制限なく用いることができる。具体的には、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒;n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ペプタン等の脂肪族系溶媒;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル系溶剤;ジクロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、トリフルオロエタン等のハロアルカン系溶剤などが挙げられる。これらは単独でも、または2種以上を組み合わせても用いることができる。
【0092】
本発明の製造方法においては、該ディールス・アルダー反応を行う前に、あらかじめ、A−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fと、M−PLLA、M−PDLA、M−PLLA−M、またはM−PDLA−Mとを攪拌・混合しておくことが好ましい。このような操作を行うことにより、効率よくディールス・アルダー反応を進行させることができる。混合は、溶媒の存在下で行ってもよいし、無溶媒で行ってもよい。この攪拌・混合の際の溶媒としては、上記で例示したディールス・アルダー反応の際に用いられうる溶媒が用いられうる。混合時間は、1〜5時間が好ましく、また、混合温度は、15〜40℃が好ましい。混合方法は、例えば、メカニカルスターラーなどで激しく攪拌する方法などが挙げられる。
【0093】
該ディールス・アルダー反応は、例えば、下記反応式(3)で表される。なお、下記反応式(3)は、前記反応式(1)で表される反応により得られるA−PLLA−Aと、前記反応式(2)で表される反応により得られるM−PDLAとのディールス・アルダー反応によりポリ乳酸トリブロック共重合体が合成される例である。また、ディールス・アルダー反応の前に、A−PLLA−AとM−PDLAとを、それぞれジクロロメタンに溶かし、あらかじめ攪拌・混合させている。
【0094】
【化6】
【0095】
前記反応式(3)中、mおよびnは、それぞれ独立して、繰り返し単位の数を表す。好ましくは、mおよびnは、それぞれ独立して、20〜1,200の整数である。
【0096】
本発明の製造方法によって得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体は、重量平均分子量が、好ましくは15,000〜600,000、より好ましくは20,000〜500,000、さらに好ましくは24,000〜400,000である。重量平均分子量が上記範囲内であれば、本発明の製造方法により得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体は、機械強度、成形加工性に優れる。
【0097】
また、本発明の製造方法によって得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の分子量分布(MwD)は、好ましくは1〜3、より好ましくは1.1〜2.5である。分子量分布が前記の範囲であれば、得られたポリ乳酸マルチブロック共重合体中のステレオコンプレックス結晶の含有率が、高くなりやすい。なお、本発明において、分子量分布(MwD)は、後述の実施例に記載の測定方法により得られたポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との値を用いて、下記数式1により計算した値を採用するものとする。
【0098】
【数1】
【0099】
なお、アントラセン基とマレイミド基との逆ディールス・アルダー反応は、通常250℃以上で起こり、フラニル基とマレイミド基との逆ディールス・アルダー反応は、通常145℃以上で起こる。このため、共重合体が有する各ブロックを可逆的に外すことができ、繰り返しリサイクルが可能となるため、環境負荷が軽減されうる。アントラセン基とマレイミド基との系では、ステレオコンプレックス結晶の融点以上まで逆ディールス・アルダー反応が起こらないため、耐熱性に優れており、また、フラニル基とマレイミド基との系では、逆ディールス・アルダー反応がホモポリマーの融点以上で起こってポリマーブロックが外れるため、リサイクル性に富んでいる。
【0100】
本発明の製造方法により得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体中のポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの質量比は、好ましくはポリ−L−乳酸ブロック:ポリ−D−乳酸ブロック=9:91〜91:9であり、より好ましくはポリ−L−乳酸ブロック:ポリ−D−乳酸ブロック=20:80〜80:20、さらに好ましくはポリ−L−乳酸ブロック:ポリ−D−乳酸ブロック=25:75〜75:25の範囲である。前記ポリ−L−乳酸ブロックおよび前記ポリ−D−乳酸ブロックの質量比が前記の範囲であれば、得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体のステレオコンプレックス結晶の含有率が高くなりやすい。また、L体(L−ラクチドまたはL−乳酸)とD体(D−ラクチドまたはD−乳酸)との価格差が大きくなる場合に、低コストで高付加価値を有する製品を安定的に製造することが可能となる。
【0101】
本発明の製造方法により得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体には、本発明の目的を損なわない範囲内で、通常の添加剤、例えば、可塑剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、滑剤、離形剤、各種フィラー、帯電防止剤、難燃剤、発泡剤、充填剤、抗菌・抗カビ剤、核形成剤、染料、顔料を含む着色剤等を所望に応じて含有することができる。
【0102】
本発明の製造方法により得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体は、射出成形、押出成形、ブロー成形、発泡成形、圧空成形、または真空成形など、従来公知の方法により成形されうる。前記のような成形方法で得られる成形品の例としては、例えば、フィルム、シート、繊維、布、不織布、農業用資材、園芸用資材、漁業用資材、土木・建築用資材、文具、医療用品、または電気・電子用部品などが挙げられる。
【実施例】
【0103】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。なお、各薬品は、下記表1に示すものを使用した。
【0104】
【表1】
【0105】
また、核磁気共鳴スペクトル(NMR)、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分子量分布(MwD)、および熱的特性は、下記の方法により測定した。
【0106】
(1)NMR
500MHz 1H−NMRは、Bruker社製、ARX500を用い、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を0.3体積%含む重クロロホルムを溶媒として用いた。
【0107】
(2)重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(MwD)
GPC法により、ポリスチレン換算の値を測定した。使用した測定機器等の測定条件は下記表2の通りであった。分子量分布(MwD)は、測定された重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)とから、前記数式1によって算出した。
【0108】
【表2】
【0109】
(3)熱的特性
示差走査熱量測定計(株式会社島津製作所製 DSC−50)を用いた。試料3mgをアルミニウムパンに入れ、下記表3に示す(a)〜(c)の条件で、20ml/分の流速で窒素ガスを流して測定を行った。
【0110】
【表3】
【0111】
(製造例1)
<A−PLLA−Aの合成>
二つ口フラスコに、L−ラクチド 2.4g(16.7mmol)、および2−(ヒドロキシメチル)アントラセン 50mg(0.24mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 2.7mg(6.7μmol)を含む0.1mLの触媒溶液(溶媒:トルエン)を、窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して25分間攪拌し、重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(A−PLLA)を得た。その後、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート 20μL(0.12mmol)を添加し、180℃でさらに15分間攪拌した。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥しA−PLLA−Aを得た。A−PLLA−Aの収率は73.3%であった。1H−NMRのスペクトルデータを、下記表4に示す。
【0112】
【表4】
【0113】
(製造例2)
<M−PDLAの合成>
二つ口フラスコに、D−ラクチド 0.75g(5.2mmol)、および2−(ヒドロキシエチル)マレイミド 20mg(0.14mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 0.85mg(2.1μmol)を含む0.1mlの触媒溶液(溶媒:トルエン)を窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して15分間攪拌した。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥しM−PDLAを得た。M−PDLAの収率は87%であった。1H−NMRのスペクトルデータを、下記表5に示す。
【0114】
【表5】
【0115】
(実施例1)
製造例1で得られたA−PLLA−Aおよび製造例2で得られたM−PDLAを、それぞれジクロロメタンに溶解し、濃度が5mM(0.5g/L)である溶液を調製した。最初に、両方の溶液を、A−PLLA−AとM−PDLAとのモル比が1:2となるように混合し、室温(20℃)で2時間激しく攪拌・混合した。得られた溶液を、過剰のメタノール中に再沈殿させた。沈殿物を、濾過分離し乾燥した。次に、乾燥後の沈殿物を窒素雰囲気下の試験管に入れ、室温(20℃)で3時間真空乾燥した後、135℃で12時間攪拌した。その後、冷却し、反応生成物であるポリ乳酸トリブロック共重合体(以下、単に「PDLA−PLLA−PDLA」とも称する)を得た。得られたPDLA−PLLA−PDLAの1H−NMRのスペクトルデータを、下記表6に示す。
【0116】
【表6】
【0117】
製造例1〜2および実施例1で得られた重合体の分子量の測定結果を下記表7に示す。
【0118】
【表7】
【0119】
表7から明らかなように、製造例1で得られたA−PLLA−AのMnはA−PLLAのMnの約2倍となった。この結果から、重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有し、もう一方の末端にヒドロキシル基を有するA−PLLAのジイソシアネート化合物によるカップリング反応は、ほぼ定量的に進行していることが分かる。
【0120】
また、実施例1のPDLA−PLLA−PDLAのMnは、A−PLLA−A 1分子とM−PDLA 2分子との合計のMnとほぼ等しかった。この結果から、重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ乳酸と、重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ乳酸とのディールス・アルダー反応は、ほとんど定量的にポリ乳酸トリブロック共重合体を形成しうることが分かる。
【0121】
図1は、製造例1で合成したA−PLLAの1H−NMRスペクトルであり、図2は、製造例1で合成したA−PLLA−Aの1H−NMRスペクトルである。また、図3は、製造例2で合成したM−PDLAの1H−NMRスペクトルである。図1の(i)で示されるシグナル、および図3の(e)で示されるシグナルは、A−PLLAおよびM−PDLAのヒドロキシル基末端が結合しているメチン基を示している。また、アントラセニル基およびマレイミド基に基づくシグナルも、より明確に示されている。図1で示されたシグナル(i)(4.3−4.4ppm)は、図2で示されたシグナル(i)(4.9−5.0ppm)にシフトし、また、図2ではイソシアネート基に基づくシグナルが確認されることから、カップリング反応が効果的に進行していることがわかる。また、図2の(f)で示されているシグナルは、PLLA連鎖が結合したアントラセニルメチル基のメチレン基のプロトンである。また、図3の(b)および(c)で示されているシグナルは、マレイミド残基とPDLA連鎖との間のエチレン基のプロトンである。これらのデータから、A−PLLAおよびM−PDLAがほぼ定量的に形成されていることがわかる。
【0122】
図4は、実施例1で得られたPDLA−PLLA−PDLAの1H−NMRチャートである。原料であるA−PLLA−Aのアントラセン部分のシグナルである8.0〜8.45ppmのシグナル、およびM−PDLAのマレイミド部分のシグナルである6.75ppmのシグナルが小さくなり、代わって3.1〜3.3ppmおよび3.4〜3.6ppm(c,d,e,f)に、ディールス・アルダー反応生成物の新しいシグナルが出現していることが確認できた。さらに、A−PLLA−Aのアントラセニルメチル基中のメチレン基のシグナルである5.38ppmのシグナルが、PDLA−PLLA−PDLAのスペクトルでは4.78ppm(g)に移動し、アントラセニルメチル基中の芳香族環のシグナルである7.41ppm、7.5〜7.6ppm、7.97ppm、8.03ppm、および8.45ppmのシグナルは、PDLA−PLLA−PDLAのスペクトルでは7.1〜7.4ppm(a,b)に移動した。M−PDLAのPDLA鎖とマレイミド基との間のエチレン基のシグナルである3.8〜3.9ppmおよび4.3〜4.4ppmのシグナルは、PDLA−PLLA−PDLAのスペクトルでは、それぞれ3.3〜3.4ppm(c)付近と3.6〜3.8ppm(f)付近に移動した。これらのデータは、A−PLLA−AとM−PDLAとの間のディールス・アルダー反応により、ステレオトリブロック共重合体であるPDLA−PLLA−PDLAが形成されていることを支持している。
【0123】
図5は、上記表3の第1の加熱を受けた後の実施例1のPDLA−PLLA−PDLAのDSCチャート(図5中のa)、および上記表3の第2の加熱を受けた後に得られた実施例1のPDLA−PLLA−PDLAのDSCチャートである(図5中のb)。実施例1のPDLA−PLLA−PDLAは、220℃付近に吸熱ピークを示したが、これは、ステレオコンプレックス結晶(Sc結晶)の溶融を示すピークである。また、ホモ結晶(hc結晶)の溶融ピークは観測されなかった。第二の加熱(b)に際して90℃付近に融解再結晶による発熱ピークが観測される。これらのチャートから、レトロディールス・アルダー反応は、240℃付近まで起きていないことが確認できた。したがって、本発明の製造方法により得られる、ディールス・アルダー反応付加物であるポリ乳酸トリブロック共重合体の安定性は非常に高いと言える。
【0124】
(製造例3)
<A−PLLA−Aの合成>
二つ口フラスコに、L−ラクチド 5.0g(34.7mmol)、および2−(ヒドロキシメチル)アントラセン 138.8mg(0.67mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 5.6mg(13.9μmol)を含む触媒溶液(溶媒:トルエン)を窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して25分間攪拌し、重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(A−PLLA)を得た。その後、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート 0.33mmolを添加し、180℃でさらに15分間攪拌した。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥しA−PLLA−Aを得た。A−PLLA−Aの収率は88.0%であった。1H−NMRのスペクトルデータを、下記表8に示す。
【0125】
【表8】
【0126】
(製造例4)
<M−PDLA−Mの合成>
二つ口フラスコに、D−ラクチド3.0g(20.8mmol)、および2−(ヒドロキシエチル)マレイミド 56.4mg(0.40mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 3.4mg(8.3μmol)を含む触媒溶液(溶媒:トルエン)を窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して25分間攪拌し、重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸(M−PDLA)を得た。その後、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート 33.6mg(0.20mmol)を添加し、180℃でさらに15分間攪拌した。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥しM−PLLA−Mを得た。M−PLLA−Mの収率は83.1%であった。1H−NMRのスペクトルデータを、下記表9に示す。
【0127】
【表9】
【0128】
(実施例2)
製造例3で得られたA−PLLA−Aおよび製造例4で得られたM−PDLA−Mをそれぞれジクロロメタンに溶解し、濃度が5mM(0.5g/L)である溶液を調製した。最初に、両方の溶液を、A−PLLA−AとM−PDLA−Mとのモル比が1:1となるように混合し、室温(20℃)で2時間激しく攪拌・混合した。得られた溶液を、過剰のメタノール中に再沈殿させた。沈殿物を、濾過分離し乾燥した。次に、乾燥後の沈殿物を窒素雰囲気下の試験管に入れ、室温(20℃)で3時間真空乾燥した後、140℃で12時間加熱した。その後、冷却し、生成物であるポリ乳酸マルチブロック共重合体(以下、単にPDLA−m−PLLAとも称する)を得た。得られたPDLA−m−PLLAの1H−NMRのスペクトルデータを、下記表10に示す。
【0129】
【表10】
【0130】
製造例3〜4および実施例2で得られた重合体の、分子量の測定結果を下記表11に示す。
【0131】
【表11】
【0132】
表11から明らかなように、製造例1のA−PLLA−AのMnは、A−PLLAのMnの約2倍となった。この結果から、ヒドロキシル基末端を有するA−PLLAのジイソシアネート化合物によるカップリング反応は、ほぼ定量的に進行していることが分かる。また、製造例2のM−PDLA−MのMnはM−PDLAのMnの約2倍となった。この結果から、ヒドロキシル基末端を有するM−PDLAのジイソシアネート化合物によるカップリング反応は、ほぼ定量的に進行していることが分かる。
【0133】
実施例2のPDLA−m−PDLAのMnは,A−PLLA−AとM−PDLA−Mとの鎖延長反応(ディールス・アルダー反応)により分子量が増加した。この結果から、重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ乳酸と、重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ乳酸とのディールス・アルダー反応は、ポリ乳酸マルチブロック共重合体を形成しうることが分かる。
【0134】
図6は、製造例3で合成したA−PLLAの1H−NMRスペクトルであり、図7は、製造例3で合成したA−PLLA−Aの1H−NMRスペクトルである。また、図8は、製造例4で合成したM−PDLAの1H−NMRスペクトルであり、図9は、製造例4で合成したM−PDLA−Mの1H−NMRスペクトルである。図6の(i)で示されるシグナル、および図8の(e)で示されるシグナルは、A−PLLAおよびM−PDLAのヒドロキシル基末端が結合しているメチン基を示している。また、アントラセン基およびマレイミド基に基づくシグナルも、より明確に示されている。図6の(i)で示されたシグナルは図7では消失し、図7はイソシアネート基に基づくシグナルが確認されることから、カップリング反応が効果的に進行していることがわかる。また、図7の(f)で示されているシグナルは、PLLA連鎖が結合したアントラセニルメチル基のメチレン基のプロトンである。また。図8の(e)で示されたシグナルは図9では減少し、図9はイソシアネート基に基づくシグナルが確認されることから、カップリング反応が効果的に進行していることがわかる。また、図9の(c)で示されているシグナルは、PDLA連鎖が結合したマレイミドエチル基のメチレン基のプロトンである。これらのデータから、A−PLLAおよびM−PDLAがほぼ定量的に形成されていることがわかる。これらのデータから、A−PLLA−AおよびM−PDLA−Mがほぼ定量的に形成されていることがわかる。
【0135】
図10は、実施例2で得られたPDLA−m−PLLAのNMRチャートである。原料であるA−PLLA−Aのアントラセン部分のシグナルである8.0〜8.45ppmのシグナル、およびM−PDLA−Mのマレイミド部分のシグナルである6.75ppmのシグナルが小さくなり、代わって3.6〜3.9ppmに、ディールス・アルダー反応生成物の新しいシグナルが出現していることが確認できた。さらに、A−PLLA−Aのアントラセニルメチル基中のメチレン基のシグナルである5.38ppmのシグナルが、PDLA−m−PLLAのスペクトルでは4.30ppmに移動し、アントラセニルメチル基中の芳香族環のシグナルである7.41ppm、7.5〜7.6ppm、7.97ppm、8.03ppm、および8.45ppmのシグナルは、PDLA−m−PLLAのスペクトルでは7.1〜7.4ppmに移動した。M−PDLA−MのPDLA鎖とマレイミド基との間のエチレン基のシグナルである3.8〜3.9ppmおよび4.3〜4.4ppmのシグナルは、PDLA−m−PLLAのスペクトルでは、それぞれ3.3〜3.4ppm付近と3.6〜3.8ppm付近に移動した。これらのデータは、A−PLLA−AとM−PDLA−Mとの間のディールス・アルダー反応により、マルチブロック共重合体であるPDLA−m−PLLAが形成されていることを支持している。
【0136】
図11は、上記表3の第1の加熱を受けた後の実施例2のPDLA−m−PLLAのDSCチャート(図11中のa)、および上記表3の第2の加熱を受けた後に得られた実施例1のPDLA−m−PLLAのDSCチャートである(図11中のb)。実施例2のPDLA−m−PDLAは、210℃付近に吸熱ピークを示したが、これは、ステレオコンプレックス結晶(Sc結晶)の溶融を示すピークである。また、ホモ結晶(hc結晶)の溶融ピークは観測されなかった。これらのチャートから、レトロディールス・アルダー反応は、240℃付近まで起きていないことが確認できた。したがって、本発明の製造方法により得られる、ディールス・アルダー反応生成物であるポリ乳酸マルチブロック共重合体の安定性は非常に高いと言える。
【0137】
(製造例5)
<F−PLLA−Fの合成>
二つ口フラスコに、L−ラクチド 5.0g(34.7mmol)、およびフルフリルアルコール 65.7mg(0.67mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 5.6mg(13.9μmol)を含む触媒溶液(溶媒:トルエン)を窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して25分間攪拌した(F−PLLAの合成)。その後、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート 0.33mmolを添加し、180℃でさらに15分間攪拌した(F−PLLA−Fの合成)。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥し、F−PLLA−Fを得た。
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、地球環境配慮の観点から石油原料に依存しない環境低負荷型のバイオベース材料が期待されている。その中でも、ポリ−L−乳酸(以下、単にPLLAとも称する)は、汎用性プラスチックに匹敵する機械的強度を有しているが、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートに代表される石油化学系ポリエステルと比較すると耐熱性に乏しく、利用が制限されている。このような現状を打開すべく、ポリ乳酸の耐熱性向上について検討がなされてきた。その一つに、PLLAとその光学異性体であるポリ−D−乳酸(以下、単にPDLAとも称する)とを混合することにより得られるステレオコンプックスポリ乳酸がある。ステレオコンプレックスポリ乳酸は、ステレオコンプレックス結晶が形成され、耐熱性の向上が期待される。しかしながら、高分子量のPLLAとPDLAとを1:1の質量比で混合すると、ステレオコンプレックス結晶の形成のみならず、PLLAまたはPDLA単独の結晶も形成されるため、高融点を有するステレオコンプレックスポリ乳酸(以下、単にSc−PLAとも称する)の特徴が十分に生かされない問題があった。そこで、PLLAとPDLAとの混合によるSc−PLAの製造方法とは別に、PLLAとPDLAとを等量混合し、PLLAとPDLAとを反応させ共有結合させる、ポリ乳酸ブロック共重合体の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、ポリ乳酸ブロック共重合体の分子間のL−乳酸単位の連鎖とD−乳酸単位の連鎖との間で、優先的にSc−PLAが生成し、示差走査熱量測定(DSC)のチャート上にPLLAまたはPDLA単独の結晶の融解ピークは観測されないというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−356543号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
現在、ポリ−D−乳酸単位(D成分)の原料となるD−ラクチドまたはD−乳酸は、供給源が限られているうえに流通量が少なく、ポリ−L−乳酸単位(L成分)の原料となるL−ラクチドまたはL−乳酸と比較して市場価格が高い。よって、D成分とL成分とを等量混合した場合、D成分とL成分との質量比が1:1であるステレオコンプレックスポリ乳酸の製造コストも必然的に高くなる。
【0005】
また、上記の特許文献1には、ポリ−L−乳酸ブロック(以下、PLLAブロックとも称する)とポリ−D−乳酸ブロック(以下、PDLAブロックとも称する)とからなるマルチブロックコポリマーの製造方法が開示されており、前記マルチブロックコポリマーはステレオコンプレックス結晶のみを含むステレオコンプレックスポリ乳酸であるとされている。しかしながら、前記マルチブロックコポリマーのブロック数を増やす度に再沈殿を実施しなくてはならず、工業生産には不向きであるという問題がある。
【0006】
さらに、上記の特許文献1に記載の技術では、PLLAとPDLAとのブレンド比率が、30/70〜70/30(質量比)の範囲を外れると、立体特異的な結合であるステレオコンプレックスの形成を阻害し、得られるポリ乳酸系重合体の結晶融解開始温度を180℃以上とすることが困難であり、幅広い成形温度の範囲に対応できないという問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、低コストで製造でき、ステレオコンプレックス結晶の含有率が増大し、かつ分子量が増大しうるポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造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】
【0008】
本発明者らは、上記の従来技術に鑑み、鋭意検討を積み重ねた。その結果、重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸と、重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸またはポリ−L−乳酸とを、それぞれディールス・アルダー反応させる工程を含むポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法により上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、または、重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、を含む、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法である。
【発明の効果】
【0010】
本発明の製造方法によれば、ポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの組成(質量比)が偏っていても、ステレオコンプレックス結晶の含有率が高く、かつ分子量が高いポリ乳酸マルチブロック共重合体が得られうる。そのため、製造段階でポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸との製造コストの差および/または価格差がある場合に、安価なほうをより多く用いることにより、従来のステレオコンプレックスポリ乳酸と同等の特性を有し、低コストで、かつ高機能および高付加価値を有する製品を製造し提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】製造例1で得られた重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(A−PLLA)の1H−NMRチャートである。
【図2】製造例2で得られた重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(A−PLLA−A)の1H−NMRチャートである。
【図3】製造例3で得られた末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸(M−PDLA)の1H−NMRチャートである。
【図4】実施例1で得られたポリ乳酸トリブロック共重合体の1H−NMRチャートである。
【図5】実施例1で得られたポリ乳酸トリブロック共重合体のDSCチャートであり、aは、下記表3に示す第1の加熱を受けた後のDSCチャートであり、bは、下記表3に示す第2の加熱を受けた後のDSCチャートである。
【図6】製造例3で合成したA−PLLAの1H−NMRスペクトルである。
【図7】製造例3で合成したA−PLLA−Aの1H−NMRスペクトルである。
【図8】製造例4で合成したM−PDLAの1H−NMRスペクトルである。
【図9】製造例4で合成したM−PDLA−Mの1H−NMRスペクトルである。
【図10】実施例2で得られたPDLA−m−PLLAの1H−NMRチャートである。
【図11】実施例2で得られたポリ乳酸マルチブロック共重合体のDSCチャートであり、aは、下記表3に示す第1の加熱を受けた後のDSCチャートであり、bは、下記表3に示す第2の加熱を受けた後のDSCチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明は、重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、または、重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、を含む、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法である。
【0013】
本明細書において、「ポリ乳酸マルチブロック共重合体」とは、ポリ−L−乳酸ブロックおよびポリ−D−乳酸ブロックの両方を有し、かつこれらのブロックが3つ以上交互に連結されている共重合体を意味する。
【0014】
より具体的には、下記化学式(1)〜(2)で表されるトリブロック共重合体、および下記化学式(3)で表されるマルチブロック共重合体を意味する。なお、化学式(1)〜(3)中、PLLAはポリ−L−乳酸ブロックを表し、PDLAはポリ−D−乳酸ブロックを表し、pは2以上の整数を表す。
【0015】
【化1】
【0016】
重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と、重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させると、上記化学式(1)で表されるトリブロック共重合体が得られる。また、重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と、重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させると、上記化学式(2)で表されるトリブロック共重合体が得られる。さらに、重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と、重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させると、上記化学式(3)で表されるマルチブロック共重合体が得られる。加えて、重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と、重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させても、上記化学式(3)で表されるマルチブロック共重合体が得られる。
【0017】
これまで、ステレオコンプレックスポリ乳酸ブロック共重合体の合成は、二段階の重合反応で合成されていた。すなわち、一段階目にポリ乳酸マクロ開始剤を重合により合成し、二段階目に前記ポリ乳酸マクロ開始剤を用いてさらに乳酸の重合を行っていた。しかしながら、前記ポリ乳酸マクロ開始剤の分子量が大きい場合には、二段階目の重合が進行せず、高分子量のステレオコンプレックスポリ乳酸ブロック共重合体が得られ難いといった問題があった。
【0018】
これに対し、本発明の製造方法によると、ポリ乳酸マルチブロック共重合体は、ディールス・アルダー反応を用いて製造される。これにより、ポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの組成(質量比)が偏っていても、ステレオコンプレックス結晶の含有率が高く、かつ分子量が高いポリ乳酸マルチブロック共重合体となりうる。そのため、製造段階でポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸との製造コストの差および/または価格差がある場合に、安価なほうをより多く用いることにより、従来のステレオコンプレックスポリ乳酸と同等の特性を有し、低コストで、かつ高機能および高付加価値を有する製品を製造し提供することができる。
【0019】
加えて、ディールス・アルダー反応による利点としては、(1)高分子量のブロック鎖であっても反応性が高く、容易にブロック共重合体が製造できる;(2)開始剤の量によりブロック鎖の分子量を設計することが容易となるため、ポリ乳酸トリブロック共重合体またはポリ乳酸マルチブロック共重合体全体の分子量を精密に制御することが可能となる;(3)逆ディールス・アルダー反応により、ステレオコンプレックスポリ乳酸トリブロック共重合体またはステレオコンプレックスポリ乳酸マルチブロック共重合体に含まれるブロックを各ブロックに分解することができるため、繰り返しリサイクルすることができ、環境負荷が軽減されうる;などの点が挙げられる。
【0020】
さらに、本発明のポリ乳酸マルチブロック共重合体は、ポリ−L−乳酸ブロックおよびポリ−D−乳酸ブロックの両方を有し、かつこれらのブロックが3つ以上交互に連結されている。これにより、結晶化の促進のみならず分子鎖間の架橋構造も形成されやすいという長所を有する。
【0021】
以下、本発明のポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法を詳細に説明する。
【0022】
(重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)
ディールス・アルダー反応の原料となる、重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にA−PLLA−Aとも称する)、重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にA−PDLA−Aとも称する)、重合体鎖の両末端にフラニル基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にF−PLLA−Fとも称する)、重合体鎖の両末端にフラニル基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にF−PDLA−Fとも称する)は、以下のような構成を有する。
【0023】
A−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fは、下記化学式(4)で表されるL−乳酸単位またはD−乳酸単位から実質的に構成される。
【0024】
【化2】
【0025】
A−PLLA−AまたはF−PLLA−Fは、アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中またはフラニル基を除いたF−PLLA−F中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは92〜100モル%、さらに好ましくは95〜100モル%のL−乳酸単位から構成される。前記アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中のL−乳酸単位,または前記フラニル基を除いたF−PLLA−F中のL−乳酸単位が90モル%以上であれば、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0026】
前記A−PLLA−Aまたは前記F−PLLA−Fは、L−乳酸単位以外の構成単位を含んでいてもよい。L−乳酸単位以外の構成単位の含有量は、アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中またはフラニル基を除いたF−PLLA−F中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは10〜0モル%、より好ましくは8〜0モル%、さらに好ましくは5〜0モル%である。アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中またはフラニル基を除いたF−PLLA−F中に含まれうるL−乳酸単位以外の構成単位の例としては、D−乳酸単位、乳酸以外の化合物由来の構成単位などが挙げられる。
【0027】
A−PDLA−AまたはF−PDLA−Fは、アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中またはフラニル基を除いたF−PDLA−Fのすべての構成単位を100モル%として、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは92〜100モル%、さらに好ましくは95〜100モル%のD−乳酸単位から構成される。前記アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中または前記フラニル基を除いたF−PDLA−F中のD−乳酸単位が90モル%以上であれば、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0028】
前記A−PDLA−Aまたは前記F−PDLA−Fは、L−乳酸単位以外の構成単位を含んでいてもよい。L−乳酸単位以外の構成単位の含有量は、アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中またはフラニル基を除いたF−PDLA−F中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは10〜0モル%、より好ましくは8〜0モル%、さらに好ましくは5〜0モル%である。アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中またはフラニル基を除いたF−PDLA−F中に含まれうるD−乳酸単位以外の構成単位の例としては、L−乳酸単位、乳酸以外の化合物由来の構成単位などが挙げられる。
【0029】
アントラセニル基を除いたA−PLLA−A中、アントラセニル基を除いたA−PDLA−A中、フラニル基を除いたF−PLLA−F中、またはフラニル基を除いたF−PDLA−F中に含まれうる乳酸以外の化合物由来の構成単位の例としては、例えば、ジカルボン酸由来の単位、多価アルコール由来の単位、ヒドロキシカルボン酸由来の単位、もしくはラクトン由来の単位、またはこれらの構成単位から得られるポリエステル由来の単位、ポリエーテル由来の単位、もしくはポリカーボネート由来の単位などが好ましく挙げられる。ただし、これらに制限されるものではない。
【0030】
前記ジカルボン酸の例としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、またはイソフタル酸などが好ましく挙げられる。前記多価アルコールの例としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、グリセリン、ソルビタン、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、もしくはポリプロピレングリコール等の脂肪族多価アルコール、またはビスフェノールにエチレンオキシドを付加させた芳香族多価アルコールなどが好ましく挙げられる。前記ヒドロキシカルボン酸の例として、例えば、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸などが好ましく挙げられる。前記ラクトンの例としては、例えば、グリコリド、ε−カプロラクトングリコリド、ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、δ−ブチロラクトン、β−またはγ−ブチロラクトン、ピバロラクトン、またはδ−バレロラクトンなどが好ましく挙げられる。
【0031】
より高い融点を有する重合体を得るという観点から、前記A−PLLA−Aまたは前記F−PLLA−F中のL−乳酸単位とD−乳酸単位との質量比は、L−乳酸単位/D−乳酸単位=95/5〜100/0の範囲であることが好ましい。また、より高い融点を有する重合体を得るという観点から、前記A−PDLA−Aまたは前記F−PDLA−F中のD−乳酸単位とL−乳酸単位との質量比は、D−乳酸単位/L−乳酸単位=95/5〜100/0の範囲であることが好ましい。
【0032】
A−PLLA−AまたはA−PDLA−Aを製造する方法は制限されないが、例えば、重合開始剤としてアントラセン化合物を用いてL−乳酸またはD−乳酸を脱水縮合した後に得られる重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にA−PLLAとも称する)または重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にA−PDLAとも称する)を、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法;重合開始剤としてアントラセン化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合してA−PLLAまたはA−PDLAを得た後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法;などが挙げられる。重合開始剤としてアントラセン化合物を用いL−ラクチドを開環重合するかまたはL−乳酸を脱水縮合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行えばA−PLLA−Aが得られる。重合開始剤としてアントラセン化合物を用い、D−ラクチドを開環重合するかまたはD−乳酸を脱水縮合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行えばA−PDLA−Aが得られる。
【0033】
F−PLLA−FまたはF−PDLA−Fを製造する方法も特に制限されないが、例えば、重合開始剤としてフラン化合物を用いてL−乳酸またはD−乳酸を脱水縮合した後に得られる重合体鎖の片末端にフラニル基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にF−PLLAとも称する)または重合体鎖の片末端にフラニル基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にF−PDLAとも称する)を、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法;重合開始剤としてフラン化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合してF−PLLAまたはF−PDLAを得た後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法;などが挙げられる。重合開始剤としてフラン化合物を用いL−ラクチドを開環重合するかまたはL−乳酸を脱水縮合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行えばF−PLLA−Fが得られる。重合開始剤としてフラン化合物を用い、D−ラクチドを開環重合するかまたはD−乳酸を脱水縮合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行えばF−PDLA−Fが得られる。
【0034】
なかでも、高分子量体を得やすく、分子量の制御も容易であることから、重合開始剤としてアントラセン化合物またはフラン化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合した後、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法が好ましい。以下、重合開始剤としてアントラセン化合物またはフラン化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合した後ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応を行う方法についてさらに詳細に述べるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0035】
該開環重合および該カップリング反応は、例えば、下記反応式(1)で表される。下記反応式(1)は、アントラセン化合物として2−(ヒドロキシメチル)アントラセンを用いたL−ラクチドの開環重合により、A−PLLAが合成され、さらに、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)を用いてカップリング反応を行い、A−PLLA−Aが合成される例である。重合触媒は、オクチル酸スズ(Sn(Oct)2)を使用している。
【0036】
【化3】
【0037】
前記反応式(1)中、nは、繰り返し単位の数を表し、好ましくは20〜1,200の整数である。
【0038】
[開環重合]
重合開始剤として用いられるアントラセン化合物の例としては、例えば、2−(ヒドロキシメチル)アントラセン、2−(ヒドロキシエチル)アントラセン等の2−(ヒドロキシアルキル)アントラセン類が好ましく挙げられる。なかでも、ディールス・アルダー反応の反応性の観点から、2−(ヒドロキシメチル)アントラセン、2−(ヒドロキシエチル)アントラセンがより好ましい。
【0039】
重合開始剤として用いられるフラン化合物の例としては、例えば、2−フラノアルコール類が好ましく挙げられる。なかでも、ディールス・アルダー反応の反応性の観点から、フルフリルアルコールがより好ましい。
【0040】
前記アントラセン化合物または前記フラン化合物の使用量は、得られるA−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fの分子量により適宜選択しうるが、L−ラクチドまたはD−ラクチド 1molに対して、好ましくは0.008〜0.05mol、より好ましくは0.01〜0.025molである。
【0041】
用いられるL−ラクチドまたはD−ラクチドの純度は、特に制限されないが、高い分子量を有するポリマーを得るという観点から、前記L−ラクチド中または前記D−ラクチド中に含まれる遊離酸が、前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチド100質量%に対して、10質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.15質量%以下であることがさらに好ましく、0.05質量%以下であることが特に好ましい。前記L−ラクチド中または前記D−ラクチド中の遊離酸が、10質量%以下であれば、開環重合反応が効率よく進行する。前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドを精製する方法は特に制限されず、例えば、晶析もしくは蒸留など従来公知の方法、特開2004−149419号公報に記載の方法などを、適宜選択して採用することができる。
【0042】
前記開環重合は、有機溶媒と重合触媒との存在下で行われうる。前記重合触媒は、重合反応を進行させるものであれば、特に制限されず、例えば、第2族元素、希土類金属、第4周期の遷移金属、アルミニウム、ゲルマニウム、スズおよびアンチモンからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む化合物などが好ましく挙げられる。前記第2族元素の例としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムなどが挙げられる。前記希土類元素の例としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウムなどが挙げられる。前記第4周期の遷移金属の例としては、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、チタンなどが挙げられる。
【0043】
上記のような金属元素を含む重合触媒の例としては、上記で例示した金属のカルボン酸塩、上記で例示した金属のアルコキシド、上記で例示した金属のアリールオキシド、または上記で例示した金属のβ−ジケトンのエノラートなどが好ましく挙げられ、これらは単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。重合活性や色相を考慮した場合、前記金属元素を含む重合触媒は、オクチル酸スズ(2−エチルへキサン酸スズ)、チタンテトライソプロポキシド、およびアルミニウムトリイソプロポキシドからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、オクチル酸スズ(2−エチルへキサン酸スズ)がさらに好ましい。
【0044】
前記金属元素を含む重合触媒の使用量は、前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチド100質量部に対して、好ましくは0.001〜0.5質量部、より好ましくは0.002〜0.4質量部、さらに好ましくは0.003〜0.3質量部である。前記金属元素を含む重合触媒の使用量が、上記の範囲であれば、反応の進行が速く、ポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの組成比(質量比)が偏って製造される場合のポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造コストを低減する効果が得られやすく、また、反応の制御がしやすいため、得られる重合体のラセミ化や分散度の増加、着色などが起こりにくく、得られる重合体の用途が制限されにくい。
【0045】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合の雰囲気は、特に制限されるものではないが、生成物の着色を抑制する等の理由から、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
【0046】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合の反応時間は、好ましくは10分〜7時間、より好ましくは15分〜5時間である。反応時間が上記の範囲であれば、反応が十分に進行し、得られるポリマーの分散度の増加または着色などが起こりにくい。
【0047】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合の反応温度は、好ましくは80〜210℃、より好ましくは85〜200℃である。反応温度が上記の範囲であれば、反応の進行が速く、ポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの組成比(質量比)が偏って製造される場合のポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造コストを低減する効果が得られやすく、また、反応の制御がしやすいため、得られる重合体のラセミ化や分散度の増加、着色などが起こりにくく、得られる重合体の用途が制限されにくい。
【0048】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合の反応圧力は、溶液中で開環重合を進行させることができる範囲内であれば、特に制限されるものではなく、大気圧下、減圧下、および加圧下のいずれで行ってもよい。耐圧性の製造装置が不要であり製造コストの低減に寄与できるなどの観点から、大気圧下で行うことが好ましい。
【0049】
前記金属元素を含む重合触媒の存在下での前記L−ラクチドまたは前記D−ラクチドの開環重合は、従来公知の製造装置、例えば、ヘリカルリボン翼などの高粘度用撹拌翼を備えた縦型反応容器などを用いて行うことができる。
【0050】
[カップリング反応]
重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するA−PLLA−AもしくはA−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fは、特に制限されないが、上記開環重合で得られたA−PLLA、A−PDLA、F−PLLA、またはF−PDLAを、ジイソシアネート化合物を用いてカップリング反応させて得られたものであることが好ましい。A−PLLAまたはA−PDLAのもう一方の末端に存在するヒドロキシル基と、ジイソシアネート化合物の2つのNCO基とがカップリング反応して、A−PLLA−AまたはA−PDLA−Aが得られる。同様に、F−PLLAまたはF−PDLAのもう一方の末端に存在するヒドロキシル基と、ジイソシアネート化合物の2つのNCO基とがカップリング反応して、F−PLLA−FまたはF−PDLA−Fが得られる。
【0051】
カップリング反応で用いられるジイソシアネート化合物の例としては、例えば、エチレンジイソシアネート、1,2−プロパンジイソシアネート、1,3−プロパンジイソシアネート、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、1,8−オクタメチレンジイソシアネート、1,9−ノナメチレンジイソシアネート、1,10−デカメチレンジイソシアネート、1,11−ウンデカメチレンジイソシアネート、1,12−ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジメチルイソシアネート、2−メチル−1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、p,p’−シクロヘキシルメタンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルエーテル−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルスルホン−4,4’−ジイソシアネートなどが好ましく挙げられる。なかでも、入手の容易さの観点から、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートがより好ましい。
【0052】
なお、該カップリング反応は、開環重合終了後、A−PLLA,A−PLDA、F−PLLA、またはF−PDLAの単離・精製を行わずに、連続して行うことができる。よって、反応雰囲気は、上記開環重合の際に用いた雰囲気をそのまま適用することができる。
【0053】
上記ジイソシアネート化合物の使用量は、開環重合の開始剤であるアントラセン化合物またはフラン化合物の使用量から決定すればよい。アントラセン化合物またはフラン化合物1分子が、ポリ乳酸の重合体鎖の片末端に1つ結合するため、アントラセン化合物またはフラン化合物の使用モル数は、開環重合直後に得られる重合体のモル数と同じであると見なして良いからである。
【0054】
より具体的には、重合開始剤1モルに対して、ジイソシアネート化合物が0.40〜0.60モルであることが好ましく、0.45〜0.55モルであることがより好ましい。この範囲であれば、効率良く目的のカップリング物が得られる。
【0055】
該カップリング反応の反応温度は、150〜210℃であることが好ましく、170〜190℃であることがより好ましい。また、反応時間は、5〜60分であることが好ましく、10〜20分であることがより好ましい。
【0056】
前記A−PLLA−Aは、アントラセン化合物の存在下でL−ラクチドを開環重合し、さらにジイソシアネート化合物によるカップリング反応を行った後、余剰のラクチドを除去したものであることが好ましい。同様に前記A−PDLA−Aは、アントラセン化合物の存在下でD−ラクチドを開環重合した後、余剰のラクチドを除去したものであることが好ましい。さらに、前記F−PLLA−Fは、フラン化合物の存在下でL−ラクチドを開環重合し、さらにジイソシアネート化合物によるカップリング反応を行った後、余剰のラクチドを除去したものであることが好ましい。同様に、前記F−PDLA−Fは、フラン化合物の存在下でD−ラクチドを開環重合した後、余剰のラクチドを除去したものであることが好ましい。前記A−PLLA−A、前記A−PDLA−A、前記F−PLLA−F、または前記F−PDLA−Fから余剰のラクチドを除去することによって、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点を高くすることができるため好ましい。
【0057】
余剰のラクチドの除去方法は、特に制限されず、例えば、反応系内の減圧、有機溶剤による洗浄(精製)などの操作により行うことができるが、操作の簡易性から、反応系内を減圧することにより行うことが好ましい。
【0058】
かかる減圧条件としては、特に制限されるものではないが、重合反応終了後の系内の温度を、好ましくは130〜250℃、より好ましくは150〜230℃の範囲とし、系内の圧力は好ましくは70kPa以下、より好ましくは15kPa以下とする。温度が前記の範囲であれば、系内の粘度の増加や系内の固化が抑制され、容易に装置を運転することができる。また、ラクチドの解重合反応が進行を抑制し、得られるA−PLLA−AまたはA−PDLA−Aの分散度の増加を抑制することができる。また、系内圧力が70kPa以下であれば、ラクチドの除去を十分に行うことができる。
【0059】
減圧時の雰囲気は、特に制限されるものではないが、残留ラクチドの分解やポリマーの着色を抑制するという観点から、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
【0060】
また、前記A−PLLA−A中、前記A−PDLA−A中、前記F−PLLA−F中、または前記F−PDLA−F中のラクチドの残留量が多いと、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が低下する場合があることから、前記のような余剰のラクチドの除去処理の有無にかかわらず、前記A−PLLA−A、前記A−PDLA−A、前記F−PLLA−F、または前記F−PDLA−Fは、L−ラクチドまたはD−ラクチドの含有量が少ない方が好ましい。
【0061】
すなわち、前記A−PLLA−A中のL−ラクチドの含有量は、前記A−PLLA−Aの質量に対して0〜5質量%であることが好ましく、0〜1質量%であることがより好ましく、0〜0.5質量%であることがさらに好ましく、0〜0.1質量%であることが特に好ましい。また、前記F−PLLA−F中のL−ラクチドの含有量は、前記F−PLLA−Fの質量に対して0〜5質量%であることが好ましく、0〜1質量%であることがより好ましく、0〜0.5質量%であることがさらに好ましく、0〜0.1質量%であることが特に好ましい。
【0062】
さらに、前記A−PDLA−A中のD−ラクチドの含有量は、前記A−PDLA−Aの質量に対して0〜5質量%であることが好ましく、0〜1質量%であることがより好ましく、0〜0.5質量%であることがさらに好ましく、0〜0.1質量%であることが特に好ましい。また、前記F−PDLA−F中のD−ラクチドの含有量は、前記F−PDLA−Fの質量に対して0〜5質量%であることが好ましく、0〜1質量%であることがより好ましく、0〜0.5質量%であることがさらに好ましく、0〜0.1質量%であることが特に好ましい。
【0063】
前記A−PLLA−A中もしくは前記F−PLLA−F中のL−ラクチドの含有量、または前記A−PDLA−A中もしくは前記F−PDLA−F中のD−ラクチドの含有量が5質量%以下であれば、得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0064】
前記A−PLLA−A、前記A−PDLA−A、前記F−PLLA−F、または前記F−PDLA−Fの重量平均分子量は、好ましくは5,000〜200,000、より好ましくは7,000〜150,000、さらに好ましくは8,000〜100,000である。重量平均分子量が前記の範囲であれば、ポリ乳酸マルチブロック共重合体中のステレオコンプレックス結晶の含有率が、高くなりやすい。なお、本発明において、重量平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography:ゲル浸透クロマトグラフィ)法により測定したポリスチレン換算の値を採用するものとする。さらに具体的には、後述の実施例に記載の測定方法により測定した値を採用するものとする。
【0065】
A−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fの重合反応が終了した後、あるいは上記の余剰のラクチドの除去が終了した後は、得られた生成物を、例えば、ジクロロメタンなどの溶媒に溶解し、メタノールなどの貧溶媒中に投入して再沈殿させ、沈殿物を濾過・分離し乾燥するなど公知の方法によって、A−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fを分離・精製することができる。
【0066】
(重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)
ディールス・アルダー反応のもう一方の原料となる、重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸は、(a)重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にM−PLLAとも称する);(b)重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にM−PDLAとも称する);(c)重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸(以下、単にM−PLLA−Mとも称する);(d)重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸(以下、単にM−PDLA−Mとも称する);の4種があり、いずれも本発明のディールス・アルダー反応に用いられうる。
【0067】
M−PLLA、M−PDLA、M−PLLA−M、およびM−PDLA−Mは下記化学式(4)で表されるL−乳酸単位またはD−乳酸単位から実質的に構成される。
【0068】
【化4】
【0069】
M−PLLA(またはM−PLLA−M)は、マレイミド基を除いたM−PLLA(またはM−PLLA−M)中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは92〜100モル%、さらに好ましくは95〜100モル%のL−乳酸単位から構成される。前記マレイミド基を除いたM−PLLA(またはM−PLLA−M)中のL−乳酸単位が90モル%以上であれば、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0070】
前記M−PLLA(またはM−PLLA−M)は、L−乳酸単位以外の構成単位を含んでいてもよい。L−乳酸単位以外の構成単位の含有量は、マレイミド基を除いたM−PLLA(またはM−PLLA−M)中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは10〜0モル%、より好ましくは8〜0モル%、さらに好ましくは5〜0モル%である。マレイミド基を除いたM−PLLA(またはM−PLLA−M)中に含まれうるL−乳酸単位以外の構成単位の例としては、D−乳酸単位、乳酸以外の化合物由来の構成単位などが挙げられる。
【0071】
M−PDLA(またはM−PDLA−M)は、マレイミド基を除いたM−PDLA(またはM−PDLA−M)中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは92〜100モル%、さらに好ましくは95〜100モル%のD-乳酸単位から構成される。前記マレイミド基を除いたM−PDLA(またはM−PDLA−M)中のD−乳酸単位が90モル%以上であれば、最終的に得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の融点が高くなりやすい。
【0072】
前記M−PDLA(またはM−PDLA−M)は、D−乳酸単位以外の構成単位を含んでいてもよい。D−乳酸単位以外の構成単位の含有量は、マレイミド基を除いたM−PDLA(またはM−PDLA−M)中のすべての構成単位を100モル%として、好ましくは10〜0モル%、より好ましくは8〜0モル%、さらに好ましくは5〜0モル%である。マレイミド基を除いたM−PDLA(またはM−PDLA−M)中に含まれうるD−乳酸単位以外の構成単位の例としては、L−乳酸単位、乳酸以外の化合物由来の構成単位などが挙げられる。
【0073】
マレイミド基を除いたM−PLLA(もしくはM−PLLA−M)中、またはマレイミド基を除いたM−PDLA(もしくはM−PDLA−M)中に含まれうる乳酸以外の化合物由来の構成単位の例としては、ジカルボン酸由来の単位、多価アルコール由来の単位、ヒドロキシカルボン酸由来の単位、もしくはラクトン由来の単位、またはこれらの構成単位から得られるポリエステル由来の単位、ポリエーテル由来の単位、もしくはポリカーボネート由来の単位などが好ましく挙げられる。ただし、これらに制限されるものではない。
【0074】
前記ジカルボン酸の例としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、またはイソフタル酸などが好ましく挙げられる。前記多価アルコールの例としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、グリセリン、ソルビタン、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、もしくはポリプロピレングリコール等の脂肪族多価アルコール、またはビスフェノールにエチレンオキシドを付加させた芳香族多価アルコールなどが好ましく挙げられる。前記ヒドロキシカルボン酸の例として、例えば、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸などが好ましく挙げられる。前記ラクトンの例としては、例えば、グリコリド、ε−カプロラクトングリコリド、ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、δ−ブチロラクトン、β−またはγ−ブチロラクトン、ピバロラクトン、またはδ−バレロラクトンなどが好ましく挙げられる。
【0075】
より高い融点を有する重合体を得るという観点から、前記M−PLLA(またはM−PLLA−M)中のL−乳酸単位とD−乳酸単位との質量比は、L−乳酸単位/D−乳酸単位=95/5〜100/0の範囲であることが好ましい。また、より高い融点を有する重合体を得るという観点から、前記M−PDLA(またはM−PDLA−M)中のD−乳酸単位とL−乳酸単位との質量比は、D−乳酸単位/L−乳酸単位=95/5〜100/0の範囲であることが好ましい。
【0076】
M−PLLA、M−PDLA、M−PLLA−M、およびM−PDLA−Mの製造方法については、アントラセン化合物またはフラン化合物の代わりにマレイミド化合物を重合開始剤として用いること以外は、上記の「(重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)」中の「[開環重合]」および「[カップリング反応]」の項で説明した製造方法と同様の製造方法を採用することができる。すなわち、重合開始剤としてマレイミド化合物を用い、L−ラクチドを開環重合するか、またはL−乳酸を脱水縮合すればM−PLLAが得られる。重合開始剤としてマレイミド化合物を用い、D−ラクチドを開環重合するか、またはD−乳酸を脱水縮合すればM−PDLAが得られる。さらに、上記M−PLLAをジイソシアネート化合物によりカップリングすれば、M−PLLA−Mが得られ、上記M−PDLAをジイソシアネート化合物によりカップリングすれば、M−PDLA−Mが得られる。
【0077】
開環重合については、高分子量体を得やすく、分子量の制御も容易であることから、重合開始剤としてマレイミド化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合する方法が好ましい。
【0078】
該開環重合は、例えば、下記反応式(2)で表される。下記反応式(2)は、マレイミド化合物としてN−(2−ヒドロキシエチル)マレイミドを用いたD−ラクチドの開環重合により、M−PDLAが合成される例である。重合触媒は、オクチル酸スズ(Sn(Oct)2)を使用している。
【0079】
【化5】
【0080】
前記反応式(2)中、mは、繰り返し単位の数を表し、好ましくは20〜1,200の整数である。
【0081】
マレイミド化合物を用いてL−ラクチドまたはD−ラクチドを開環重合させる際の原料ラクチドの種類や純度、重合触媒などの各種添加剤の種類や使用量、反応条件(温度、時間、圧力、雰囲気など)、反応装置、重合後の余剰のラクチドの除去、重合後の分離・精製などは、前述の「(重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)」の項で説明した内容と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、ジイソシアネート化合物によるカップリング反応の条件についても、前述の「(重合体鎖の両末端にアントラセニル基またはフラニル基を有するポリ−L−乳酸またはポリ−D−乳酸)」の項で説明した内容と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0082】
M−PLLAまたはM−PDLAの製造に用いられるマレイミド化合物の例としては、例えば、N−(2−ヒドロキシエチル)マレイミド、N−(2−ヒドロキシプロピル)マレイミド、N−(2−ヒドロキシブチル)マレイミドなどのN−(2−ヒドロキシアルキル)マレイミドが好ましく挙げられる。なかでも、ディールス・アルダー反応の反応性の観点から、N−(2−ヒドロキシエチル)マレイミド、N−(2−ヒドロキシプロピル)マレイミドがより好ましい。
【0083】
前記マレイミド化合物の使用量は、得られるM−PLLA、M−PDLA、M−PLLA−M、またはM−PDLA−Mの分子量により適宜選択しうるが、L−ラクチドまたはD−ラクチド 1molに対して、好ましくは0.0003〜0.3mol、より好ましくは0.01〜0.1molである。
【0084】
前記M−PLLA、前記M−PDLA、前記M−PLLA−M、または前記M−PDLA−Mの重量平均分子量は、好ましくは5,000〜200,000、より好ましくは7,000〜150,000、さらに好ましくは8,000〜100,000である。重量平均分子量が前記の範囲であれば、ポリ乳酸マルチブロック共重合体中のステレオコンプレックス結晶の含有率が、高くなりやすい。
【0085】
(ディールス・アルダー反応)
本発明のポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法は、上記A−PLLA−Aもしくは上記F−PLLA−Fと、上記M−PDLAもしくはM−PDLA−Mとをディールス・アルダー反応させる工程か、または上記A−PDLA−AもしくはF−PDLA−Fと、上記M−PLLAもしくはM−PLLA−Mとをディールス・アルダー反応させる工程を含む。
【0086】
前記ディールス・アルダー反応は特に限定されず、公知の方法を利用できる。具体的には、PDLA−PLLA−PDLA型のトリブロック共重合体を製造するためにA−PLLA−A(またはF−PLLA−F)とM−PDLAとを反応させる場合は、前記A−PLLA−A(または前記F−PLLA−F) 1モルに対して、好ましくは1.6〜2.4モル程度となる前記M−PDLAを、好ましくは80〜210℃の温度で、好ましくは1〜20時間程度反応させる方法が挙げられる。反応温度は85〜200℃であることがより好ましく、反応時間は1.5〜15時間であることがより好ましい。
【0087】
同様に、PLLA−PDLA−PLLA型のトリブロック共重合体を製造するためにA−PDLA−A(または前記F−PDLA−F)とM−PLLAとを反応させる場合は、前記A−PDLA−A(または前記F−PDLA−F) 1モルに対して、好ましくは1.6〜2.4モル程度となる前記M−PLLAを、好ましくは80〜210℃の温度で、好ましくは1〜20時間程度反応させる方法が挙げられる。反応温度は85〜200℃であることがより好ましく、反応時間は1.5〜15時間であることがより好ましい。
【0088】
さらに、(PLLA−PDLA)p型のマルチブロック共重合体を製造するためにA−PDLA−A(またはF−PDLA−F)とM−PLLA−Mとを反応させる場合は、前記A−PDLA−A(または前記F−PDLA−F) 1モルに対して好ましくは0.8〜1.2モル程度となるM−PLLA−Mを、好ましくは80〜210℃の温度で、好ましくは1〜20時間程度反応させる方法が挙げられる。反応温度は85〜200℃であることがより好ましく、反応時間は1.5〜15時間であることがより好ましい。
【0089】
同様に、(PLLA−PDLA)p型のマルチブロック共重合体を製造するためにA−PLLA−A(またはF−PLLA−F)とM−PDLA−Mとを反応させる場合は、前記A−PLLA−A(または前記F−PLLA−F) 1モルに対して好ましくは0.8〜1.2モル程度となるM−PDLA−Mを、好ましくは80〜210℃の温度で、好ましくは1〜20時間程度反応させる方法が挙げられる。反応温度は85〜200℃であることがより好ましく、反応時間は1.5〜15時間であることがより好ましい。
【0090】
なお、該ディールス・アルダー反応で得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の着色を考慮して、反応容器は密閉構造とするのが好ましく、さらに、反応雰囲気は窒素ガス等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
【0091】
また、該ディールス・アルダー反応の際には、必要に応じて各種溶媒を特に制限なく用いることができる。具体的には、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒;n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ペプタン等の脂肪族系溶媒;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル系溶剤;ジクロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、トリフルオロエタン等のハロアルカン系溶剤などが挙げられる。これらは単独でも、または2種以上を組み合わせても用いることができる。
【0092】
本発明の製造方法においては、該ディールス・アルダー反応を行う前に、あらかじめ、A−PLLA−A、A−PDLA−A、F−PLLA−F、またはF−PDLA−Fと、M−PLLA、M−PDLA、M−PLLA−M、またはM−PDLA−Mとを攪拌・混合しておくことが好ましい。このような操作を行うことにより、効率よくディールス・アルダー反応を進行させることができる。混合は、溶媒の存在下で行ってもよいし、無溶媒で行ってもよい。この攪拌・混合の際の溶媒としては、上記で例示したディールス・アルダー反応の際に用いられうる溶媒が用いられうる。混合時間は、1〜5時間が好ましく、また、混合温度は、15〜40℃が好ましい。混合方法は、例えば、メカニカルスターラーなどで激しく攪拌する方法などが挙げられる。
【0093】
該ディールス・アルダー反応は、例えば、下記反応式(3)で表される。なお、下記反応式(3)は、前記反応式(1)で表される反応により得られるA−PLLA−Aと、前記反応式(2)で表される反応により得られるM−PDLAとのディールス・アルダー反応によりポリ乳酸トリブロック共重合体が合成される例である。また、ディールス・アルダー反応の前に、A−PLLA−AとM−PDLAとを、それぞれジクロロメタンに溶かし、あらかじめ攪拌・混合させている。
【0094】
【化6】
【0095】
前記反応式(3)中、mおよびnは、それぞれ独立して、繰り返し単位の数を表す。好ましくは、mおよびnは、それぞれ独立して、20〜1,200の整数である。
【0096】
本発明の製造方法によって得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体は、重量平均分子量が、好ましくは15,000〜600,000、より好ましくは20,000〜500,000、さらに好ましくは24,000〜400,000である。重量平均分子量が上記範囲内であれば、本発明の製造方法により得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体は、機械強度、成形加工性に優れる。
【0097】
また、本発明の製造方法によって得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体の分子量分布(MwD)は、好ましくは1〜3、より好ましくは1.1〜2.5である。分子量分布が前記の範囲であれば、得られたポリ乳酸マルチブロック共重合体中のステレオコンプレックス結晶の含有率が、高くなりやすい。なお、本発明において、分子量分布(MwD)は、後述の実施例に記載の測定方法により得られたポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との値を用いて、下記数式1により計算した値を採用するものとする。
【0098】
【数1】
【0099】
なお、アントラセン基とマレイミド基との逆ディールス・アルダー反応は、通常250℃以上で起こり、フラニル基とマレイミド基との逆ディールス・アルダー反応は、通常145℃以上で起こる。このため、共重合体が有する各ブロックを可逆的に外すことができ、繰り返しリサイクルが可能となるため、環境負荷が軽減されうる。アントラセン基とマレイミド基との系では、ステレオコンプレックス結晶の融点以上まで逆ディールス・アルダー反応が起こらないため、耐熱性に優れており、また、フラニル基とマレイミド基との系では、逆ディールス・アルダー反応がホモポリマーの融点以上で起こってポリマーブロックが外れるため、リサイクル性に富んでいる。
【0100】
本発明の製造方法により得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体中のポリ−L−乳酸ブロックとポリ−D−乳酸ブロックとの質量比は、好ましくはポリ−L−乳酸ブロック:ポリ−D−乳酸ブロック=9:91〜91:9であり、より好ましくはポリ−L−乳酸ブロック:ポリ−D−乳酸ブロック=20:80〜80:20、さらに好ましくはポリ−L−乳酸ブロック:ポリ−D−乳酸ブロック=25:75〜75:25の範囲である。前記ポリ−L−乳酸ブロックおよび前記ポリ−D−乳酸ブロックの質量比が前記の範囲であれば、得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体のステレオコンプレックス結晶の含有率が高くなりやすい。また、L体(L−ラクチドまたはL−乳酸)とD体(D−ラクチドまたはD−乳酸)との価格差が大きくなる場合に、低コストで高付加価値を有する製品を安定的に製造することが可能となる。
【0101】
本発明の製造方法により得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体には、本発明の目的を損なわない範囲内で、通常の添加剤、例えば、可塑剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、滑剤、離形剤、各種フィラー、帯電防止剤、難燃剤、発泡剤、充填剤、抗菌・抗カビ剤、核形成剤、染料、顔料を含む着色剤等を所望に応じて含有することができる。
【0102】
本発明の製造方法により得られるポリ乳酸マルチブロック共重合体は、射出成形、押出成形、ブロー成形、発泡成形、圧空成形、または真空成形など、従来公知の方法により成形されうる。前記のような成形方法で得られる成形品の例としては、例えば、フィルム、シート、繊維、布、不織布、農業用資材、園芸用資材、漁業用資材、土木・建築用資材、文具、医療用品、または電気・電子用部品などが挙げられる。
【実施例】
【0103】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。なお、各薬品は、下記表1に示すものを使用した。
【0104】
【表1】
【0105】
また、核磁気共鳴スペクトル(NMR)、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分子量分布(MwD)、および熱的特性は、下記の方法により測定した。
【0106】
(1)NMR
500MHz 1H−NMRは、Bruker社製、ARX500を用い、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を0.3体積%含む重クロロホルムを溶媒として用いた。
【0107】
(2)重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(MwD)
GPC法により、ポリスチレン換算の値を測定した。使用した測定機器等の測定条件は下記表2の通りであった。分子量分布(MwD)は、測定された重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)とから、前記数式1によって算出した。
【0108】
【表2】
【0109】
(3)熱的特性
示差走査熱量測定計(株式会社島津製作所製 DSC−50)を用いた。試料3mgをアルミニウムパンに入れ、下記表3に示す(a)〜(c)の条件で、20ml/分の流速で窒素ガスを流して測定を行った。
【0110】
【表3】
【0111】
(製造例1)
<A−PLLA−Aの合成>
二つ口フラスコに、L−ラクチド 2.4g(16.7mmol)、および2−(ヒドロキシメチル)アントラセン 50mg(0.24mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 2.7mg(6.7μmol)を含む0.1mLの触媒溶液(溶媒:トルエン)を、窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して25分間攪拌し、重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(A−PLLA)を得た。その後、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート 20μL(0.12mmol)を添加し、180℃でさらに15分間攪拌した。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥しA−PLLA−Aを得た。A−PLLA−Aの収率は73.3%であった。1H−NMRのスペクトルデータを、下記表4に示す。
【0112】
【表4】
【0113】
(製造例2)
<M−PDLAの合成>
二つ口フラスコに、D−ラクチド 0.75g(5.2mmol)、および2−(ヒドロキシエチル)マレイミド 20mg(0.14mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 0.85mg(2.1μmol)を含む0.1mlの触媒溶液(溶媒:トルエン)を窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して15分間攪拌した。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥しM−PDLAを得た。M−PDLAの収率は87%であった。1H−NMRのスペクトルデータを、下記表5に示す。
【0114】
【表5】
【0115】
(実施例1)
製造例1で得られたA−PLLA−Aおよび製造例2で得られたM−PDLAを、それぞれジクロロメタンに溶解し、濃度が5mM(0.5g/L)である溶液を調製した。最初に、両方の溶液を、A−PLLA−AとM−PDLAとのモル比が1:2となるように混合し、室温(20℃)で2時間激しく攪拌・混合した。得られた溶液を、過剰のメタノール中に再沈殿させた。沈殿物を、濾過分離し乾燥した。次に、乾燥後の沈殿物を窒素雰囲気下の試験管に入れ、室温(20℃)で3時間真空乾燥した後、135℃で12時間攪拌した。その後、冷却し、反応生成物であるポリ乳酸トリブロック共重合体(以下、単に「PDLA−PLLA−PDLA」とも称する)を得た。得られたPDLA−PLLA−PDLAの1H−NMRのスペクトルデータを、下記表6に示す。
【0116】
【表6】
【0117】
製造例1〜2および実施例1で得られた重合体の分子量の測定結果を下記表7に示す。
【0118】
【表7】
【0119】
表7から明らかなように、製造例1で得られたA−PLLA−AのMnはA−PLLAのMnの約2倍となった。この結果から、重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有し、もう一方の末端にヒドロキシル基を有するA−PLLAのジイソシアネート化合物によるカップリング反応は、ほぼ定量的に進行していることが分かる。
【0120】
また、実施例1のPDLA−PLLA−PDLAのMnは、A−PLLA−A 1分子とM−PDLA 2分子との合計のMnとほぼ等しかった。この結果から、重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ乳酸と、重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ乳酸とのディールス・アルダー反応は、ほとんど定量的にポリ乳酸トリブロック共重合体を形成しうることが分かる。
【0121】
図1は、製造例1で合成したA−PLLAの1H−NMRスペクトルであり、図2は、製造例1で合成したA−PLLA−Aの1H−NMRスペクトルである。また、図3は、製造例2で合成したM−PDLAの1H−NMRスペクトルである。図1の(i)で示されるシグナル、および図3の(e)で示されるシグナルは、A−PLLAおよびM−PDLAのヒドロキシル基末端が結合しているメチン基を示している。また、アントラセニル基およびマレイミド基に基づくシグナルも、より明確に示されている。図1で示されたシグナル(i)(4.3−4.4ppm)は、図2で示されたシグナル(i)(4.9−5.0ppm)にシフトし、また、図2ではイソシアネート基に基づくシグナルが確認されることから、カップリング反応が効果的に進行していることがわかる。また、図2の(f)で示されているシグナルは、PLLA連鎖が結合したアントラセニルメチル基のメチレン基のプロトンである。また、図3の(b)および(c)で示されているシグナルは、マレイミド残基とPDLA連鎖との間のエチレン基のプロトンである。これらのデータから、A−PLLAおよびM−PDLAがほぼ定量的に形成されていることがわかる。
【0122】
図4は、実施例1で得られたPDLA−PLLA−PDLAの1H−NMRチャートである。原料であるA−PLLA−Aのアントラセン部分のシグナルである8.0〜8.45ppmのシグナル、およびM−PDLAのマレイミド部分のシグナルである6.75ppmのシグナルが小さくなり、代わって3.1〜3.3ppmおよび3.4〜3.6ppm(c,d,e,f)に、ディールス・アルダー反応生成物の新しいシグナルが出現していることが確認できた。さらに、A−PLLA−Aのアントラセニルメチル基中のメチレン基のシグナルである5.38ppmのシグナルが、PDLA−PLLA−PDLAのスペクトルでは4.78ppm(g)に移動し、アントラセニルメチル基中の芳香族環のシグナルである7.41ppm、7.5〜7.6ppm、7.97ppm、8.03ppm、および8.45ppmのシグナルは、PDLA−PLLA−PDLAのスペクトルでは7.1〜7.4ppm(a,b)に移動した。M−PDLAのPDLA鎖とマレイミド基との間のエチレン基のシグナルである3.8〜3.9ppmおよび4.3〜4.4ppmのシグナルは、PDLA−PLLA−PDLAのスペクトルでは、それぞれ3.3〜3.4ppm(c)付近と3.6〜3.8ppm(f)付近に移動した。これらのデータは、A−PLLA−AとM−PDLAとの間のディールス・アルダー反応により、ステレオトリブロック共重合体であるPDLA−PLLA−PDLAが形成されていることを支持している。
【0123】
図5は、上記表3の第1の加熱を受けた後の実施例1のPDLA−PLLA−PDLAのDSCチャート(図5中のa)、および上記表3の第2の加熱を受けた後に得られた実施例1のPDLA−PLLA−PDLAのDSCチャートである(図5中のb)。実施例1のPDLA−PLLA−PDLAは、220℃付近に吸熱ピークを示したが、これは、ステレオコンプレックス結晶(Sc結晶)の溶融を示すピークである。また、ホモ結晶(hc結晶)の溶融ピークは観測されなかった。第二の加熱(b)に際して90℃付近に融解再結晶による発熱ピークが観測される。これらのチャートから、レトロディールス・アルダー反応は、240℃付近まで起きていないことが確認できた。したがって、本発明の製造方法により得られる、ディールス・アルダー反応付加物であるポリ乳酸トリブロック共重合体の安定性は非常に高いと言える。
【0124】
(製造例3)
<A−PLLA−Aの合成>
二つ口フラスコに、L−ラクチド 5.0g(34.7mmol)、および2−(ヒドロキシメチル)アントラセン 138.8mg(0.67mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 5.6mg(13.9μmol)を含む触媒溶液(溶媒:トルエン)を窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して25分間攪拌し、重合体鎖の片末端にアントラセニル基を有するポリ−L−乳酸(A−PLLA)を得た。その後、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート 0.33mmolを添加し、180℃でさらに15分間攪拌した。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥しA−PLLA−Aを得た。A−PLLA−Aの収率は88.0%であった。1H−NMRのスペクトルデータを、下記表8に示す。
【0125】
【表8】
【0126】
(製造例4)
<M−PDLA−Mの合成>
二つ口フラスコに、D−ラクチド3.0g(20.8mmol)、および2−(ヒドロキシエチル)マレイミド 56.4mg(0.40mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 3.4mg(8.3μmol)を含む触媒溶液(溶媒:トルエン)を窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して25分間攪拌し、重合体鎖の片末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸(M−PDLA)を得た。その後、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート 33.6mg(0.20mmol)を添加し、180℃でさらに15分間攪拌した。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥しM−PLLA−Mを得た。M−PLLA−Mの収率は83.1%であった。1H−NMRのスペクトルデータを、下記表9に示す。
【0127】
【表9】
【0128】
(実施例2)
製造例3で得られたA−PLLA−Aおよび製造例4で得られたM−PDLA−Mをそれぞれジクロロメタンに溶解し、濃度が5mM(0.5g/L)である溶液を調製した。最初に、両方の溶液を、A−PLLA−AとM−PDLA−Mとのモル比が1:1となるように混合し、室温(20℃)で2時間激しく攪拌・混合した。得られた溶液を、過剰のメタノール中に再沈殿させた。沈殿物を、濾過分離し乾燥した。次に、乾燥後の沈殿物を窒素雰囲気下の試験管に入れ、室温(20℃)で3時間真空乾燥した後、140℃で12時間加熱した。その後、冷却し、生成物であるポリ乳酸マルチブロック共重合体(以下、単にPDLA−m−PLLAとも称する)を得た。得られたPDLA−m−PLLAの1H−NMRのスペクトルデータを、下記表10に示す。
【0129】
【表10】
【0130】
製造例3〜4および実施例2で得られた重合体の、分子量の測定結果を下記表11に示す。
【0131】
【表11】
【0132】
表11から明らかなように、製造例1のA−PLLA−AのMnは、A−PLLAのMnの約2倍となった。この結果から、ヒドロキシル基末端を有するA−PLLAのジイソシアネート化合物によるカップリング反応は、ほぼ定量的に進行していることが分かる。また、製造例2のM−PDLA−MのMnはM−PDLAのMnの約2倍となった。この結果から、ヒドロキシル基末端を有するM−PDLAのジイソシアネート化合物によるカップリング反応は、ほぼ定量的に進行していることが分かる。
【0133】
実施例2のPDLA−m−PDLAのMnは,A−PLLA−AとM−PDLA−Mとの鎖延長反応(ディールス・アルダー反応)により分子量が増加した。この結果から、重合体鎖の両末端にアントラセニル基を有するポリ乳酸と、重合体鎖の両末端にマレイミド基を有するポリ乳酸とのディールス・アルダー反応は、ポリ乳酸マルチブロック共重合体を形成しうることが分かる。
【0134】
図6は、製造例3で合成したA−PLLAの1H−NMRスペクトルであり、図7は、製造例3で合成したA−PLLA−Aの1H−NMRスペクトルである。また、図8は、製造例4で合成したM−PDLAの1H−NMRスペクトルであり、図9は、製造例4で合成したM−PDLA−Mの1H−NMRスペクトルである。図6の(i)で示されるシグナル、および図8の(e)で示されるシグナルは、A−PLLAおよびM−PDLAのヒドロキシル基末端が結合しているメチン基を示している。また、アントラセン基およびマレイミド基に基づくシグナルも、より明確に示されている。図6の(i)で示されたシグナルは図7では消失し、図7はイソシアネート基に基づくシグナルが確認されることから、カップリング反応が効果的に進行していることがわかる。また、図7の(f)で示されているシグナルは、PLLA連鎖が結合したアントラセニルメチル基のメチレン基のプロトンである。また。図8の(e)で示されたシグナルは図9では減少し、図9はイソシアネート基に基づくシグナルが確認されることから、カップリング反応が効果的に進行していることがわかる。また、図9の(c)で示されているシグナルは、PDLA連鎖が結合したマレイミドエチル基のメチレン基のプロトンである。これらのデータから、A−PLLAおよびM−PDLAがほぼ定量的に形成されていることがわかる。これらのデータから、A−PLLA−AおよびM−PDLA−Mがほぼ定量的に形成されていることがわかる。
【0135】
図10は、実施例2で得られたPDLA−m−PLLAのNMRチャートである。原料であるA−PLLA−Aのアントラセン部分のシグナルである8.0〜8.45ppmのシグナル、およびM−PDLA−Mのマレイミド部分のシグナルである6.75ppmのシグナルが小さくなり、代わって3.6〜3.9ppmに、ディールス・アルダー反応生成物の新しいシグナルが出現していることが確認できた。さらに、A−PLLA−Aのアントラセニルメチル基中のメチレン基のシグナルである5.38ppmのシグナルが、PDLA−m−PLLAのスペクトルでは4.30ppmに移動し、アントラセニルメチル基中の芳香族環のシグナルである7.41ppm、7.5〜7.6ppm、7.97ppm、8.03ppm、および8.45ppmのシグナルは、PDLA−m−PLLAのスペクトルでは7.1〜7.4ppmに移動した。M−PDLA−MのPDLA鎖とマレイミド基との間のエチレン基のシグナルである3.8〜3.9ppmおよび4.3〜4.4ppmのシグナルは、PDLA−m−PLLAのスペクトルでは、それぞれ3.3〜3.4ppm付近と3.6〜3.8ppm付近に移動した。これらのデータは、A−PLLA−AとM−PDLA−Mとの間のディールス・アルダー反応により、マルチブロック共重合体であるPDLA−m−PLLAが形成されていることを支持している。
【0136】
図11は、上記表3の第1の加熱を受けた後の実施例2のPDLA−m−PLLAのDSCチャート(図11中のa)、および上記表3の第2の加熱を受けた後に得られた実施例1のPDLA−m−PLLAのDSCチャートである(図11中のb)。実施例2のPDLA−m−PDLAは、210℃付近に吸熱ピークを示したが、これは、ステレオコンプレックス結晶(Sc結晶)の溶融を示すピークである。また、ホモ結晶(hc結晶)の溶融ピークは観測されなかった。これらのチャートから、レトロディールス・アルダー反応は、240℃付近まで起きていないことが確認できた。したがって、本発明の製造方法により得られる、ディールス・アルダー反応生成物であるポリ乳酸マルチブロック共重合体の安定性は非常に高いと言える。
【0137】
(製造例5)
<F−PLLA−Fの合成>
二つ口フラスコに、L−ラクチド 5.0g(34.7mmol)、およびフルフリルアルコール 65.7mg(0.67mmol)を入れ、室温(20℃)で6時間、真空乾燥した。オクチル酸スズ 5.6mg(13.9μmol)を含む触媒溶液(溶媒:トルエン)を窒素雰囲気下でフラスコに加えた。混合物全体を、トルエンを蒸発させるために室温(20℃)で1時間真空乾燥し、180℃に加熱して25分間攪拌した(F−PLLAの合成)。その後、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート 0.33mmolを添加し、180℃でさらに15分間攪拌した(F−PLLA−Fの合成)。得られた重合物を、ジクロロメタンに溶かし、過剰のメタノール中に再沈殿させて、濾過分離し乾燥し、F−PLLA−Fを得た。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、または、
重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、
を含む、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法。
【請求項1】
重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−L−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−D−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、または、
重合体鎖の両末端にアントラセニル基もしくはフラニル基を有するポリ−D−乳酸と重合体鎖の少なくとも一方の末端にマレイミド基を有するポリ−L−乳酸とをディールス・アルダー反応させる工程、
を含む、ポリ乳酸マルチブロック共重合体の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−236325(P2011−236325A)
【公開日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−108556(P2010−108556)
【出願日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【出願人】(504255685)国立大学法人京都工芸繊維大学 (203)
【出願人】(390022301)株式会社武蔵野化学研究所 (63)
【出願人】(303066965)株式会社ミューチュアル (33)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【出願人】(504255685)国立大学法人京都工芸繊維大学 (203)
【出願人】(390022301)株式会社武蔵野化学研究所 (63)
【出願人】(303066965)株式会社ミューチュアル (33)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]