説明

ポリ乳酸樹脂組成物およびその成形体

【課題】透明性、耐熱性および耐衝撃性に優れるとともに、成形時の生産性に優れるポリ乳酸樹脂組成物と、その成形体を提供する。
【解決手段】ポリ乳酸樹脂組成物は、(A)ポリ乳酸、(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物、(C)多価カルボン酸と、オキシアルキレンを付加したモノオールとのエステル、および、(D)分子中に水酸基、アミド基およびエステル基から選ばれる少なくとも1種の官能基を2つ以上有する化合物、を含有する。また、成形体は、このポリ乳酸樹脂組成物を成型してなるものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリ乳酸樹脂組成物およびその成形体に関する。
【背景技術】
【0002】
石油資源の枯渇、CO削減等が問題となる中、とうもろこし等の穀物資源から発酵により得られる乳酸を原料とする植物由来の樹脂であるポリ乳酸が注目されている。ポリ乳酸は、剛性が強く透明性が良いという特徴を有するが、耐熱性や耐衝撃性が低いため高温条件で使用できないなど、その用途が限られていた。
【0003】
耐熱性を向上させる方法としては、熱処理(アニール処理)によって結晶化度を高める方法があるが、熱処理時間が非常に長く実用的でない上に、結晶化の進行と共に透明性が低下するなどの問題があった。
【0004】
これらの問題を解決する方法としては、特開2003−192884号公報(特許文献1)には、ポリ乳酸の結晶化を促進する核剤として、リン酸エステル金属塩を使用する方法が記載されている。また、特開2007−130895号公報(特許文献2)には、結晶核剤として、脂肪族エステル、脂肪族アミド等が挙げられ、例えば、エチレンビス12−ヒドロキシステアリン酸アミドを使用する方法が記載されている。一方、国際公開WO2007/40187号(特許文献3)には、フィラーの表面または末端をポリ乳酸で修飾した機能性フィラーを用いる方法が記載されている。このように、耐熱性や耐衝撃性に優れるポリ乳酸樹脂成形体が得られるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−192884号公報
【特許文献2】特開2007−130895号公報
【特許文献3】国際公開WO2007/40187号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1〜3に記載の方法では、樹脂の成形に要する時間が長いため、生産効率が悪いという問題がある。樹脂の成形時間を短縮する方法として核剤の使用量を増やすことが考えられるが、その影響として樹脂の透明性が大幅に低下するという問題がある。
【0007】
そこで、この発明の目的は、透明性、耐熱性および耐衝撃性に優れるとともに、成形時の生産性に優れるポリ乳酸樹脂組成物と、その成形体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に従ったポリ乳酸樹脂組成物は、(A)ポリ乳酸、(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物、(C)多価カルボン酸と、オキシアルキレンを付加したモノオールとのエステル、および、(D)分子中に水酸基、アミド基およびエステル基から選ばれる少なくとも1種の官能基を2つ以上有する化合物、を含有する。
【0009】
この発明に従ったポリ乳酸樹脂組成物においては、(A)ポリ乳酸100重量部に対して、(B)1〜30重量部、(C)1〜15重量部および(D)0.1〜1重量部を含有することが好ましい。
【0010】
この発明に従った成形体は、上記のいずれかのポリ乳酸樹脂組成物を成型してなる成形体である。
【発明の効果】
【0011】
この発明によれば、透明性、耐熱性および耐衝撃性に優れるポリ乳酸成形体を、短時間で効率よく得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0013】
本発明の(A)ポリ乳酸は、乳酸またはその二量体であるラクチドを重合して得られるものである。ポリ乳酸は、例えば、乳酸またはラクチドのみを重合したホモポリマーや、乳酸またはラクチドと他のヒドロキシカルボン酸とを用いて重合したコポリマーであってもよい。これらのうち、透明性、耐熱性の点でホモポリマーが好ましい。
【0014】
また、ポリ乳酸に用いる乳酸またはラクチドはD体およびL体の光学異性体が存在するが、耐熱性や透明性の点で、D体またはL体のいずれかが、90〜100モル%であることが好ましく、より好ましくは95〜100モル%、さらに好ましくは99〜100モル%であることが好ましい。
【0015】
本発明の(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物を得る方法としては、例えば、ケイ素アルコキサイド化合物の存在下、乳酸を脱水重合および/またはラクチドを開環重合する方法など、例えば、特開平9−143253号公報、特開平7−206851号公報などに記載されている公知の方法を使用することができる。
【0016】
ケイ素アルコキサイド化合物は、乳酸100重量部に対して0.1〜10重量部が好ましく、0.1〜3重量部がより好ましい。この範囲にすると、得られる成形体の耐熱性がより優れたものとなる。
【0017】
ケイ素アルコキサイド化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランおよびテトラプロポキシシランなどのテトラアルコキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシランおよびエチルトリエトキシシランなどのアルキルトリアルコキシシラン、ジメチルジメトキシシランおよびジメチルジエトキシシランなどのジアルキルジアルコキシシラン、フェニルトリメトキシシランおよびフェニルトリエトキシシランなどのフェニルトリアルコキシシラン、ジフェニルジメトキシシランおよびジフェニルジエトキシシランなどのジフェニルジアルコキシシランが挙げられる。
【0018】
また、ビニルトリメトキシシランおよびビニルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジアルコキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリアルコキシシランおよび3−アミノプロピルトリアルコキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジアルコキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロへキシル)エチルトリアルコキシシラン、3−クロロプロピルメチルジアルコキシシラン、3−クロロプロピルトリアルコキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリアルコキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリアルコキシシラン、3−メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、N−(1,3−ジメチルブチリデン)−3−(トリアルコキシシリル)−1−プロパンアミン、N−[2−(ビニルベンジルアミノ)エチル]−3−アミノプロピルトリアルコキシシラン・塩酸塩、N,N’−ビス[3−(トリアルコキシシリル)プロピル]エチレンジアミンなどの官能基を有するアルコキシシランも使用できる。
【0019】
さらに、上記アルコキシシランのオリゴマーも使用でき、例えば、サイラエース(登録商標)MS3201、MS3202、MS3301、MS3302(チッソ社製)も使用できる。また例えば、メチルシリケート51、メチルシリケート53A、エチルシリケート40およびエチルシリケート48(コルコート社製)も使用できる。
【0020】
本発明のポリ乳酸樹脂組成物における(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物の添加量は、成形体の耐熱性がより優れる点から、(A)ポリ乳酸100重量部に対し1〜30重量部が好ましく、5〜10重量部がより好ましい。
【0021】
また、耐熱性に優れる点から、(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物に使用する乳酸またはラクチドは、(A)ポリ乳酸が、原料としてD体の乳酸またはラクチドを使用する場合はL体の乳酸またはラクチドであることが好ましく、(A)ポリ乳酸が、原料としてL体の乳酸またはラクチドを使用する場合はD体の乳酸またはラクチドであることが好ましい。
【0022】
本発明の(C)多価カルボン酸と、オキシアルキレンを付加したモノオールとのエステルは、分子中に2個以上のエステル基を有し、分子内にオキシアルキレン基を有する化合物である。
【0023】
多価カルボン酸としては、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびクエン酸などの脂肪族多価カルボン酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸およびピロメリット酸などの芳香族多価カルボン酸などが挙げられる。これらのうち、柔軟性の点で、脂肪族多価カルボン酸が好ましく、コハク酸またはアジピン酸がより好ましい。
【0024】
オキシアルキレンを付加したモノオールは、モノオールに炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを付加した化合物が挙げられる。
【0025】
モノオールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、フェノール、ベンジルアルコールなどが挙げられる。これらのうち、相溶性の点でメタノールが好ましい。
【0026】
また、炭素数2〜4のアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドおよびブチレンオキサイドが挙げられる。これらのうち、相溶性の点で、エチレンオキサイドが好ましい。また、オキシアルキレン基の付加モル数は、柔軟性、相溶性の点で、1分子中に1〜9であることが好ましく、2〜4がより好ましい。
【0027】
また、オキシアルキレンを付加したモノオールと共に、オキシアルキレン基を付加していないモノオールを併用することも可能である。このような化合物としては、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールなどの脂肪族アルコール、フェノールおよびベンジルアルコールなどの芳香環含有アルコールが挙げられる。これらのうち、耐揮発性の観点から、芳香環含有アルコールが好ましい。
【0028】
本発明の(C)多価カルボン酸と、オキシアルキレンを付加したモノオールとのエステルとしては、多価カルボン酸としてアジピン酸を用い、モノオールとしてジエチレングリコールモノメチルエーテルとベンジルアルコールを併用したものが好ましい。
【0029】
本発明におけるポリ乳酸樹脂組成物における可塑剤として(C)多価カルボン酸と、オキシアルキレンを付加したモノオールとのエステルの添加量は、可塑性及び結晶化速度の観点から、(A)ポリ乳酸100重量部に対し1〜15重量部が好ましく、5〜10重量部がより好ましい。
【0030】
本発明の(D)分子中に水酸基、アミド基およびエステル基から選ばれる少なくとも1種の官能基を2つ以上有する化合物としては、ステアリン酸モノグリセライド、ベヘニン酸モノグリセライドおよび12−ヒドロキシステアリン酸トリグリセライドなどの脂肪酸エステル、12−ヒドロキシステアリン酸モノエタノールアミドなどの水酸基含有脂肪酸モノアミド、エチレンビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ブチレンビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビス−12−ステアリン酸アミド、m−キシリレンビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミドなどの水酸基含有脂肪酸ビスアミドなどが挙げられる。
【0031】
これらのうち、ポリ乳酸樹脂組成物に対する相溶性が優れることから、水酸基含有脂肪酸ビスアミドが好ましい。
【0032】
(D)成分の添加量は、結晶化速度、耐熱性の観点から、(A)ポリ乳酸100重量部に対し0.1〜1.0重量部が好ましい。また、より透明性に優れる観点から、0.1〜0.5重量部がより好ましい。
【0033】
本発明のポリ乳酸樹脂組成物には、その他の成分として、ヒンダードフェノール又はホスファイト系の酸化防止剤、モノカルボジイミドやポリカルボジイミド等の加水分解抑制剤などを添加してもよい。添加量は、(A)ポリ乳酸100重量部に対して0.1〜2.0重量部である。
【0034】
本発明における原料は上記以外にも本発明の効果を損なわない程度に添加剤を配合することができる。このような添加剤としては例えば帯電防止剤、防曇剤、光安定剤、紫外吸収剤、顔料、無機充填剤、有機充填剤、防カビ剤、抗菌剤、難燃剤等が挙げられる。
【0035】
次に、ポリ乳酸樹脂組成物の成形方法を説明する。
【0036】
本発明におけるポリ乳酸樹脂組成物を押出機やバンバリーミキサー、ニーダー、加熱ロ−ルなどで混練してペレット状に形状を揃え乾燥させる。乾燥後ペレットは、射出成形、ブロー成形、押出成形、インフレーション成形、およびシート加工後の真空成形、圧空成形、真空圧空成形などの成形方法により、各種成形体とすることができる。とりわけ生産性の観点からは、シート加工後の真空成形、圧空成形、真空圧空成形またはブロー成形により成形体とすることが好ましい。
【0037】
好適な真空成形、圧空成形、真空圧空成形条件の一例を挙げれば、T−ダイ押出機のシリンダ温度は樹脂組成物の融点または流動開始温度以上が好ましく、より好ましくは150〜230℃の範囲である。T−ダイから押し出されたシートは30〜50℃温度に設定されたキャストロールで冷却しシートを得る。シートは真空、圧空成形の成形性の観点から相対結晶化度50%以下が好ましい。得られたシートは赤外線ヒーター等の加熱装置を用いてシート表面温度が80〜130℃の範囲になるように加熱する。好ましくは90〜110℃である。シート表面温度が低すぎると成形品の結晶化度が高くならない。また、温度が高すぎるとドローダウンする。
【0038】
次に、調温した金型を用いて加熱されたシートを真空及び圧空成形し、金型内で一定時間保持することで樹脂成形品を得る。金型温度はポリ乳酸樹脂組成物の融点よりも30℃低い温度以下とすることが好ましく、より好ましくは70〜120℃の範囲である。
【実施例】
【0039】
以下に実施例および比較例について本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【0040】
実施例および比較例の成形体の製造に用いた原料は以下のとおりである。
【0041】
<使用原料>
(実施例使用原料)
(A)ポリ乳酸としては、次のA−1を使用した。
A−1:ポリ−L−乳酸(商品名:4032D、Natureworks社製)
【0042】
(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物としては、次のB−1(テトラエトキシシラン−PDLA)、B−2(メチルトリエトキシシラン−PDLA)、または、B−3(テトラエトキシシランオリゴマー−PDLA)を使用した。
【0043】
B−1:テトラエトキシシラン−PDLAは次のようにして製造した。すなわち、テトラエトキシシラン10.0gを、D−乳酸(ピューラック社製、90質量%水溶液)990gに溶解させ、窒素バブリングさせながら130℃で4時間脱水縮合させた。さらに170℃、5mmHg減圧下で12時間攪拌して、脱水重合を行った。反応終了後、流動性のポリマーを取り出し、冷却固化させることにより、無色透明なテトラエトキシシラン−PDLAを得た。
【0044】
B−2:メチルトリエトキシシラン−PDLAは次のようにして製造した。すなわち、B−1のテトラエトキシシランをメチルトリエトキシシランに変えた以外は同じ操作を行い、無色透明なメチルトリエトキシシラン−PDLAを得た。
【0045】
B−3:テトラエトキシシランオリゴマー−PDLAは次のようにして製造した。すなわち、B−1のテトラエトキシシラン10.0gをテトラエトキシシランオリゴマー(商品名:エチルシリケート40、コルコート社製)7.0gに変えた以外は同じ操作を行い、無色透明なテトラエトキシシランオリゴマー−PDLAを得た。
【0046】
(C)多価カルボン酸と、オキシアルキレンを付加したモノオールとのエステルとしては、次のC−1またはC−2を使用した。
C−1:アジピン酸と2−(2−メトキシエトキシ)エタノールおよびベンジルアルコールとのエステル化反応物(商品名:DAIFATTY−101、大八化学社製)
C−2:コハク酸(1モル)とトリエチレングリコールモノメチルエーテル(2モル)とのエステル化反応物
【0047】
(D)分子中に水酸基とアミド基をそれぞれ1つ以上有する化合物としては、次のD−1またはD−2を使用した。
D−1: N,N’−エチレンビス(12−ヒドロキシステアリン酸アミド)(商品名:ITOHWAX J−530、 伊藤製油社製)
D−2: N,N’−ヘキサメチレンビス(12−ヒドロキシステアリン酸アミド)(商品名:ITOHWAX J−630、 伊藤製油社製)
【0048】
(比較例使用原料)
比較例の成形体の原料として、(A)ポリ乳酸と、(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物としては、実施例と同じものを使用した。
【0049】
(c)可塑剤としては、実施例のC−1、または、次のc−1またはc−2を使用した。
c−1:アセチルクエン酸トリブチルスズ(旭化成ファインケム社製)
c−2:アジピン酸ジイソノニル(東京化成社製)
【0050】
(d)核剤としては、実施例のD−1、または、次のd−1またはd−2を使用した。
d−1:タルク(商品名:Micro Ace P−6、日本タルク社製)
d−2:ステアリン酸アミド(東京化成社製)
【0051】
(成形体)
実施例1の成形体については、上述の原料を、表1の実施例1の欄に示す割合で、2軸押出機(テクノベル製 KZW20−30MG)を使用しシリンダー温度180〜200℃の条件で加熱混練し樹脂組成物のペレットを得た。ペレットは70℃減圧下12時間以上乾燥した。ペレットをT−ダイ押出機(テクノベル製 ダイ幅400mm)を用い厚み0.4mmのシートを作成した。
【0052】
シートを約300℃の赤外線ヒーターで上下から加熱し軟化した後90℃に調温した金型を用い真空成型した。表1の「金型保持時間」に示す秒数で金型より取り出し、実施例1の成形品を得た。
【0053】
実施例2〜11と比較例1〜8においても、表1または表2のそれぞれの欄に記載の原料を用いた以外は、実施例1と同様に行い、成形体を得た。
【0054】
<評価方法>
得られた成形体の耐熱性、相対結晶化度、透明性、耐衝撃性、金型保持時間を以下のようにして評価した。
【0055】
(耐熱性)
成形体を90℃で30分間静置し、変形の有無を調べた。表1と表2においては、変形が無かった場合を○、変形が見られた場合を×とした。
【0056】
(相対結晶化度)
成形体を、示差走査熱量計(商品名:Thermo Plus Evo DSC8230、(株)リガク社製)を用いて、20℃から230℃まで10℃/分で昇温し、この時の、結晶化発熱量(ΔHc)、融解吸熱量(ΔHm)を測定し、下記式にて相対結晶化度を求めた。
相対結晶化度=(|ΔHm|−|ΔHc|)/|ΔHm|×100
【0057】
(透明性)
JIS K 7136に準じて、ヘーズメーターを使用して成形体のヘーズを測定した。
【0058】
(耐衝撃性)
JIS K 5600−5−3の方法に準じてデュポン式落下衝撃試験機を用い、成形体に割れが生じない最高の高さを測定した。なお、直径10mmの撃ち型、質量500gのおもりに変更して測定した。
【0059】
(金型保持時間)
樹脂組成物からなるシートを真空成形機にて、90℃に調整した金型(150mm × 210mm × 25mm)で保持し、金型から変形なく成形体を取り出せるまでの時間を測定した。なお、60秒保持しても変形無く離型できない場合は「離型不可」とした。
【0060】
【表1】

【0061】
【表2】

【0062】
表1と表2に示すように、実施例1〜11の成形体は、いずれも、比較例1〜8の成形体と比較して、金型保持時間が短かった。また、耐熱性、相対結晶化度、透明性においても、比較例1〜8の成形体よりも優れていた。耐衝撃性については、実施例6の成形体よりも比較例1の成形体の方が優れていたものの、金型保持時間、相対結晶化度、透明性については、実施例6の成形体の方が優れており、総合的に実施例5の成形体の方が比較例1の成形体よりも優れているといえる。
【0063】
特に、比較例1〜3の成形体のように、本発明の(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物を含まない場合には、実施例の成形体と比較して、耐熱性には問題ないが、金型保持時間と透明性において特に劣っていた。また、比較例4〜6の成形体のように、本発明の(C)多価カルボン酸と、オキシアルキレンを付加したモノオールとのエステルを含まない場合には、実施例の成形体と比較して、特に、金型保持時間、耐熱性、相対結晶化度、透明性において劣っていた。また、比較例7〜8の成形体のように、本発明の(D)分子中に水酸基、アミド基およびエステル基から選ばれる少なくとも1種の官能基を2つ以上有する化合物を含まない場合には、成形体を金型から離型することができなかった。比較例7〜8の成形体は、変形させずに離型することができなかったため、その他の項目は評価していない。
【0064】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変形を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【0065】
本発明により得られるポリ乳酸樹脂組成物は透明性、耐熱性に優れることから、加熱使用する食品包装容器や包装材料等に使用可能である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)ポリ乳酸、
(B)乳酸、ラクチドおよびこれらの重合体とからなる群から選ばれる少なくとも1つと、ケイ素アルコキサイド化合物とを反応させて得られる化合物、
(C)多価カルボン酸と、オキシアルキレンを付加したモノオールとのエステル、および、
(D)分子中に水酸基、アミド基およびエステル基から選ばれる少なくとも1種の官能基を2つ以上有する化合物、
を含有するポリ乳酸樹脂組成物。
【請求項2】
(A)ポリ乳酸100重量部に対して、(B)1〜30重量部、(C)1〜15重量部および(D)0.1〜1重量部を含有する、請求項1に記載のポリ乳酸樹脂組成物。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載のポリ乳酸樹脂組成物を成型してなる成形体。

【公開番号】特開2013−40281(P2013−40281A)
【公開日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−178209(P2011−178209)
【出願日】平成23年8月17日(2011.8.17)
【出願人】(000003506)第一工業製薬株式会社 (491)
【Fターム(参考)】