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JP5008015B2 - 脂肪族ポリエステル組成物及びその成形体 - Google Patents

脂肪族ポリエステル組成物及びその成形体 Download PDF

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Description

本発明は、脂肪族ポリエステル組成物、並びにそれを溶融成形せしめた成形体に関する。
脂肪族ポリエステルの中で代表的なポリ乳酸は、微生物や酵素の働きにより分解する性質、いわゆる生分解性を示し、人体に無害な乳酸や二酸化炭素と水になることから、医療用材料や汎用樹脂の代替物として注目されている。このようなポリ乳酸は結晶性樹脂であるが、その結晶化速度は小さく、実際には非晶性樹脂に近い挙動を示す。すなわち、ガラス転移温度付近で急激に且つ極度に軟化するため(通常、弾性率1/100未満)、耐熱性、成形性、離型性等の点で十分な特性を得ることが困難であった。
このような問題点を改善するために、例えば特開平11−302521号公報(特許文献1)には、高結晶性ポリ乳酸(A)と低結晶性又は非晶性ポリ乳酸(B)とからなり、貯蔵弾性率の温度依存性曲線にいわゆる「ゴム状平坦部」を有するポリ乳酸組成物が記載されている。
しかしながら、特許文献1において用いられている高結晶性ポリ乳酸(A)並びに低結晶性又は非晶性ポリ乳酸(B)はいずれも重量平均分子量が50000〜1000000の範囲のものであり、得られるポリ乳酸組成物は結晶化速度の向上の点で未だ十分なものではなく、熱安定性を高水準に維持しつつ成形性を向上せしめるのに限界があるという点で未だ十分なものではなかった。
また、特開2003−96285号公報(特許文献2)には、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸を溶融混合してなるポリ乳酸樹脂組成物であって、前記ポリ−L−乳酸の重量平均分子量Mw(A)と前記ポリ−D−乳酸の重量平均分子量Mw(B)との関係が、|Mw(A)−Mw(B)|≧5万の条件を満たすことを特徴とするポリ乳酸樹脂組成物が記載されている。
しかしながら、特許文献2において用いられているポリ−L−乳酸及びポリ−D−乳酸も重量平均分子量が40000〜390000の範囲のものであり、得られるポリ乳酸樹脂組成物は結晶化速度の向上の点で未だ十分なものではなく、熱安定性を高水準に維持しつつ成形性を向上せしめるのに限界があるという点で未だ十分なものではなかった。
特開平11−302521号公報 特開2003−96285号公報
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、耐熱性等の熱安定性を高水準に維持しつつ結晶化速度を飛躍的に向上せしめ、高い熱安定性と優れた成形性という通常は相反する特性の双方をバランス良く高水準に達成することが可能な脂肪族ポリエステル組成物、並びにそれを溶融成形して結晶化せしめた成形体を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来は配合すると得られる脂肪族ポリエステル組成物の融点が低下するため配合すべきではないと当業者が認識していた非常に低分子量の脂肪族ポリエステルを高分子量の脂肪族ポリエステルに配合すると、驚くべきことに、得られる脂肪族ポリエステル組成物の熱安定性は高水準に維持された状態で結晶化速度が飛躍的に向上するという、当業者の技術常識に反した驚くべき事実を見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の脂肪族ポリエステル組成物は、重量平均分子量が6000〜30000である低分子量脂肪族ポリエステルと、重量平均分子量が200000〜800000である高分子量脂肪族ポリエステルと、エチレンビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミド及びトリメシン酸トリス(sec−ブチル)アミドからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であり且つ含有量が0.001〜10重量%である結晶化促進剤とを含有し、且つ、前記低分子量脂肪族ポリエステルと前記高分子量脂肪族ポリエステルとの配合比率(重量比)が10:90〜90:10であることを特徴とするものである。
さらに、本発明の脂肪族ポリエステル組成物は自動車部品の成形に用いられることが好ましい。
また、本発明の成形体は、重量平均分子量が6000〜30000である低分子量脂肪族ポリエステルと、重量平均分子量が200000〜800000である高分子量脂肪族ポリエステルと、エチレンビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミド及びトリメシン酸トリス(sec−ブチル)アミドからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であり且つ含有量が0.001〜10重量%である結晶化促進剤とを含有し、且つ、前記低分子量脂肪族ポリエステルと前記高分子量脂肪族ポリエステルとの配合比率(重量比)が10:90〜90:10である脂肪族ポリエステル組成物を溶融成形して結晶化せしめたものであることを特徴とするものである。
さらに、本発明の成形体においては、前記低分子量脂肪族ポリエステル及び前記高分子量脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(4−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(4−ヒドロキシ吉草酸)、ポリエステルカーボネート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリヘキサメチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリエチレンオキサレート、ポリブチレンオキサレート、ポリヘキサメチレンオキサレート、ポリエチレンセバケート、ポリブチレンセバケート及びこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも一つのポリエステルであることが好ましい。
また、本発明の成形体は自動車部品に用いられることが好ましい。
お、ここでいう重量平均分子量とは、溶媒としてクロロホルムを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による標準ポリスチレン換算で測定した重量平均分子量の値である。
上記本発明においては、前記低分子量脂肪族ポリエステルと前記高分子量脂肪族ポリエステルとの配合比率(重量比)が0:0〜0:0であることが好ましい。
また、本発明においては、結晶化促進剤としてタルクを更に含有することが好ましい。
また、上記本発明においては、
(i)前記低分子量脂肪族ポリエステルが低分子量ポリD乳酸であり、且つ、前記高分子量脂肪族ポリエステルが高分子量ポリL乳酸であること、或いは、
(ii)前記低分子量脂肪族ポリエステルが低分子量ポリL乳酸であり、且つ、前記高分子量脂肪族ポリエステルが高分子量ポリD乳酸であること、
が好ましい。また、前記ポリL乳酸及びポリD乳酸の含有量が光学純度85mol%以上であることがより好ましい。
さらに、前記脂肪族ポリエステル組成物にエラストマーが更に含有されていることが好ましい。また、前記エラストマーが脂肪族ポリエステルエラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、エチレン−グリシジル(メタ)アクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸アルキルエステル共重合体、酸変性エチレン−プロピレン共重合体、ジエンゴム、ジエンとビニル単量体との共重合体、ポリイソブチレン、イソブチレンとブタジエン又はイソプレンとの共重合体、天然ゴム、チオコールゴム、多硫化ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ポリエーテルゴム、エピクロロヒドリンゴム、またはエポキシ基、不飽和有機酸基、グリシジル基等の変性基を含有しているこれらのエラストマーからなる群から選択される少なくとも一つのエラストマーであることがより好ましい。
なお、従来は重量平均分子量が35000以下という低分子量の脂肪族ポリエステルを配合すると得られる脂肪族ポリエステル組成物の融点が低下するため配合すべきではないという認識が当業者の技術常識であったが、重量平均分子量が5000〜35000である低分子量脂肪族ポリエステルと重量平均分子量が120000〜1000000である高分子量脂肪族ポリエステルとを混合すると、得られる脂肪族ポリエステル組成物は両者の中間的な性能になるのではなく、驚くべきことに熱安定性は高水準に維持された状態で結晶化速度が飛躍的に向上する。このように本発明において熱安定性は高水準に維持された状態で結晶化速度が飛躍的に向上するようになる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の脂肪族ポリエステル組成物においては、前記低分子量脂肪族ポリエステル成分が可塑剤的な役割を果たし、組成物全体の分子運動性を向上させるため、低分子量脂肪族ポリエステルのみの場合と同等若しくはそれ以上の結晶化速度が達成される。そして、同時に、本発明の脂肪族ポリエステル組成物においては、前記高分子量脂肪族ポリエステル成分の存在により高分子量脂肪族ポリエステルのみの場合と同様の厚い結晶ラメラが形成されるため、得られる脂肪族ポリエステル組成物の熱安定性は高水準に維持されるものと本発明者らは推察する。
本発明によれば、耐熱性等の熱安定性を高水準に維持しつつ結晶化速度を飛躍的に向上せしめ、高い熱安定性と優れた成形性という通常は相反する特性の双方をバランス良く高水準に達成することが可能な脂肪族ポリエステル組成物が提供される。そして、その脂肪族ポリエステル組成物を溶融成形して結晶化せしめることにより、耐熱性に優れ且つ結晶性の高い成形体を得ることが可能となる。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
先ず、本発明の脂肪族ポリエステル組成物について説明する。すなわち、本発明の脂肪族ポリエステル組成物は、重量平均分子量が5000〜35000である低分子量脂肪族ポリエステルと、重量平均分子量が120000〜1000000である高分子量脂肪族ポリエステルとを含有するものである。
先ず、本発明にかかる脂肪族ポリエステルについて説明する。本発明において用いられる脂肪族ポリエステルとしては、脂肪族ヒドロキシカルボン酸の重合体、脂肪族多価アルコールと脂肪族多価カルボン酸との重合体、脂肪族ヒドロキシカルボン酸と脂肪族多価アルコールと脂肪族多価カルボン酸との重合体等が挙げられ、より具体的には、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(4−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(4−ヒドロキシ吉草酸)、ポリカプロラクトン等の開環重付加系脂肪族ポリエステル、並びに、ポリエステルカーボネート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリヘキサメチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリエチレンオキサレート、ポリブチレンオキサレート、ポリヘキサメチレンオキサレート、ポリエチレンセバケート、ポリブチレンセバケート等の重縮合反応系脂肪族ポリエステルが挙げられ、中でもポリ乳酸、ポリグリコール酸等のポリ(α−ヒドロキシ酸)が好ましく、ポリ乳酸が特に好ましい。
本発明において用いられる脂肪族ポリエステルは、前記脂肪族ポリエステルの単独重合物(ホモポリマー)でもよいが、それらの2種以上の共重合物(コポリマー)であってもよい。このような脂肪族ポリエステルの共重合物としては、乳酸と乳酸以外のヒドロキシ酸とのコポリマーや、ポリブチレンサクシネートアジペート等が挙げられる。また、共重合体の配列様式は、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体のいずれであってもよい。
本発明にかかる脂肪族ポリエステルとして特に好ましいポリ乳酸は、一般的に式:−[O−CH(CH)−C(O)]−により表わされる。このようなポリ乳酸は本発明により特に結晶化速度が向上することから、本発明において用いる脂肪族ポリエステルとして好適である。
本発明にかかるポリ乳酸の合成方法は特に制限されず、D−乳酸、L−乳酸の直接重合でもよく、乳酸の環状2量体であるD−ラクチド、L−ラクチド、meso−ラクチドの開環重合であってもよい。このようにして得られるポリ乳酸はL−乳酸由来のモノマー単位と、D−乳酸由来のモノマー単位のいずれか一方のみで構成されていてもよいし、また双方の共重合体であってもよい。また、ポリ乳酸がL−乳酸由来のモノマー単位とD−乳酸由来のモノマー単位との共重合体である場合、D−乳酸由来のモノマー単位又はL−乳酸由来のモノマー単位のうちの一方の含有割合が85mol%以上であることが好ましく、90mol%以上であることがより好ましく、95mol%以上であることがさらに好ましく、98mol%以上であることが特に好ましい。D−体又はL−体のうちの双方が85mol%未満であると、立体規則性の低下により結晶化が阻害され、本発明により得られる効果が低下し易くなる傾向にある。
また、L−乳酸由来のモノマー単位と、D−乳酸由来のモノマー単位との比率が異なる複数のポリ乳酸が任意の割合でブレンドされたものを用いてもよい。
さらに、本発明にかかるポリ乳酸においては、乳酸又はラクチドに加えて、グリコリド、カプロラクトン等の他の重合性単量体を更に重合させて共重合体としてもよい。また、他の重合性単量体の単独重合により得られるポリマーをポリ乳酸とブレンドしてもよい。なお、他の重合性単量体に由来する重合鎖がポリマー全量に占める割合は、モノマー換算で50mol%以下であることが好ましい。
本発明の脂肪族ポリエステル組成物においては、前述の脂肪族ポリエステルのうち、重量平均分子量が5000〜35000(より好ましくは6000〜30000)である低分子量脂肪族ポリエステルと、重量平均分子量が120000〜1000000(より好ましくは200000〜800000)である高分子量脂肪族ポリエステルとの双方を含有している必要がある。
本発明において用いる低分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量が前記下限未満では、得られる脂肪族ポリエステル組成物を用いて得た成形体の強度、弾性率等の機械物性が不十分となる。他方、本発明において用いる低分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量が前記上限を超えると、得られる脂肪族ポリエステル組成物における結晶化速度の向上が十分に達成されず、比較的低い温度でも十分な結晶性を有する成形体を得るために必要な成形性が十分には得られない。
また、本発明において用いる高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量が前記下限未満では、得られる脂肪族ポリエステル組成物における熱安定性が低下してしまい、十分に優れた耐熱性を有する成形体が得られない。他方、本発明において用いる高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量が前記上限を超えると、得られる脂肪族ポリエステル組成物における成形時の流動性が悪化し、比較的低い温度でも十分な結晶性を有する成形体を得るために必要な成形性が十分には得られない。
さらに、本発明においては、前記低分子量脂肪族ポリエステルと前記高分子量脂肪族ポリエステルとの配合比率(重量比)が、10:90〜90:10であることが好ましく、30:70〜70:30であることがより好ましく、40:60〜60:40であることが特に好ましい。
本発明の脂肪族ポリエステル組成物における前記低分子量脂肪族ポリエステルの含有割合が前記下限未満では、得られる脂肪族ポリエステル組成物における結晶化速度の向上が十分に達成されず、比較的低い温度でも十分な結晶性を有する成形体を得るために必要な成形性が十分には得られなくなる傾向にある。他方、前記低分子量脂肪族ポリエステルの含有割合が前記上限を超えると、得られる脂肪族ポリエステル組成物における熱安定性が低下してしまい、十分に優れた耐熱性を有する成形体が得られなくなる傾向にある。
また、本発明にかかる脂肪族ポリエステルがポリ乳酸の場合、前記低分子量脂肪族ポリエステル及び前記高分子量脂肪族ポリエステルの双方がポリL乳酸であっても、ポリD乳酸であってもよいが、以下に説明するようにいずれか一方がポリL乳酸で、他方がポリD乳酸であることがより好ましい。
すなわち、本発明においては、
(i)前記低分子量脂肪族ポリエステルが低分子量ポリD乳酸であり、且つ、前記高分子量脂肪族ポリエステルが高分子量ポリL乳酸であること、或いは、
(ii)前記低分子量脂肪族ポリエステルが低分子量ポリL乳酸であり、且つ、前記高分子量脂肪族ポリエステルが高分子量ポリD乳酸であること、
がより好ましい。このようにポリL乳酸とポリD乳酸とを組み合わせてステレオコンプレックス結晶が生成されるようにすることにより、耐熱性と成形性の双方が大幅に向上する傾向にある。
なお、このようなポリL乳酸は下記一般式(1):
Figure 0005008015
[式中、nは整数を示す。]
で表される繰り返し単位を有するポリマーであり、他方、ポリD乳酸は下記一般式(2):
Figure 0005008015
[式中、nは整数を示す。]
で表される繰り返し単位を有するポリマーであり、両者は鏡像関係にある。
ポリL乳酸及びポリD乳酸の重合方法は特に制限されず、L−乳酸又はD−乳酸の直接重合でもよく、乳酸の環状2量体であるL−ラクチド又はD−ラクチドの開環重合であってもよい。
また、ポリL乳酸中のL乳酸単位及びポリD乳酸中のD乳酸単位はそれぞれ85mol%以上であることが好ましく、90mol%以上であることがより好ましく、95mol%以上であることがさらに好ましく、98mol%以上であることが特に好ましい。ポリL乳酸及びポリD乳酸の光学純度が上記下限未満であると、上記の耐熱性と成形性の更なる向上効果が十分に発現しない傾向にある。
次に、本発明において用いることが好適な結晶化促進剤について説明する。すなわち、本発明の脂肪族ポリエステル組成物においては、前述の低分子量脂肪族ポリエステル及び高分子量脂肪族ポリエステルに加えて、以下に詳述する結晶化促進剤が更に含有されていることが好ましい。
このような結晶化促進剤とは、脂肪族ポリエステルの結晶化を促す添加物であり、脂肪族ポリエステルの分子運動性を高める可塑剤や、結晶核生成を促す結晶核剤等がこれに該当する。なお、可塑剤、結晶核剤は有機物であっても無機物であってもよく、また、気体、液体及び固体の何れの状態であってもよい。
このような結晶核剤としては、アミド基を有する低分子化合物、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物、タルク、有機酸金属塩、カルボン酸金属塩、リン酸金属塩、ホスホン酸金属塩及びスルホン酸金属塩からなる群より選択される少なくとも一つの結晶核剤であることが好ましい。このような結晶核剤を添加することにより結晶化速度が向上し、射出成形等の成形方法によって結晶化が可能となり、得られる成形体の耐熱性が更に向上する傾向にある。なお、このような結晶核剤の添加効果は金型内における結晶化の場合に限ったものではなく、後工程で加熱結晶化させる場合にも有効なものである。
本発明に好適なアミド基を有する低分子化合物としては、脂肪族モノカルボン酸アミド、N−置換脂肪族モノカルボン酸アミド、脂肪族ビスカルボン酸アミド、N−置換脂肪族カルボン酸ビスアミド、N−置換尿素類等の脂肪族カルボン酸アミドや、芳香族カルボン酸アミド、あるいは水酸基をさらに有するヒドロキシアミド等が挙げられ、これらの化合物が有するアミド基は1個でも2個以上であってもよい。なお、アミド基を有する低分子化合物の分子量は、好ましくは1,000以下であり、より好ましくは100〜900である。当該低分子化合物の分子量が1,000を超えると、脂肪族ポリエステルとの相溶性が低下して、分散性が低下したり成形体からブリードアウトしたりする傾向にある。
なお、前述のように本発明においてポリL乳酸とポリD乳酸とを組み合わせてステレオコンプレックス結晶が生成されるようにする場合は、特開2005−42084号公報に記載の芳香族アミド化合物を用いることが好ましく、中でもトリメシン酸トリス(sec−ブチル)アミドを用いることが特に好ましい。
また、本発明に好適な有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物としては、モンモリロナイト等の一般的な層状粘土鉱物を有機アンモニウム塩等の有機オニウム塩を用いて有機化したものを好適に用いることができる。また、このような有機化された層状粘土鉱物は市販されており、Nanocor社、Southern Clay Products、コープケミカル株式会社等から販売されている。
さらに、本発明に好適なタルクとしては、その組成は特に限定されないが、本発明の脂肪族ポリエステル組成物中にできるだけ分散させるために、その平均粒径は小さいほど好ましく、30μm以下程度であることがより好ましい。また、このようなタルクは、樹脂との接着性を向上させるために表面処理が施されていてもよい。このようなタルクは市販されており、日本タルク、富士タルク工業等から販売されている。
また、本発明の脂肪族ポリエステル組成物においては、下記(i)〜(iv)のうちのいずれかの結晶化促進剤を用いてもよい。
(i)下記一般式(3):
Figure 0005008015
[式(3)中、R及びRは、同一でも異なっていてもよく、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基を示す。]
で表されるオキサミド誘導体、
(ii)下記一般式(4):
Figure 0005008015
[式(4)中、R〜Rは、同一でも異なっていてもよく、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基を示す。]
で表されるイソシアヌル酸誘導体、
(iii)下記一般式(5):
Figure 0005008015
[式(5)中、Rは炭素数1〜10のアルキレン基を示し、Rは炭素数1〜25のアルキル基を示し、mは1〜6の整数を示す。]
で表される芳香族尿素化合物。
(iv)下記一般式(6):
Figure 0005008015
[式(6)中、Rは炭素数1〜12のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、エーテル結合を有するアルキレン基、又はシクロアルキレン基で中断されたアルキレン基を示し、R、R、R10及びR11は同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アリールアルキル基、アルキルアリール基を示すか、或いはRとR及び/又はR10とR11が結合して5〜8員環を形成していてもよい。]
で表される二塩基酸ビス(安息香酸ヒドラジド)化合物。
本発明の脂肪族ポリエステル組成物における結晶化促進剤の含有量は、特に制限されないが、0.001〜10重量%程度であることが好ましい。結晶化促進剤の含有量が前記下限未満では結晶化促進剤の添加効果が十分には得られない傾向にあり、他方、前記上限を超えると結晶化促進剤による可塑剤的作用が過剰に強く発現して得られる成形体の剛性が低下し易くなる傾向にある。なお、上記の結晶化促進剤は、一種のみを用いても、又は二種以上の混合物として用いてもよい。
さらに、本発明においては、本発明の脂肪族ポリエステル組成物に以下に詳述するエラストマーが更に含有されていることが好ましい。
このようなエラストマーとしては、本発明の脂肪族ポリエステル組成物の結晶化を著しく阻害することがなければよく、特に制限されないが、例えば、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート、ポリブチレンサクシネートカーボネート、ポリエチレンサクシネート等の脂肪族ポリエステルエラストマー;ポリエチレン、ポリプロプレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−非共役ジエン共重合体、エチレン−ブテン−1共重合体等のポリオレフィン系エラストマー;各種アクリルゴム、エチレン−アクリル酸共重合体及びそのアルカリ金属塩(いわゆるアイオノマー)、エチレン−グリシジル(メタ)アクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸アルキルエステル共重合体(例えば、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−アクリル酸ブチル共重合体)等のアクリル系エラストマー;酸変性エチレン−プロピレン共重合体、ジエンゴム(例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン)、ジエンとビニル単量体との共重合体(例えば、スチレン−ブタジエンランダム共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレンランダム共重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、ポリブタジエンにスチレンをグラフト共重合せしめたもの、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体)、ポリイソブチレン、イソブチレンとブタジエン又はイソプレンとの共重合体、天然ゴム、チオコールゴム、多硫化ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ポリエーテルゴム、エピクロロヒドリンゴム等の各種エラストマーが挙げられる。
なお、このようなエラストマーは、ポリ乳酸との相溶性及び/又は界面接着性を改善するために、エポキシ基、不飽和有機酸基、グリシジル基等の変性基を含有していることが好ましく、また、メタクリル酸メチル単位、アクリル酸メチル単位、アクリル酸エチル単位、アクリル酸ブチル単位等のアクリル単位を含む重合体を一部又は全部に含んでいることが好ましい。
また、このようなエラストマーの他の例としては、市販のものであってもよく、例えば、東レ・デュポン株式会社製のハイトレル(商品名)、東洋紡社製のペルプレン(商品名)、日本合成化学工業株式会社製のポリエスター(商品名)、大日本インキ化学工業株式会社製のグリラックスE(商品名)等のポリエステル系エラストマー;大日本インキ化学工業株式会社製のグリラックスA(商品名)等のポリアミド系エラストマー;三菱レイヨン製のメタブレン(商品名)、鐘淵化学工業製のカネエース(商品名)、呉羽化学工業製のパラロイド(商品名)、ロームアンドハース製のアクリロイド(商品名)、武田薬品工業製のスタフィロイド(商品名)、クラレ製のパラペットSA(商品名)等の、最内層(コア層)とそれを覆う1以上の層(シェル層)から構成され、また隣接し合った層が異種の重合体から構成された、いわゆるコアシェル型と呼ばれる構造を有し、内部に少なくとも1層以上のゴム層を有する多層構造重合体型のエラストマーが挙げられる。
本発明の脂肪族ポリエステル組成物におけるエラストマーの含有量は、特に制限されないが、2〜50重量%程度であることが好ましく、5〜30重量%程度であることがより好ましい。エラストマーの含有量が前記下限未満では靱性付与による離型性向上や力学特性向上等の効果が得られ難くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えるとエラストマーによる可塑剤的作用が過剰に強く発現して得られる成形体の剛性が低下し易くなる傾向にある。なお、上記のエラストマーは、一種のみを用いても、又は二種以上の混合物として用いてもよい。
さらに、本発明の脂肪族ポリエステル組成物においては、その特性を損なわない限りにおいて、充填剤、可塑剤、顔料、安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、難燃剤、離型剤、滑剤、染料、抗菌剤、末端封止剤等の添加剤を更に添加してもよい。このような添加剤の含有量は、本発明の脂肪族ポリエステル組成物中において、20重量%以下であることが好ましい。
次に、本発明の成形体について説明する。すなわち、本発明の成形体は、前述の本発明の脂肪族ポリエステル組成物を溶融成形せしめたものである。
本発明の成形体を製造するに際し、脂肪族ポリエステル組成物を溶融する際の温度は160〜250℃程度であることが好ましい。この温度が前記下限未満であると、脂肪族ポリエステル組成物の溶融が不十分となり、流動性が低下して成形加工性が低下したり、諸成分が均一に分散しにくくなる傾向がある。他方、この温度が前記上限を超えると、脂肪族ポリエステルの分子量が低下して得られる成形体の物性が損なわれる傾向がある。
また、上記溶融温度における保持時間は、特に制限されないが、0.1〜30分程度であることが好ましい。この保持時間が上記下限未満であると、十分な流動性が得られないため成形加工性が低下したり、諸成分が均一に分散しにくくなる傾向があり、他方、この保持時間が上記上限を超えると、脂肪族ポリエステルの分子量が低下して得られる成形体の物性が損なわれる傾向がある。
さらに、溶融した脂肪族ポリエステル組成物を結晶化せしめる方法としては、溶融状態から30〜160℃程度の温度まで冷却し、10秒から30分間程度その温度で保持する方法が好ましい。保持時間が上記下限未満であると、得られる成形体における結晶化が不十分となる傾向があり、他方、保持時間が上記上限を超えると、成形体を得るのに必要以上の時間がかかってしまう傾向がある。
また、本発明の成形体を製造するに際し、その成形方法は特に制限されず、射出成形、押出成形、ブロー成形、インフレーション成形、異形押出成形、射出ブロー成形、真空圧空成形、紡糸等のいずれにも好適に使用することができる。
さらに、本発明の成形体の形状、厚み等は特に制限されず、射出成形品、押出成形品、圧縮成形品、ブロー成形品、シート、フィルム、糸、ファブリック等のいずれでもよい。より具体的には、バンパー、ラジエーターグリル、サイドモール、ガーニッシュ、ホイールカバー、エアロパーツ、インストルメントパネル、ドアトリム、シートファブリック、ドアハンドル、フロアマット等の自動車部品、家電製品のハウジング、製品包装用フィルム、防水シート、各種容器、ボトル等が挙げられる。また、本発明の成形体をシートとして使用する場合には、紙又は他のポリマーシートと積層し、多層構造の積層体として使用してもよい。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
先ず、L−ラクチド(Aldrich社製、10g)と1−ドデカノール(和光純薬社製、1.0g)と2−エチルヘキサン酸錫塩(Tin 2-ethylhexanoate)(和光純薬社製、0.008ml)とを混合して160℃で1時間反応させた後、室温まで冷やした。次いで、生成物をクロロホルムを用いて溶解させた後、メタノール/HCl(1%)を用いて再沈殿させ、濾過、洗浄して白色の低分子量ポリL乳酸を得た。
次に、高分子量ポリL乳酸(トヨタ自動車社製、#5000、重量平均分子量(Mw)=215000)0.5g、上記で得られた低分子量ポリL乳酸(重量平均分子量(Mw)=6900)0.5g、及びエチレンビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミド(川研ファインケミカル社製、以後「EBHSA」という)0.01gを10mlのクロロホルムを用いて攪拌しながら混合した。得られた混合物をシャーレに垂らし、常圧乾燥及び減圧乾燥によりクロロホルムを除去し、ポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製した。
得られたフィルムを試料とし、示差走査型熱量計(DSC)を用いて以下の条件下で結晶融解ピークの融解温度(Tm)、絶対温度で求めた結晶化温度(Tc)と融解温度(Tm)の比(Tc/Tm)、及び結晶化に基づく発熱量(ΔH)を測定した。得られた結果を表1に示す。
DSCによる結晶化挙動の評価は、具体的には以下の方法で行った。すなわち、先ず、予備測定として、試料の一部(5〜10mg)を30℃から250℃まで昇温速度5℃/minで昇温し、融解温度(T)を求めた。このようにして得られた(T+30)℃を(A)℃とした。次いで、これとは別に切り取った試料の一部(5〜10mg)を(A)℃まで昇温し、5分間保持して溶融させた後、20℃/minの冷却速度で30℃まで冷却し、その際のポリ乳酸の結晶化温度(Tc)及び結晶化に基づく発熱量(ΔHc)を求めた。次いで、前記冷却後、試料を10℃/minの昇温速度で(A)℃まで再昇温し、その際のポリ乳酸の結晶融解ピークの融解温度(Tm)を求めた。
また、ポリ乳酸の重量平均分子量は、溶媒としてクロロホルムを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(昭光通商社製、装置名:Shodex GPC−101、カラム:K−805L、流量1.0ml/min)測定による標準ポリスチレン換算で測定した。
(実施例2〜4)
低分子量ポリL乳酸として重量平均分子量(Mw)が9200のもの(実施例2)、29600のもの(実施例3)或いは34200のもの(実施例4)を用いるようにした以外は実施例1と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表1に示す。
(実施例5)
高分子量ポリL乳酸として重量平均分子量(Mw)が451000のものを用いるようにした以外は実施例1と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表1に示す。
(実施例6)
高分子量ポリL乳酸として重量平均分子量(Mw)が451000のものを用いるようにした以外は実施例2と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表1及び表2に示す。
(実施例7〜9)
低分子量ポリL乳酸と高分子量ポリL乳酸との配合比率(重量比)を2:8(実施例7)、4:6(実施例8)或いは8:2(実施例9)とした以外は実施例6と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表2に示す。
(実施例10)
先ず、D−ラクチド(Purac社製、10g)と1−ドデカノール(和光純薬社製、1.0g)と2−エチルヘキサン酸錫塩(Tin 2-ethylhexanoate)(和光純薬社製、0.008ml)とを混合して160℃で1時間反応させた後、室温まで冷やした。次いで、生成物をクロロホルムを用いて溶解させた後、メタノール/HCl(1%)を用いて再沈殿させ、濾過、洗浄して白色の低分子量ポリD乳酸を得た。
次に、高分子量ポリL乳酸(トヨタ自動車社製、#5000、重量平均分子量(Mw)=215000)0.5g、上記で得られた低分子量ポリD乳酸(重量平均分子量(Mw)=6800)0.5g、及びトリメシン酸トリス(sec−ブチル)アミド0.01gを、クロロホルム9mlとヘキサフルオロイソプロパノール1mlとの混合溶液を用いて攪拌しながら混合した。得られた混合物をシャーレに垂らし、常圧乾燥及び減圧乾燥により溶媒を除去し、ポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製した。
得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表3に示す。
(実施例11〜14)
低分子量ポリD乳酸として重量平均分子量(Mw)が9400のもの(実施例11)、16600のもの(実施例12)、19000のもの(実施例13)或いは28800のもの(実施例14)を用いるようにした以外は実施例10と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表3に示す。
(比較例1〜3)
低分子量ポリL乳酸として重量平均分子量(Mw)が4600のもの(比較例1)、41500のもの(比較例2)、或いは118000のもの(比較例3)を用いるようにした以外は実施例1と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表1に示す。
(比較例4)
高分子量ポリL乳酸として重量平均分子量(Mw)が110000のものを用いるようにした以外は実施例2と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表1に示す。
(比較例5〜6)
低分子量ポリL乳酸を用いず、高分子量ポリL乳酸として重量平均分子量(Mw)が215000のもの(比較例5)或いは451000のもの(比較例6)のみを用いるようにした以外は実施例1と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表1(比較例6については表1及び表2)に示す。
(比較例7〜8)
高分子量ポリL乳酸を用いず、低分子量ポリL乳酸として重量平均分子量(Mw)が6900のもの(比較例7)或いは9200のもの(比較例8)のみを用いるようにした以外は実施例1と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表1(比較例8については表1及び表2)に示す。
(比較例9)
低分子量ポリD乳酸として重量平均分子量(Mw)が99500のものを用いるようにした以外は実施例10と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物のフィルムを作製し、得られたフィルムを試料として上記のDSC測定を行った。得られた結果を表3に示す。
Figure 0005008015
Figure 0005008015
Figure 0005008015
表1、表2及び表3において、結晶融解ピークの融解温度(Tm)は、熱安定性の指標であり、耐熱性の観点から165℃以上であることが好ましい。また、絶対温度で求めた結晶化温度(Tc)と融解温度(Tm)の比(Tc/Tm)は、結晶化速度の指標であり、成形性の観点から0.855(K/K)以上であることが好ましい。さらに、結晶化に基づく発熱量(ΔH)は、到達する結晶化度の指標であり、成形性の観点から40J/g以上であることが好ましい。そして、表1、表2及び表3において、上記のTm、(Tc/Tm)及びΔHの全てが上記条件を満たす場合を総合評価「○」、いずれか一つでも上記条件を満たさない場合を総合評価「×」として示している。
表1、表2及び表3に示した結果から明らかなように、本発明のポリ乳酸樹脂組成物を用いた場合(実施例1〜14)は、用いた低分子量ポリ乳酸と高分子量ポリ乳酸との中間的な性能ではなく、熱安定性が高水準に維持された状態で結晶化速度が飛躍的に向上し、高い熱安定性と優れた成形性という通常は相反する特性の双方がバランス良く高水準に達成されていることが確認された。
さらに、表3に示した結果から明らかなように、本発明においてポリL乳酸とポリD乳酸とを組み合わせてステレオコンプレックス結晶が生成されるようにしたポリ乳酸樹脂組成物を用いた場合(実施例10〜14)は、熱安定性及び成形性の双方がより一層向上していることが確認された。
(実施例15)
以下のようにして射出成形による成形性と熱変形温度(荷重たわみ温度)についての評価を行った。
すなわち、先ず、2軸押出機(TECHNOVEL社製、KZWl5TW−60MG)を用いて、低分子量ポリL乳酸(重量平均分子量(Mw)=7500)50重量部と、高分子量ポリL乳酸(重量平均分子量(Mw)=215000)50重量部と、EBHSA 1重量部と、タルク 1重量部とを混合し、ポリ乳酸樹脂組成物のペレットを作製した。
次に、小型射出成形機(日製樹脂工業社製、PS40E2ASE)を用いて、表4に示す金型温度(型温)及び保持時間の条件下で曲げ試験片(90mm×10mm×4mm)を射出成形し(n=3)、その際における試験片の変形状態を以下の基準:
○:変形無し
×:変形あり
で評価した。得られた結果を表4に示す。
また、前記小型射出成形機を用いて、金型温度80℃及び保持時間120秒の条件下で上記の曲げ試験片を射出成形し、得られた試験片についてJIS K 7191に記載の方法に準拠して荷重たわみ温度(HDT)を測定した。なお、フラットワイズ法で荷重を0.45MPa(低荷重)とし、5本の試験片における測定値の平均を求めた。得られた結果を表4に示す。
(実施例16)
低分子量ポリL乳酸として重量平均分子量(Mw)が29600のものを用いるようにした以外は実施例15と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物の試験片を作製し、上記の射出成形による成形性と熱変形温度についての評価を行った。得られた結果を表4に示す。
(実施例17)
2軸押出機(TECHNOVEL社製、KZWl5TW−60MG)を用いて、低分子量ポリD乳酸(重量平均分子量(Mw)=13300)45重量部と、高分子量ポリL乳酸(重量平均分子量(Mw)=215000)45重量部と、ポリエステル系熱可塑性エラストマー(ハイトレル3046、東レ・デュポン社製、射出グレード)10重量部と、トリメシン酸トリス(sec−ブチル)アミド1重量部と、タルク1重量部とを混合し、ポリ乳酸樹脂組成物のペレットを作製した。
次に、このようにして得られたペレットを用いて実施例15と同様にして試験片を作製し、上記の射出成形による成形性と熱変形温度についての評価を行った。得られた結果を表4に示す。なお、この実施例においては、金型温度70℃及び保持時間10秒の条件下で成形した試験片について荷重たわみ温度(HDT)を測定した。
(比較例10)
低分子量ポリL乳酸を用いず、高分子量ポリL乳酸(重量平均分子量(Mw)=215000)100重量部を用いるようにした以外は実施例15と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物の試験片を作製し、上記の射出成形による成形性と熱変形温度についての評価を行った。得られた結果を表4に示す。
(比較例11)
高分子量ポリL乳酸を用いず、低分子量ポリL乳酸(重量平均分子量(Mw)=7500)100重量部を用いるようにした以外は実施例15と同様にしてポリ乳酸樹脂組成物の試験片を作製し、上記の射出成形による成形性と熱変形温度についての評価を試みたが、成形品を破壊せずに取り出すことができず、熱変形温度を評価することもできなかった。
Figure 0005008015
表4に示した結果から明らかなように、本発明のポリ乳酸樹脂組成物を用いた場合(実施例15〜17)は成形性と荷重たわみ温度との双方が優れており、ポリL乳酸とポリD乳酸とを組み合わせてステレオコンプレックス結晶が生成されるようにしたポリ乳酸樹脂組成物を用いた場合(実施例17)は成形性がより一層向上していた。一方、高分子量ポリL乳酸のみを用いた場合(比較例10)は、成形性及び荷重たわみ温度のいずれもが劣っており、また、低分子量ポリL乳酸のみを用いた場合(比較例11)は、成形品を破壊せずに取り出すことが困難であり、荷重たわみ温度を評価することもできなかった。
以上説明したように、本発明によれば、耐熱性等の熱安定性を高水準に維持しつつ結晶化速度を飛躍的に向上せしめ、高い熱安定性と優れた成形性という通常は相反する特性の双方をバランス良く高水準に達成することが可能な脂肪族ポリエステル組成物が提供される。そして、その脂肪族ポリエステル組成物を溶融成形して結晶化せしめることにより、耐熱性に優れ且つ結晶性の高い成形体を得ることが可能となる。
したがって、本発明の脂肪族ポリエステル組成物により得られる成形体は、バンパー、ラジエーターグリル、サイドモール、ガーニッシュ、ホイールカバー、エアロパーツ、インストルメントパネル、ドアトリム、シートファブリック、ドアハンドル、フロアマット等の自動車部品、家電製品のハウジング、製品包装用フィルム、防水シート、各種容器、ボトル等として有用である。また、本発明の成形体をシートとして使用する場合には、紙又は他のポリマーシートと積層し、多層構造の積層体として使用してもよい。

Claims (12)

  1. 重量平均分子量が6000〜30000である低分子量脂肪族ポリエステルと、重量平均分子量が200000〜800000である高分子量脂肪族ポリエステルと、エチレンビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミド及びトリメシン酸トリス(sec−ブチル)アミドからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であり且つ含有量が0.001〜10重量%である結晶化促進剤とを含有し、且つ、前記低分子量脂肪族ポリエステルと前記高分子量脂肪族ポリエステルとの配合比率(重量比)が10:90〜90:10であることを特徴とする脂肪族ポリエステル組成物。
  2. 前記低分子量脂肪族ポリエステルと前記高分子量脂肪族ポリエステルとの配合比率(重量比)が20:80〜80:20であることを特徴とする請求項1記載の脂肪族ポリエステル組成物。
  3. 前記低分子量脂肪族ポリエステルが低分子量ポリD乳酸であり、且つ、前記高分子量脂肪族ポリエステルが高分子量ポリL乳酸であることを特徴とする請求項1又は2に記載の脂肪族ポリエステル組成物。
  4. 前記低分子量脂肪族ポリエステルが低分子量ポリL乳酸であり、且つ、前記高分子量脂肪族ポリエステルが高分子量ポリD乳酸であることを特徴とする請求項1又は2に記載の脂肪族ポリエステル組成物。
  5. 前記ポリL乳酸及び前記ポリD乳酸の含有量が光学純度85mol%以上であることを特徴とする請求項3又は4に記載の脂肪族ポリエステル組成物。
  6. 結晶化促進剤としてタルクを更に含有することを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の脂肪族ポリエステル組成物。
  7. エラストマーを更に含有することを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の脂肪族ポリエステル組成物。
  8. 前記エラストマーが、脂肪族ポリエステルエラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー、エチレン−グリシジル(メタ)アクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸アルキルエステル共重合体、酸変性エチレン−プロピレン共重合体、ジエンゴム、ジエンとビニル単量体との共重合体、ポリイソブチレン、イソブチレンとブタジエン又はイソプレンとの共重合体、天然ゴム、チオコールゴム、多硫化ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ポリエーテルゴム、エピクロロヒドリンゴム、及びエポキシ基、不飽和有機酸基、又はグリシジル基の変性基を含有しているこれらのエラストマーからなる群から選択される少なくとも一つのエラストマーであることを特徴とする請求項に記載の脂肪族ポリエステル組成物。
  9. 自動車部品の成形に用いることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の脂肪族ポリエステル組成物。
  10. 請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の脂肪族ポリエステル組成物を溶融成形して結晶化せしめたものであることを特徴とする成形体。
  11. 前記低分子量脂肪族ポリエステル及び前記高分子量脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(4−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(4−ヒドロキシ吉草酸)、ポリエステルカーボネート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリヘキサメチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリエチレンオキサレート、ポリブチレンオキサレート、ポリヘキサメチレンオキサレート、ポリエチレンセバケート、ポリブチレンセバケート及びこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも一つのポリエステルであることを特徴とする請求項10に記載の成形体。
  12. 自動車部品に用いることを特徴とする請求項10又は11に記載の成形体。
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