JP2008248162A - ステレオコンプレックスポリ乳酸フィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリL乳酸とポリD乳酸とを溶融混練してなるポリ乳酸組成物を溶融押出してなる、示差走査熱量計で測定(DSC測定)した下記式で示されるステレオコンプレックス結晶化度(S)が90%以上、ヘーズが2%以下であるポリ乳酸フィルム。
[数1]
S = {△Hmsc/(△Hmsc+△Hmh)} × 100 (1)
(式中、△Hmh,△Hmcsは各々DSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃未満の低融点融解ピークの融解エンタルピー、Hmcsは結晶融解ピーク温度が190℃以上の高融点融解ピークの融解エンタルピーを表す。)
【選択図】なし
Description
その中でもポリ乳酸は石油系樹脂の代替と成りうる可能性をもつだけではなく、その透明性や低屈折率などの光学特性に特徴があり、それを活かした用途展開も期待されている。
しかし従来技術においては、ステレオコンプレックスポリ乳酸は、(1)溶融粘度、(2)前述したように異なる融点の結晶形態の存在、(3)熱分解による気泡の発生、(4)結晶配向などにより目的の透明なフィルムを得ることはできなかった。
本発明の更なる目的として、ステレオコンプレックスポリ乳酸の光学用フィルム及び包装用フィルムを提案するものである。
1.L−乳酸単位を主成分とし、L−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(B)成分と、D−乳酸単位を主成分としD−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(C)成分とを、重量比で(B/C)=10/90〜90/10で溶融混練してなるポリ乳酸(A)を溶融押出してなる、示差走査熱量計で測定した下記式で示されるステレオコンプレックス結晶化度(S)が90%以上、ヘーズが2%以下であるポリ乳酸フィルム。
[数1]
S = {△Hmsc/(△Hmsc+△Hmh)} × 100 (1)
(式中、△Hmh,△Hmcsは各々DSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃未満の低融点融解ピークの融解エンタルピー、Hmcsは結晶融解ピーク温度が190℃以上の高融点融解ピークの融解エンタルピーを表す。)
2.DSC測定における結晶融解ピークが、実質的にピーク温度190℃以上のピークのみからなるシングルピークである、1記載のポリ乳酸フィルム。
3.2から7倍に一軸方向に延伸された、1または2に記載のポリ乳酸フィルム。
4.面積倍率で4から50倍に延伸された、1または2に記載のポリ乳酸フィルム
5.三斜晶系無機粒子(D)および/または燐酸エステル金属塩(E)を含有する、1から4のいずれか記載のポリ乳酸フィルム。
6.カルボキシル末端基濃度が0から10(eq/ton)である、1から5のいずれか記載のポリ乳酸フィルム。
7.ポリ乳酸の重量平均分子量が8万から25万である、1から6のいずれか記載のポリ乳酸フィルム。
8.L−乳酸単位を主成分とし、L−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(B)成分と、D−乳酸単位を主成分としD−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(C)成分とを、重量比で(B/C)=10/90〜90/10で溶融混練してなるポリ乳酸(A)を、ポリ乳酸(A)の樹脂温度が(Tmsc+20)から(Tmsc+50)(℃)となる範囲で溶融押出しすることを特徴とする、ポリ乳酸フィルムの製造方法。
[数2]
S = {△Hmsc/(△Hmsc+△Hmh)} × 100 (1)
(式中、△Hmh,△Hmcsは各々DSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃未満の低融点融解ピークの融解エンタルピー、Hmcsは結晶融解ピーク温度が190℃以上の高融点融解ピークの融解エンタルピーを表す。)
(ここで、TmscはDSC測定で、結晶融解ピークのピーク温度が190℃以上の高融点結晶融解ピークのピーク温度を表す。)
9.溶融押し出し後、一軸または二軸延伸し、さらにその後に(Tmh〜Tmsc)の温度範囲で熱処理することを特徴とする8に記載の製造方法。
(ここで、TmscはDSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃以上の高融点結晶融解ピーク温度を、TmhはDSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃以下の低融点結晶融解ピーク温度を表す。)
10.上記1〜7のいずれかに記載の光学用ポリ乳酸フィルム。
11.上記1〜7のいずれかに記載の包装用ポリ乳酸フィルム。
本発明のポリ乳酸フルムはL−乳酸単位を主成分とし、L−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(B)成分とD−乳酸単位を主成分とし、D−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(C)成分とを溶融混練してなるヘーズ2%以下のステレオコンプレックスポリ乳酸(A)よりなることを特徴とする。
本発明においてヘーズ値は好ましくは2%以下、特に好ましくは1%以下である。
光学用ポリ乳酸フィルムとしては透明性が高いほど好ましくさらに光学フィルム用としては好ましくはヘーズ1%以下である。
ポリ乳酸(B)成分は、結晶性及びフィルム耐熱性などの物性の点よりL‐乳酸単位は90〜100モル%、好ましくは95〜100モル%、さらに好ましくは98〜100モル%である。
このポリ乳酸(B)成分は結晶性を有しておりその融点が150℃以上190℃以下であることが好ましく、さらには160℃以上190℃以下であることがより好ましい。
本発明で用いるポリ乳酸(B)成分にはその結晶性を損なわない範囲で所望により、L‐乳酸以外の共重合成分を含有させることができる。
このポリ乳酸(C)成分は結晶性を有しておりその融点が150℃以上190℃以下であることが好ましく、さらには160℃以上190℃以下であることがより好ましい。
例えばL−またはD−乳酸を直接脱水縮合する方法、L−またはD−乳酸オリゴマーを固相重合する方法、L−またはD−乳酸を一度脱水環化してラクチドとした後、溶融開環重合する方法などが例示される。
なかでも直接脱水縮合方法あるいはラクチド類の溶融開環重合法により得られるポリ乳酸が品質、生産効率の点より好ましく、中でもラクチド類の溶融開環重合法がもっとも好ましく選択される。
即ちラクチドの溶融開環重合触媒としてはアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属類、アルミニウム、ゲルマニウム、スズ、アンチモンなどの脂肪酸塩、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、アルコラート等がよく知られている。
かかる特定金属含有触媒としては、従来公知であり以下の化合物が例示される。
金属含有触媒の存在下溶融開環重合されたポリ乳酸の触媒失活に使用される失活剤としては以下の化合物が例示される。
X1−P(=O)m(OH)n(OX2)2−n (2)
(式中mは0または1、nは1または2、X1,X2は各々独立に炭素数1から20の置換基を有していても良い炭化水素基をあらわす。)
該失活剤の使用量はさらに好ましくは前記基準で0.4から15当量、特に好ましくは0.5から10当量の範囲である。
Y−OH (3)
(式中、Yは炭素数1から22の置換基を有していても良い炭化水素基をあらわす。)
X(−OH)a (4)
(式中、Xは炭素数2から22個の置換基を有していても良い炭化水素基、aは2から6の整数を表す。)
失活剤の使用量が少なすぎると触媒金属の活性を十分低下させることができないしまた過剰に使用すると失活剤が樹脂の分解を引き起こす可能性があり好ましくない。
特に好ましくはDSC測定でステレオコンプレックスポリ乳酸に起因する高融点ピークのシングルピークとなるステレオコンプレックス結晶化度100%である。
かかる重量平均分子量範囲は、流動斑の抑制し、透明性を向上させるのに好適であると共に、フィルムの機械的物性、耐久性を高めるために好適である。
ポリ乳酸結晶100%の結晶融解エンタルピーは93J/gといわれており、上記結晶化エンタルピー値を有するポリ乳酸フィルムは十分高い結晶化度を有し、高い耐熱性を有するものといえる。
かかる剤の配合により、ポリ乳酸フィルム等のステレオコンプレックス結晶化度を90%以上、好ましくは95%以上、更に好ましくは97%以上とすることができる。
かかる高いステレオコンプレックス結晶化度を有するポリ乳酸(A)は高いステレオコンプレックス結晶化度、透明性、耐熱性フィルムを実現するのに好適である。
式(6)においてR4,R5、R6は各々独立に水素原子、炭素数1から12個のアルキル基をあらわす。
したがって好ましくは0.05から4重量部の範囲が特に好ましくは0.1から3重量部の範囲が選択される。
さらに上記ポリカルボジイミド化合物として市販のポリカルボジイミド化合物は、合成する必要もなく好適に使用することができる。
モノイソシアネート化合物としては例えばフェニルイソシアネート、トリルイソシアネート、ジメチルフェニルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ナフチルイソシアネートなどが挙げられる。
上記カルボキシ基封止剤は1種または2種以上の化合物を適宜選択して使用することができる。
これらの剤を配合するには、従来公知の各種方法を好適に使用することができる。たとえば、ポリ乳酸と三斜晶系無機粒子(D)および/または燐酸エステル金属塩(E)をタンブラー、V型ブレンンダー、スーパーミキサー、ナウタミキサー、バンバリーミキサー、混練ロール、1軸または2軸の押出機等で混合する方法が適宜用いられる。
この潤滑剤は常温で固体であってもまた液体であってもよく、融点或いは軟化点が200℃以下のものが好ましい。潤滑剤の具体例としては下記のものを挙げることができ、これらは2種以上を併用してもよい。
高級脂肪酸またはその金属塩:ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、ヒドロキシステアリン酸、硬化油、モンタン酸ナトリウム等、
脂肪酸アミド:ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ベヘン酸アミド、メチレンビスステリルアミド等、
脂肪酸エステル:n−ブチルステアレート、メチルヒドロキシステアレート、ミリシルセロチネート、高級アルコール脂肪酸エステル、エステル系ワックス等、
脂肪酸ケトン:ケトンワックス等、
脂肪族高級アルコール:ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール等、
多価アルコール脂肪酸エステルまたは部分エステル:グリセリン脂肪酸エステル、ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、ソルビタン脂肪酸エステル等、
非イオン系界面活性剤:ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル等、
シリコーン油:直鎖状メチルシリコン油、メチルフェニルシリコン油、変性シリコーン油等、
フッ素系界面活性剤:フルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸、モノパーフルオロアルキルエチル燐酸エステル、パーフルオロアルキルスルホン酸塩等。
かかる滑剤としては、例えば乾式法で製造されたシリカ、湿式法で製造されたシリカ、ゼオライト、炭酸カルシウム、燐酸カルシウム、カオリン、カオリナイト、クレイ、タルク、酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、水酸化アルミニウム、酸化カルシウム、グラファイト、カーボンブラック、酸化亜鉛、炭化珪素、酸化スズ等の無機粒子;架橋アクリル樹脂粒子、架橋ポリスチレン樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、架橋シリコーン樹脂粒子等の有機微粒子を好ましく挙げることができる。
これらはポリ乳酸にたいし、0.01〜0.5wt%の範囲で配合することができる。
これらの剤はポリ乳酸重合開始より製膜前の間の段階で適宜、剤を配合することができる。
添加方法としては、通常公知の剤投入法を使用することで剤含有ポリ乳酸を製造することができる。
尚押出機に供給するポリ乳酸(A)は、溶融時の分解を抑制するため、押出機供給前乾燥しておくことが好ましい。水分含有量は100ppm以下であることが特に好ましい。
二軸延伸においては単に面積倍率を上記範囲にするほか、縦、横の延伸倍率の差を小さくして、バランスをとることが、収縮率、弾性率等の縦、横の値をバランスさせるために必要である。延伸倍率が上記範囲を満たさないとポリ乳酸フィルムの透明性だ低下し、好ましくない。
この二軸延伸フィルムは、さらに縦方向あるいは横方向の一軸方向に、或いは縦方向及び横方向の二軸方向に再延伸して二軸再延伸フィルムとすることもできる。
上記一軸延伸フィルム或いは二軸延伸フィルムは熱処理することが好ましい。
好ましくは、熱処理温度は低温相融点Tmhから高温相融点Tmsc(℃)の温度範囲で熱処理とすることにより、フィルムの破断も少なく、熱固定効果も十分たかくなり、寸法安定性の良好なフィルムとすることができる。
さらに、本発明のポリ乳酸フィルムは延伸倍率により屈折率が変化しにくい傾向にあるため、延伸斑によるレターデーションの斑が発生しにくい。
さらに、食品用包装フィルムとして使用する場合は、内容物が可視であるだけでなく、耐熱性も高いことから、加熱殺菌が可能となることや電子レンジでの加熱が可能になる等のメリットもある。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン標準サンプルとの比較で求めた。
なお、GPC測定器は下記の構成であり、クロロホルム溶離液を使用、カラム温度40℃、流速1.0ml/minで流し、濃度1mg/ml(1%ヘキサフルオロイソプロパノール含有クロロホルム)の試料10μlを注入して測定を行なった。
検出器:示差屈折計 (株)島津製作所製 RID−6A
ポンプ:(株)島津製作所製 LC−9A
カラム:(株)東ソーTSKgelG3000HXL,TSKgelG4000HXL,TSKgelG5000HXLとTSKguardcokumnHXL−Lを直列に接続
パーキンエルマー(株)製DCS7示差走査熱量計(DSC)により測定した。試料10mgを窒素雰囲気下、1st RUNにて昇温速度20℃/分で、30℃から250℃に昇温して結晶融解温度(Tmh),(Tmsc)、結晶融融解熱を(△Hmh)(△Hmsc)を測定した。なおステレオ化率(S)はポリL−乳酸成分及びポリD−乳酸成分よりなるポリ乳酸につき、190℃以下の低温相結晶融解熱(△Hmh)、190℃以上の高温相結晶融解熱(△Hmsc)より下記式によりもとめた。
[数3]
S(%)=△Hmsc/(△Hmh+△Hmsc)×100 (1)
試料を窒素雰囲気下、260℃、10分間保持後の還元粘度の保持率を測定した。ポリ乳酸樹脂(A)をフィルム化するとき、溶融安定性が80%以上であれば通常の溶融押しが問題なくでき、溶融安定性合格と判断した。
なお、還元粘度(ηsp/c)は、試料1.2mgを〔テトラクロロエタン/フェノール=(6/4)wt混合溶媒〕100mlに溶解、35℃でウベローデ粘度管を使用して測定した。
試料を80℃、90%RHで11hr保持し、還元粘度(ηsp/c)の保持率(%)を測定、湿熱安定性とし耐久性のパラメーターとした。該パラメーターが80%以上であれば、ポリ乳酸樹脂組フィルムを通常の湿熱条件下で安定的に使用でき耐久性合格と判定した。また90%以上であれば特別に良好と判断した。
日本電色株式会社製 Hazemeter MDH2000を使用し、50μmフィルムを使用し、JIS K7105−1981の6.4に準拠して測定した。
ヘーズが2%を超えると透明性不良と判断。ヘーズが2〜1%の時、透明フィルムとして使用可能と判断、また1%以下の時は光学用フィルムに使用可能な透明性と判断した
光学純度は、クロロホルムに溶解させたポリ乳酸の希薄溶液を所定の容器に入れ、せん光度測定装置を用いてせん光度を測定し100%L乳酸の場合を100%と100%D乳酸の場合を−100%とし試料の旋光度から比例式で割り出したパーセンテージを光学純度とした。
真空配管、及び窒素ガス配管、触媒、L−ラクチド溶液添加配管、アルコール開始剤添加配管を具備したフルゾーン翼具備縦型攪拌槽(40L)を窒素置換後L−ラクチド30Kg,ステアリルアルコール0.90kg(0.030モル/kg)、オクチル酸スズ6.14g(5.05×10−4モル/1kg)を仕込み、窒素圧106.4kPaの雰囲気下、150℃に昇温した、内容物が溶解した時点で、攪拌を開始、内温をさらに190℃に昇温した。内温が180℃を超えると反応が始まるので冷却を開始し、内温を185℃から190℃に保持し1時間反応を継続した。さらに攪拌しつつ、窒素圧106.4kPa、内温200℃から210℃で、1時間反応を行なった後攪拌を停止しリン系の触媒失活剤を添加した。
さらに、ペレットを押出機で溶解させ無軸籠型反応装置に15kg/hrで投入し10.13kPaに減圧し残留するラクチドを低減処理し、それを再度チップ化した後のポリL−乳酸樹脂は重量平均分子量12万、分子量分散1.8、ラクチド含有量0.005wt%であった。
また同様の合成実験をD−ラクチドを使用し、重量平均分子量12万、分子量分散1.8、ラクチド含有量0.005wt%のポリD−乳酸樹脂を重合した。
前述の合成例で製造した120℃で5時間乾燥したポリL−乳酸、ポリD−乳酸の重量比1/1混合物100重量部に表中記載の量の三斜晶系無機粒子(D)および/または燐酸エステル金属塩(E)を混合後、表中記載の温度で2軸押出機で溶融混練し、ダイ温度260℃で、キャステキング速度40m/分で360μmのフィルム状に溶融押し出し、白金コート線状電極を用い、静電キャスト法によって鏡面冷却ドラム表面に密着、固化させた。該未延伸フィルムはさらに80℃で、縦方向に3倍、横方向に3倍延伸、190℃で熱固定を行い厚さ40μmの2軸延伸フィルムとした。
なお燐酸エステル金属塩として(株)ADEKA製、アデカスタブNA21と記載及びNA21を粉砕し10μm超の粒子数をなくしたものをNA21(*)と記載した。
実施例4において、燐酸エステル金属塩(E)であるアデカスタブNA−11に加え、平均粒径5μに分散させた三斜晶系無機粒子であるメタ珪酸カルシウムを適用した。
未延伸フィルムで測定して、ステレオコンプレックス結晶化度は100%であり、ヘーズは2%と許容範囲内であった。
Claims (11)
- L−乳酸単位を主成分とし、L−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(B)成分と、D−乳酸単位を主成分としD−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(C)成分とを、重量比で(B/C)=10/90〜90/10で溶融混練してなるポリ乳酸(A)を溶融押出してなる、示差走査熱量計で測定(DSC測定)した下記式で示されるステレオコンプレックス結晶化度(S)が90%以上、ヘーズが2%以下であるポリ乳酸フィルム。
[数1]
S = {△Hmsc/(△Hmsc+△Hmh)} × 100 (1)
(式中、△Hmh,△Hmcsは各々DSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃未満の低融点融解ピークの融解エンタルピー、Hmcsは結晶融解ピーク温度が190℃以上の高融点融解ピークの融解エンタルピーを表す。) - DSC測定における結晶融解ピークが、実質的にピーク温度190℃以上のピークのみからなるシングルピークである、請求項1記載のポリ乳酸フィルム。
- 2から7倍に一軸方向に延伸された、請求項1または2に記載のポリ乳酸フィルム。
- 面積倍率で4から50倍に延伸された、請求項1または2に記載のポリ乳酸フィルム。
- 三斜晶系無機粒子(D)および/または燐酸エステル金属塩(E)を含有する、請求項1から4のいずれか記載のポリ乳酸フィルム。
- カルボキシル末端基濃度が0から10eq/tonである、請求項1から5のいずれか記載のポリ乳酸フィルム。
- ポリ乳酸の重量平均分子量が8万から25万である、請求項1から6のいずれか記載のポリ乳酸フィルム。
- L−乳酸単位を主成分とし、L−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(B)成分と、D−乳酸単位を主成分としD−乳酸単位以外の成分を0〜10モル%含有するポリ乳酸(C)成分とを、重量比で(B/C)=10/90〜90/10で溶融混練してなるポリ乳酸(A)を、ポリ乳酸(A)の樹脂温度が(Tmsc+20)から(Tmsc+50)(℃)となる範囲で溶融押出しすることを特徴とする、ポリ乳酸フィルムの製造方法。
[数2]
S = {△Hmsc/(△Hmsc+△Hmh)} × 100 (1)
(式中、△Hmh,△Hmcsは各々DSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃未満の低融点融解ピークの融解エンタルピー、Hmcsは結晶融解ピーク温度が190℃以上の高融点融解ピークの融解エンタルピーを表す。)
(ここで、TmscはDSC測定で、結晶融解ピークのピーク温度が190℃以上の高融点結晶融解ピークのピーク温度を表す。) - 溶融押し出し後、一軸または二軸延伸し、さらにその後に(Tmh〜Tmsc)の温度範囲で熱処理することを特徴とする請求項8に記載の製造方法。
(ここで、TmscはDSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃以上の高融点結晶融解ピーク温度を、TmhはDSC測定で結晶融解ピーク温度が190℃以下の低融点結晶融解ピーク温度を表す。) - 請求項1〜7のいずれかに記載の光学用ポリ乳酸フィルム。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の包装用ポリ乳酸フィルム。
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