(57)【要約】【課題】エージングをしなくても高い耐熱性とバランスの取れた優れた機械的物性を有するポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物を提供する。【解決手段】(A)  ポリプロピレン樹脂  40〜80重量部、(B）ポリ乳酸樹脂  10〜45重量部、及び（C）下記一般式で表示される反応性常用化剤  3〜30重量部を含んでなる。【化１】2014051661.tif 000007（式中、Ｐはポリプロピレンを、Ｒは炭化水素鎖を、Ｅはヒドロキシアルキル基、アミノアルキル基またはカルボキシアルキル基を表す。）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
(A)  ポリプロピレン樹脂  40〜80重量部、(B）ポリ乳酸樹脂  10〜45重量部、及び（C）下記一般式で表示される反応性常用化剤  3〜30重量部を含んでなるポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物。
【化１】
2014051661.tif 000006
（式中、Ｐはポリプロピレンを、Ｒは炭素数１〜５の飽和または不飽和炭化水素鎖を、Ｅは炭素数１〜１０のヒドロキシアルキル基、アミノアルキル基またはカルボキシアルキル基を表す。）
【請求項２】
(D）衝撃補強剤  20重量部以下及び（E）無機充填剤  20重量部以下を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物。
【請求項３】
前記ポリプロピレン樹脂は、プロピレン単独重合体、プロピレンブロック共重合体及びプロピレンランダム共重合体中から選ばれる１種以上であって、溶融指数が0.5〜30g/10分(ASTM  D1238 , 230℃、2.16kg)であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物。
【請求項４】
前記ポリ乳酸樹脂は、ポリ‐Ｌ-乳酸、ポリ‐Ｄ-乳酸及びポリ‐(Ｄ、Ｌ)-乳酸からなる群から選ばれる１種以上であって、重量平均分子量が50,000〜400,000ｇ/molであることを特徴とする請求項１または２に記載のポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物。
【請求項５】
前記反応性常用化剤は、ポリプロピレン‐グリシジルメタアクリレートグラフト共重合体、ポリプロピレン‐N‐(ヒドロキシアルキル)マレイミドグラフト共重合体、ポリプロピレン‐N‐(カルボキシアルキル)マレイミドグラフト共重合体及びポリプロピレン‐N‐(アミノアルキル)マレイミドグラフト共重合体からなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物。
【請求項６】
前記衝撃補強剤は、無定形エチレン‐αオレフイン共重合体、エチレンプロピレンジエン共重合体(EPDM)、スチレン系熱可塑性エラストマー及びアクリル系共重合体からなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項２に記載のポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物。
【請求項７】
前記無機充填剤は、タルク、クレー、炭酸カルシウム、ガラス繊維、雲母、珪灰石及びシリカからなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項２に記載のポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物。
【請求項８】
前記樹脂組成物は、エージング前の熱変形温度（ASTM D648）が90℃以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物(以下、‘ポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物’という)に関するものであって、より詳細には、ポリプロピレン樹脂、ポリ乳酸樹脂、反応性常用化剤、衝撃補強剤及び無機充填剤を含んでなることにより、耐熱性、耐衝撃性、屈曲弾性率が優れるポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化や石油資源枯渇の問題が台頭されている中に、二酸化炭素など温室ガスの排出抑制が義務化されている。よって、石油資源から由来した高分子などの材料を、環境負担の少ないバイオマスから由来した親環境樹脂に代替しようとする研究が進行されている。
このような親環境樹脂中で、ポリ乳酸はトウモロコシ澱粉を発酵して得られた乳酸(lactic acid)を重合して作られる脂肪族ポリエステルである。ポリ乳酸は生分解性高分子であって、機械的物性が優秀で、他の親環境プラスチックに比べて低廉でありながら無害であるため、食品容器、ラップなどの一回用製品、幼児用製品などに使用が拡大されている。しかし、ポリ乳酸は、他の汎用の高分子化合物に比べて耐熱性と耐衝撃性が低いので、その応用分野が制限的である。このような理由で、耐熱性が優れたポリオレフインとブレンドを通じて、ポリ乳酸が有する問題点を補完する研究が進められている。ポリオレフィン中で、ポリプロピレンはポリエチレンに比べて耐熱性が優秀であるため、ポリ乳酸の耐熱性向上に有利であるけれども、二つの高分子は極性が相異し、常用性が無いため、常用化剤を添加する方法が主に利用されている。
【０００３】
韓国公開特許10-2012-0044799号（特許文献１）では、ポリプロピレンとポリ乳酸の常用化剤としてポリプロピレン‐無水マレイン酸共重合体またはポリエチレン‐グリシジルメタアクリレート共重合体を0.5〜10重量部を投入して、耐熱性と耐衝撃性が向上された樹脂組成物を提案しているが、110℃で２時間アニーリングをする場合にのみ熱変形温度(HDT)が高くなっている。アニーリングを行わない場合には、実施例で見れば、HDTが78.3℃、75.4℃である。実際の製品を作る量産過程では、生産工程時間も重要な要素であり、アニーリングのために温度を110℃まで上げるとポリ乳酸のガラス転移温度より高いため、製品の変形が生じる可能性がある。また、アロイの結晶化が進行されるため、寸法変形が生じることがある。よって、このようなアロイのエージング過程は、実際の製品に適用されるに困難がある。
【０００４】
韓国公開特許10-2011-0048125号（特許文献２）では、常用化剤としてポリ乳酸と反応できる作用基とビニル基を少なくとも一つづつを有する化合物を利用して、ブロー成形性と耐衝撃性が優れた生活品容器用のポリ乳酸含有高分子アロイ組成物を提案している。常用化剤は、エチレン‐(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、エチレン‐(メタ)アクリル酸グリシジル‐酢酸ビニル共重合体のようなエチレン系共重合体である。このポリ乳酸含有高分子アロイ組成物は、溶融粘度、衝撃強度、伸び率が向上された点を特徴とするが、熱変形温度に対しては明示していない。
【０００５】
米国公開特許US2010/0160564 A1（特許文献３）では、常用化剤としてエポキシ作用基を有するエチレン系高分子を利用して、ポリプロピレン、ポリ乳酸及びエラストマーで構成された複合樹脂組成物を提案しており、高い衝撃強度を表している。しかしながら、熱変形温度に対しては明示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国特許出願公開第10-2012-0044799号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開第10-2011-0048125号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第2010/0160564号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、エージングをしなくても高い耐熱性とバランスの取れた優れた機械的物性を有するポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために本発明は、(A)ポリプロピレン樹脂40〜80重量部、(B)ポリ乳酸樹脂10〜45重量部及び(C) 下記一般式で表示される反応性常用化剤3〜30重量部を含んでなるポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物を提供する。
【０００９】
【化１】
2014051661.tif 000002
【００１０】
（式中、Ｐはポリプロピレンを、Ｒは炭素数１〜５の飽和または不飽和炭化水素鎖を、Ｅは炭素数１〜１０のヒドロキシアルキル基、アミノアルキル基またはカルボキシアルキル基を表す。）
【００１１】
更に、本発明の樹脂組成物は、(D)衝撃補強剤20重量部以下及び(E)無機充填剤20重量部以下を更に含むことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エージングを行なわなくても高い耐熱性を有しており、耐衝撃性、屈曲弾性率の如き機械的物性も優れたポリ乳酸樹脂含有ポリプロピレン系樹脂組成物を得ることができるので、自動車部品、電気電子部品などに適用される場合に、射出後にエージング無しに直ちに製品に適用が可能であるため、生産性向上に大きな効果を与えることができ、環境的な側面では親環境素材のポリ乳酸の含有に因り、二酸化炭素を低減できる効果を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物に含まれる各成分をさらに詳しく説明する。
【００１４】
(A)ポリプロピレン樹脂
本発明で使用されるポリプロピレン樹脂は、プロピレン単独重合体、プロピレンブロック共重合体またはプロピレンランダム共重合体の中から選らばれる１種以上を使用することができ、溶融指数が0.5〜30g/10分(ASTM D1238、230℃、2.16kg)であることが好ましい。その中でも、プロピレン単独重合体が耐熱性の面で好ましく、プロピレンブロック共重合体はバランスの取れた耐熱性と耐衝撃性を得られるため更に好ましい。
前記ポリプロピレン樹脂は、40〜80重量部使用されることが好ましいが、ポリプロピレン樹脂の含量が40重量部未満の場合には、主たるマトリックス（matrix）材料で使用されるポリプロピレン樹脂の含量が不足し、ポリ乳酸樹脂の含量が高くなり耐熱性が大きく劣るので好ましくなく、ポリプロピレン樹脂の含量が80重量部を超える場合には、ポリ乳酸の含量が減少し親環境樹脂に分類されられないため好ましくない。
【００１５】
(B)ポリ乳酸（polyactic acid, PLA）樹脂
本発明で使用されるポリ乳酸樹脂は、脂肪族ポリエステル系樹脂であって、トウモロコシ及びじゃがいも等の澱粉から得た乳酸（lactic acid）の重縮合あるいはラクチド（lactide）の開環重合で合成される生分解性高分子である。
前記ポリ乳酸樹脂は、ポリ‐L-乳酸、ポリ‐D-乳酸、ポリ‐(D,L)-乳酸からなる群から選ばれる１種以上を組合わせて使用することが好ましい。上記ポリ乳酸樹脂は、乳酸の光学純度が高いものを使用することが好ましいが、光学純度が高いほど耐熱性と結晶化速度が速いため、光学純度が95％以上のポリ乳酸樹脂を使用することが好ましい。
本発明で使用されるポリ乳酸樹脂の分子量は、射出成形が可能であれば分子量や、分子量分布に特別な制限が無いが、重量平均分子量が50,000〜400,000g/molが好ましく、成形品の機械的強度を更に高めるためには、100,000〜400,000g/molが更に好ましい。
前記ポリ乳酸樹脂は、樹脂組成物の全体重量基準で、10〜45重量部使用されることが好ましいが、ポリ乳酸の含量が10重量部未満の場合には、バイオマス含量が殆ど無いので、親環境の意味が殆ど無く、反対にポリ乳酸の含量が45重量部を超える場合には、ポリプロピレンの含量が相対的に低くなり、ポリ乳酸の含量が高いので相反転（phase inversion）が起こり、ポリ乳酸がマトリックスになり耐熱性が大きく低下し好ましくない。
【００１６】
（C）反応性常用化剤
一般的に、二つの非常用性高分子のブレンドは、分散状のサイズが大きく、界面間の接着力が弱いため、機械的物性が低下する。同じく、無極性のポリプロピレン樹脂と極性のポリ乳酸樹脂は、極性の差異に因り常用性が劣るので、反応性常用化剤を導入して、二つの高分子の常用性を高めると同時に、機械的物性を向上させることができる。
本発明で使用される反応性常用化剤は、ポリ乳酸樹脂の鎖末端のヒドロキシル基またはカルボキシル基と反応できる化学作用基を有する高分子である。
前記反応性常用化剤としては、ポリ乳酸の鎖末端のヒドロキシル基またはカルボキシル基と反応できる化学作用基を有する、下記一般式で表示されるポリプロピレングラフト共重合体が使用され得る。
【００１７】
【化２】
2014051661.tif 000003
【００１８】
（式中、Ｐはポリプロピレンを、Ｒは炭素数１〜５の飽和または不飽和炭化水素鎖を、Ｅは炭素数１〜１０のヒドロキシアルキル基、アミノアルキル基またはカルボキシアルキル基を表す。）
【００１９】
前記反応性常用化剤の具体的な例として、ポリプロピレン‐グリシジルメタアクリレートグラフト共重合体、ポリプロピレン‐N‐(ヒドロキシアルキル)マレイミドグラフト共重合体、ポリプロピレン‐N‐（カルボキシアルキル)マレイミドグラフト共重合体、ポリプロピレン‐N‐(アミノアルキル)マレイミドグラフト共重合体の中から選ばれる１種以上を使用することが好ましい。
【００２０】
前記反応性常用化剤を製造する方法は、押出し機を利用する方法と溶液上で作られる方法がある。
前記押出し機を利用する方法は、反応押出し（reactive extrusion）と知られており、押出し機内で開始剤から出るラジカルを利用して、ポリプロピレンの主鎖に化学作用基を有するモノマーをグラフトさせる方法である。反応押出し法は、生産が容易であり、大量生産が可能であるが、開始剤によって一部分解が生じ、グラフト率が低い短所がある。
前記溶液上で作られる方法は、ポリプロピレン樹脂を溶媒に溶かし、 開始剤を注入して、化学作用基を有するモノマーをグラフトさせる方法である。この方法は、反応押出し法より高いグラフト率を得ることができ、また未反応のモノマーを除去することができるという長所がある。
【００２１】
本発明で使用される反応性常用化剤の使用量は、3〜30重量部であることが好ましい。反応性常用化剤の含量が3重量部未満の場合には、ポリ乳酸樹脂と反応できる化学作用基が少ないので、ポリプロピレン樹脂とポリ乳酸樹脂の常用性が低下し、機械的物性が大きく低下することがあり、反応性常用化剤の含量が30重量部を超える場合には、ポリプロピレン樹脂とポリ乳酸樹脂の含量が低くなって機械的物性が低下することがあり、経済的側面でも好ましくないことがある。
【００２２】
（D）衝撃補強剤
本発明で使用される衝撃補強剤は、無定形エチレン‐αオレフィン共重合体、エチレンプロピレンジエン共重合体(EPDM)、スチレン系熱可塑性エラストマー及びアクリル系共重合体からなる群から１種以上を選んで使用することが好ましい。
前記無定形エチレン‐αオレフィン共重合体のαオレフィン成分の例としては、プロピレン、1-ブテン、1-へキセン、1-オクテンなどを挙げることができる。また前記スチレン系熱可塑性エラストマーの例としては、スチレン‐ブタジエン‐スチレン(SBS)、スチレン‐エチレン‐ブチレン-スチレン(SEBS)、スチレン-エチレン‐プロピレン‐スチレン(SEPS)などを挙げることができる。前記アクリル系共重合体としては、コア‐シエル構造のメチルメタアクリレート‐ブタジエン‐スチレン（MBS）を代表例として挙げることができる。
前記衝撃補強剤は、20重量部以下、好ましくは5〜20重量部が使用されることが好ましいが、衝撃補強剤の含量が20重量部を超える場合には、衝撃強度は上がるが、耐熱性と剛性が大きく低下することがある。
【００２３】
（E）無機充填剤
本発明で使用される無機充填剤は、タルク（talc）、クレー（clay）、炭酸カルシウム（CaCO3）、ガラス繊維（glass fiber）、雲母（mica）、珪灰石（wollastonite）及びシリカ（silica）からなる群から選ばれる１種以上を使用することができる。前記無機充填剤の中で、タルクとクレーは核形成剤として更に好ましく、前記のような無機充填剤を添加する場合、機械的強度及び耐熱性を向上させることができる。
前記無機充填剤は、20重量部以下、好ましくは5〜20重量部で使用されることが好ましいが、無機充填剤の含量が20重量部を超える場合には、耐熱性と剛性は上がるが、衝撃強度が低下することがある。
【００２４】
本発明によるポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物には、前記の成分等以外にも必要によって、本発明の効果を損なわない範囲内で、酸化防止剤、ＵＶ安定剤、核剤、顔料、難燃剤、帯電防止剤などの添加剤を併用することができる。
前記のような本発明によるポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物は、エージング前の熱変形温度が90℃以上であることを特徴とする。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明に係る実施例及び比較例を用いた評価試験の結果を示し、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
本発明の実施例及び比較例で使用されたポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物の成分は次の通りである。
【００２６】
(A)ポリプロピレン樹脂
ポリプロピレン単独重合体  HI500(サムスントータル、溶融指数：10g/10分(230℃、2.16kg))、ポリプロピレンブロック共重合体  BJ500(サムスントータル、溶融指数：10g/10分(230℃、2.16kg))を使用した。
(B)ポリ乳酸樹脂
米国ネイチャワークス社(NatureWorks  LLC)で製造された2003Dを使用した。
【００２７】
(C)反応性常用化剤
ポリプロピレン‐グリシジル  メタアクリレートグラフト共重合体は、ポリプロピレン、ベンゾイルパーオキサイド（開始剤）、グリシジル  メタアクリレートを反応押出しを行い自ら製造した。（グラフト率:1.5重量％）。
ポリプロピレン‐N‐(アミノアルキル)マレイミドグラフト共重合体は、溶液上で自ら製造した（グラフト率:0.７重量％）。
ポリエチレン‐グリシジル  メタアクリレート共重合体は、日本住友化学（Sumitomo Chemical）のIGETABOND  ２Bを使用した。
ポリプロピレン‐無水マレイン酸共重合体を使用した（グラフト率:0.７重量％、NB1620, サムスントータル)。
【００２８】
（D）衝撃補強剤
米国のダウケミカル(Dow Chemical)社のEngage 8842（エチレン-オクテン共重合体エラストマー、溶融指数：1g/10分（190℃、2.16kg））を使用した。
日本国の三菱レーヨン（Mitsubishi Rayon）社のアクリル系共重合体C-223Aを使用した。
（E）無機充填剤
京畿タルク社のKR-8500(平均粒子サイズ：２μｍ)を使用した。
【００２９】
〔実施例１〜５及び比較例１〜４〕
下記表１に示された含量で各構成成分等を混合して、ポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物を製造した後、L/D  40、直径30mmの二軸押出し機で、170〜220℃の温度範囲で押出し後、押出し物をペレット形態に製造した。下記表１で、各構成成分等の含量単位は重量％である。
【００３０】
（物性評価）
前記のような方法で製造された実施例１〜５及び比較例１〜４のペレットは、80℃で4時間乾燥した後、形体力180トンの射出機（TOYO社）を使用して、ASTM規格に合うように射出して物性評価を行った。前記物性評価は下記の方法で測定し、その結果を下記表２に示した。
１）引張強度：ASTM  D638によって測定した。
２）屈曲弾性率：ASTM  D790によって測定した。
３）衝撃強度：ASTM  D256によって常温で衝撃強度を測定した。
３）熱変形温度：ASTM  D648によってエイジング前と後の熱変形温度を測定した。上記物性試片のエイジング条件は80℃、2時間である。
【００３１】
【表１】
2014051661.tif 000004
【００３２】
【表２】
2014051661.tif 000005
【００３３】
上記表１及び２の実施例及び比較例の結果から分かるように、本発明による組成を有する実施例１〜５のポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物は、機械的物性と熱変形温度が全てバランスの取れた優れた結果を表すことを確認することができる。特に、射出後の物性試片のエージングをしなくても、熱変形温度が優れていることを分かる。
【００３４】
実施例１と２は、反応性常用化剤のポリプロピレングリシジルメタアクリルレートグラフト共重合体の含量を高めることによって、ポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物の衝撃強度とエージング前／後の熱変形温度が上がることを分かる。
また、衝撃補強剤と無機充填剤を投入した実施例３と４の物性結果は、実施例１と２に比べて少しづつ低いが、全般的に優れた物性を表した。衝撃補強剤を入れないで、反応性常用化剤だけ入れた実施例５では、熱変形温度が非常に優れていることを分かる。
【００３５】
ポリ乳酸樹脂の含量が最も高い比較例１は、引張強度、屈曲弾性率の機械的物性は優秀であるが、衝撃強度と熱変形温度が急激に低下されることを分かる。
更に、比較例２は、衝撃補強剤を20重量部投入することにより衝撃強度が優秀であるが、相対的に熱変形温度が低下することが分かる。
また、比較例３は、ポリプロピレングリシジルメタアクリレートグラフト共重合体の代わりに、ポリエチレングリシジルメタアクリレート共重合体を常用化剤に使用したものであり、最も優れた衝撃強度を示しているが、エージング前の熱変形温度が大きく低下されたことを分かる。
【００３６】
比較例４は、ポリプロピレン‐無水マレイン酸共重合体を常用化剤に使用した場合であり、実施例４と比較すると、全般的に物性が低下することを分かる。
前記のような結果から総合して見ると、本発明の組成を有するポリプロピレン／ポリ乳酸樹脂組成物は、均衡のある優れた機械的物性を有しており、エージング（aging）無しでも耐熱性が優秀であるので、自動車、電気電車部品の如き多様な製品の製造に有用に適用することができる。