(57)【要約】【課題】結晶化速度が十分に速く、耐熱性、成形性及び離型性に優れ、更にアニール処理時の変形抑制に有用なポリ乳酸複合材料及びそれを用いた成形体を提供すること。【解決手段】ポリ乳酸と、アミド基を有する低分子化合物と、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物と、タルクと、を含有することを特徴とするポリ乳酸複合材料。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ乳酸と、アミド基を有する低分子化合物と、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物と、タルクと、を含有することを特徴とするポリ乳酸複合材料。
【請求項２】
ウィスカー及び／又はＥＰＤＭ系樹脂を更に含有することを特徴とする請求項１に記載のポリ乳酸複合材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のポリ乳酸複合材料を成形して得られる成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリ乳酸複合材料及びそれを用いた成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリ乳酸は、微生物や酵素の働きにより分解される性質、いわゆる生分解性を示し、その分解生成物は人体に無害な乳酸と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。
【０００３】
ポリ乳酸は結晶性樹脂であるが、その結晶化速度は遅く、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、耐衝撃性などの点で十分な特性を得ることが困難であった。
【０００４】
そこで、かかる問題点を改善すべく、上記特性を付与するための様々な方法が提案されている。例えば、特開平６−２９９０５４号公報においてはポリ乳酸に高級脂肪酸のビスアミドを添加することによって、ブロッキングを防止し成形性を付与すること、特開平８−２７３６３号公報においてはポリ乳酸を主成分とする熱可塑性ポリマー組成物に脂肪酸アミドを添加することによって離型性と成型加工性を付与すること、特開平８−１８３８９８号公報においては乳酸を主成分とする重合体に脂肪酸アミドなどを添加することによって分解速度を抑制することが開示されている。
【０００５】
また、特開平９−２７８９９１号公報には、ポリ乳酸などの脂肪族ポリエステルに脂肪族カルボン酸アミドなどの透明核剤を添加することによって、透明性及び耐熱性（結晶性）を併有する成形体が得られることが記載されている。
【０００６】
しかしながら、上記公報記載のようにポリ乳酸に脂肪酸アミドを添加するといった従来の方法の場合、脂肪族カルボン酸アミドなどの添加による結晶化速度の向上は認められるもののその効果は未だ十分ではなく、このため十分な結晶化度を有する成形体を得るためには成形後に熱処理する必要があった。また、結晶化度が低いため、例えば射出成形の際に金型内での結晶固化が不十分となり、その結果、十分な離型性が得られず、さらには離型時に成形体が変形しやすくなるなどの欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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、結晶化速度が十分に速く、耐熱性、成形性及び離型性に優れ、更にアニール処理時の変形抑制に有用なポリ乳酸複合材料及びそれを用いた成形体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アミド基を有する低分子化合物と、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物と、タルクと、をポリ乳酸に添加した場合に、結晶化速度が十分に向上し、耐熱性、成形性及び離型性に優れ、更にアニール処理時の変形抑制に有用なポリ乳酸複合材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のポリ乳酸複合材料は、ポリ乳酸と、アミド基を有する低分子化合物と、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物と、タルクと、を含有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のポリ乳酸複合材料は、上記組成に加えてウィスカー及び／又はＥＰＤＭ系樹脂を含有することが好ましい。
【００１１】
更に、本発明の成形体は、上記本発明のポリ乳酸複合材料を成形して得られるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
本発明のポリ乳酸複合材料は、ポリ乳酸と、アミド基を有する低分子化合物と、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物と、タルクと、を含有することを特徴とするものである。
【００１４】
先ず、本発明にかかるポリ乳酸について説明する。前記ポリ乳酸は、下記一般式（１）：
【００１５】
【化１】
2004051666.tif 000002
（式中、ｎは整数を表す）
で表される繰り返し単位を有するポリマーである。当該ポリ乳酸の重量平均分子量は特に制限されないが、好ましくは１０，０００以上であり、より好ましくは５０，０００以上であり、さらに好ましくは１００，０００以上である。ポリ乳酸の重量平均分子量が前記下限値未満であると、強度、弾性率等の機械物性が不十分となる傾向にある。また、ポリ乳酸の重量平均分子量は、成形時の流動性の点から４００，０００以下であることが好ましい。
【００１６】
ポリ乳酸の重合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。また、ポリ乳酸が上記Ｄ−体原料とＬ−体原料との共重合体である場合、Ｄ−体原料又はＬ−体原料のうちの一方の含有割合が９０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、９５ｍｏｌ％以上であることがより好ましく、９８ｍｏｌ％以上であることがさらに好ましい。Ｄ−体又はＬ−体のうちの双方が９０ｍｏｌ％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十分に発現しない傾向にある。
【００１７】
このようにして得られるポリ乳酸は光学異性を示すが、当該ポリ乳酸はＤ−体、Ｌ−体、ＤＬ−体のいずれであってもよい。また、構成成分の主体がＤ−体であるポリ乳酸と、構成成分の主体がＬ−体であるポリ乳酸とが任意の割合でブレンドされたものを用いてもよい。
【００１８】
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、当該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、当該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。
【００１９】
本発明のポリ乳酸複合材料においては、アミド基を有する低分子化合物と、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物と、タルクとが上記のポリ乳酸中に分散される。これにより、ポリ乳酸の結晶核の生成及び結晶成長の促進における相乗効果が得られ、ポリ乳酸の結晶化速度を十分に向上させることができ、耐熱性、成形性及び離型性に優れ、更にアニール処理時の変形抑制に有用である。
【００２０】
次に、本発明にかかるアミド基を有する低分子化合物について説明する。前記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−置換尿素類など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などが挙げられ、これらの化合物が有するアミド基は１個でも２個以上でもよい。これらの中でも、ビスアミドは結晶化速度をより向上させることができる点で好ましく、また、ヒドロキシアミドはポリ乳酸中での安定性に優れ、耐熱性をさらに高めることができる点で好ましい。さらに、ビスヒドロキシアミドは、ビスアミド及びヒドロキシアミドを用いた場合に得られるそれぞれの効果を同時に得ることができる点で特に好ましい。
【００２１】
アミド基を有する低分子化合物の具体例としては、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、ベヘニン酸アミド、リシノール酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド、乳酸アミド、Ｎ−オレイルパルミチン酸アミド、Ｎ−オレイルオレイン酸アミド、Ｎ−オレイルステアリン酸アミド、Ｎ−ステアリルオレイン酸アミド、Ｎ−ステアリルステアリン酸アミド、Ｎ−ステアリルエルカ酸アミド、メチロールステアリン酸アミド、メチロールベヘニン酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド、エチレンビスベヘニン酸アミド、エチレンビスイソステアリン酸アミド、メチレンビス−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−ヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミド、ブチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスベヘニン酸アミド、ｍ−キシリレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジオレイルセバシン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジオレイルアジピン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルアジピン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルセバシン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルイソフタル酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルテレフタル酸アミド、ステアリン酸モノエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸モノエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、ポリオキシエチレンステアリン酸アミド、ポリオキシエチレンオレイン酸アミド、Ｎ−ブチル−Ｎ’−ステアリル尿素、Ｎ−プロピル−Ｎ’−ステアリル尿素、Ｎ−ステアリル−Ｎ’−ステアリル尿素、Ｎ−フェニル−Ｎ’−ステアリル尿素、キシレンビスステアリル尿素、トルイレンビスステアリル尿素、ヘキサメチレンビスステアリル尿素、ジフェニルメタンビスステアリル尿素、ジフェニルメタンビスラウリル尿素などを例示することができる。これらの中でも、乳酸アミド、エチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミド、メチレンビス−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−ヒドロキシ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、メチロールステアリン酸アミド、ステアリン酸モノエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸モノエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、ポリオキシエチレンステアリン酸アミド、ポリオキシエチレンオレイン酸アミドが特に好ましい。
【００２２】
また、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、ポリ乳酸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。
【００２３】
また、アミド基を有する低分子化合物の融点は、好ましくは２０〜２３０℃である。当該低分子化合物の融点が２０℃未満であると成形体からブリードアウトして成形体の外観が損なわれる傾向にあり、他方、２３０℃を超えると一般的な成形加工条件では溶融させにくいため、成形加工性が低下する傾向にある。
【００２４】
さらに、アミド基を有する低分子化合物の含有量は、本発明のポリ乳酸複合材料中において、０．１〜１０重量％であることが好ましく、０．１〜８重量％であることがより好ましく、０．５〜８重量％であることがさらに好ましく、０．５〜５重量％であることが最も好ましい。アミド基を有する低分子化合物の含有量が前記下限値未満であると、剛性及び結晶化速度の向上の程度が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、可塑剤的作用が過剰に強く発現するようになるため、剛性が低下する傾向にある。
【００２５】
次に、本発明にかかる有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物について説明する。前記有機化された層状粘土鉱物は、一般的な層状粘土鉱物を有機化して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、このような市販品としては、Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｃｌａｙ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、コープケミカル株式会社等から販売されているものがある。
【００２６】
前記一般的な層状粘土鉱物としては特に制限されないが、具体的には、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト等のスメクタイト族；カオリナイト、ハロサイト等のカオリナイト族；ジオクタヘドラルバーミキュライト、トリオクタヘドラルバーミキュライト等のバーミキュライト族；テニオライト、テトラシリシックマイカ、マスコバイト、イライト、セリサイト、フロゴバイト、バイオタイト等のマイカ等が挙げられる。これらの層状粘土鉱物は、天然鉱物であってもよく、水熱合成、溶融法、固相法等による合成鉱物であってもよい。また、本発明では、上記の層状粘土鉱物のうちの１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、層状粘土鉱物の陽イオン交換容量は３０〜３００ｍｅｑ／１００ｇであることが好ましい。
【００２７】
本発明において有機化とは、有機物を層状粘土鉱物の層間及び／又は表面に物理的、化学的方法（好ましくは化学的方法）により吸着及び／又は結合させることを意味する。このような有機化には、有機オニウム塩が用いられる。前記有機オニウム塩は、層状粘土鉱物を有機化してその層間距離を広げるものであり、これによりポリ乳酸と、アミド基を有する低分子化合物と、層状粘土鉱物と、タルクとの分散均一性を高めることができる。
【００２８】
このような有機オニウム塩としては、具体的には、有機アンモニウム塩、有機ホスホニウム塩、有機ピリジニウム塩、有機スルホニウム塩等が挙げられる。本発明で用いられる有機アンモニウム塩としては、例えば、ＮＲ４＋Ｘ−［４個のＲは同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子又はアルキル基を表し、Ｘ−はカウンターイオンを表す］で表されるものである。ここで、有機オニウム塩の炭素数（４個のＲの炭素数の総和）は６以上であることが好ましい。当該有機オニウム塩の炭素数が６未満であると、層状粘土鉱物の層間距離が十分に広げられず、層状粘土鉱物をポリ乳酸中に均一に分散することが困難となる傾向にある。また、Ｒがアルキル基の場合、当該アルキル基は置換基を有していてもよく、かかる置換基としては水酸基が好ましい。さらに、Ｘ−で表されるカウンターイオンとしては、例えばＣｌ−、Ｂｒ−などのハロゲンイオンが挙げられる。
【００２９】
上記ＮＲ４＋で表される有機アンモニウムイオンの特に好ましい例として、下記一般式（２）又は（３）で表されるものを挙げることができ、これらは１種を単独で用いてもよく、両者を併用してもよい。
【００３０】
【化２】
2004051666.tif 000003
［式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子又はアルキル基を表し、ｌは６〜２２の整数を表す。］
【００３１】
【化３】
2004051666.tif 000004
［式中、Ｒ４及びＲ５は同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子又はアルキル基を表し、Ｒ４とＲ５との合計の炭素数は６以上であり、ｍ及びｎは同一でも異なっていてもよく、１〜２０の整数を表す。］
【００３２】
上記一般式（２）中、Ｒ１、Ｒ２又はＲ３は水素原子又はアルキル基を表す。かかるアルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、直鎖又は分岐鎖状のペンチル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘプチル基、直鎖又は分岐鎖状のオクチル基、直鎖又は分岐鎖状のノニル基、直鎖又は分岐鎖状のデシル基、直鎖又は分岐鎖状のウンデシル基、直鎖又は分岐鎖状のドデシル基、直鎖又は分岐鎖状のトリデシル基、直鎖又は分岐鎖状のテトラデシル基、直鎖又は分岐鎖状のペンタデシル基、直鎖又は分岐鎖状のオクタデシル基等が挙げられるが、当該アルキル基の炭素数は１〜４であることが好ましい。アルキル基の炭素数が前記上限値を超えると有機オニウム塩の合成が困難となる傾向にある。
【００３３】
また、上記一般式（２）中、ｌはメチレン基（−ＣＨ２−）の重合度を表し、６〜２２、好ましくは８〜１８の整数である。ｌが６未満であると、層状粘土鉱物の層間距離が十分に広がらず、ポリ乳酸とアミド基を有する低分子化合物と層状粘土鉱物とタルクとの分散均一性が低下する傾向にある。他方、ｌが２２を越えると、有機オニウム塩の合成が困難となる傾向にある。
【００３４】
また、上記一般式（３）中、Ｒ４及びＲ５は水素原子又はアルキル基を表す。かかるアルキル基としては、一般式（２）中のＲ１、Ｒ２及びＲ３の説明において例示されたアルキル基が挙げられる。一般式（３）中のＲ４及びＲ５は同一でも異なっていてもよいが、それらの合計の炭素数は、６以上であることが好ましく、８以上であることがより好ましい。Ｒ４とＲ５との合計の炭素数が６未満であると、層状粘土鉱物の層間距離が十分に広がらず、ポリ乳酸とアミド基を有する低分子化合物と層状粘土鉱物とタルクとの分散均一性が低下する傾向にある。例えばＲ４が水素原子でＲ５がドデシル基である化合物、Ｒ４がメチル基でＲ５がオクタデシル基である化合物、Ｒ４及びＲ５がオクタデシル基である化合物は、上記の条件を満たす化合物として好ましく用いられる。
【００３５】
また、上記一般式（３）中、ｍ及びｎはオキシエチレン基（−ＣＨ２ＣＨ２Ｏ−）の重合度を表し、１〜２０、好ましくは１〜１０、より好ましくは１〜５の整数であり、特に好ましくは１である。ｍ又はｎが２０を越えると、層状粘土鉱物の親水性が過剰に高くなり、調整が困難となる傾向にある。なお、ｍ及びｎは同一でも異なっていてもよい。
【００３６】
また、本発明では、上記一般式（２）又は（３）中のＮ（窒素原子）がＰ（リン原子）で置換された有機ホスホニウム塩を用いることもできる。
【００３７】
本発明では、水酸基を有する有機オニウム塩と水酸基を有さない有機オニウム塩とを併用することも可能であるが、この場合、水酸基を有する有機オニウム塩の配合割合は、有機オニウム塩全量を基準として５ｍｏｌ％以上であることが好ましく、１０ｍｏｌ％以上であることがより好ましく、１５ｍｏｌ％以上であることが更に好ましい。水酸基を有する有機オニウム塩の配合割合が５ｍｏｌ％未満であると、ポリ乳酸又はその重合性単量体（乳酸、ラクチド）との親和性が不十分となり、これらが層状化合物の層間に安定的に保持されにくくなる傾向にある。
【００３８】
また、有機オニウム塩の含有量は、層状粘土鉱物１００重量部に対して１０〜１５０重量部であることが好ましく、２０〜１００重量部であることがより好ましい。当該有機オニウム塩の含有量が前記下限値未満であると、層状粘土鉱物の層間距離が十分に広げられず、ポリ乳酸とアミド基を有する低分子化合物と層状粘土鉱物とタルクとの分散均一性が低下する傾向にあり、他方、前記上限値を超える場合には物理吸着によって導入される有機オニウム塩の量が増加してポリ乳酸複合材料の物性が損なわれる（例えば脆化）傾向にある。
【００３９】
また、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物の層間距離は、各層の重心間の平均距離を基準として２．９ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましい。層状化合物の層間距離が２．９ｎｍ未満であると、ポリ乳酸とアミド基を有する低分子化合物と層状粘土鉱物とタルクとの分散均一性が低下し、結晶化促進効果が低下する傾向にある。
【００４０】
前記有機化された層状粘土鉱物の含有量は、本発明のポリ乳酸複合材料中において、０．０１〜１０重量％であることが好ましく、０．０１〜５重量％であることがより好ましく、０．１〜５重量％であることがさらに好ましく、０．３〜３重量％であることが最も好ましい。前記層状粘土鉱物の含有量が前記下限値未満であると、剛性及び結晶化速度の向上の程度が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限値を超える場合には、ポリ乳酸が脆化し、衝撃強度が著しく低下する傾向にある。
【００４１】
次に、本発明にかかるタルクについて説明する。前記タルクは、耐熱性に優れ化学的に安定な鉱物であり、その組成は特に限定されないが、本発明のポリ乳酸複合材料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具体的には、３０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましく、７．０μｍ以下であることが特に好ましい。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を施していてもよい。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ものがある。
【００４２】
前記タルクの含有量は、本発明のポリ乳酸複合材料中において、０．１〜４０重量％であることが好ましく、０．１〜３０重量％であることがより好ましく、０．５〜２０重量％であることがさらに好ましく、０．１〜２０重量％であることが最も好ましい。前記タルクの含有量が前記下限値未満であると、結晶化速度の向上の程度が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限値を超える場合には、ポリ乳酸が脆化し、衝撃強度が著しく低下する傾向にある。
【００４３】
本発明のポリ乳酸複合材料は、前記組成に加えてウィスカー及び／又はＥＰＤＭ系樹脂を更に含有していることが好ましい。本発明のポリ乳酸複合材料は、更に、ウィスカーを加えることにより耐熱性がより向上する傾向にあり、また、軟質ゴムであるＥＰＤＭ系樹脂を加えることにより耐熱性を十分に保持したまま耐衝撃性がより向上する傾向にある。
【００４４】
本発明にかかるウィスカーは繊維状無機充填剤であり、例えば、ウォラストナイト、セピオライト、アスベスト、ゾノライト、エレスタダイト、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、酸化亜鉛、グラファイト、マグネシア、硫酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、酸化マグネシウム、二ホウ化チタン、α−アルミナ、クリソタイルからなるウィスカーが挙げられる。この中でも、ウォラストナイト、チタン酸カリウムからなるウィスカーが好適に用いられる。
【００４５】
また、このようなウィスカーとしては、アスペクト比（繊維の長さ／繊維の直径）が好ましくは５〜２００、より好ましくは５〜１００のものが用いられる。アスペクト比が５未満であると、補強効果が不十分となる傾向にあり、他方、アスペクト比が２００を超えると、分散性が低下し強度が不均一となる傾向にある。なお、本発明にかかるウィスカーは針状の単結晶物質であることが好ましく、断面積が８×１０−５ｉｎ２以下でかつ長さが断面の平均直径の１０倍以上の単結晶であることがより好ましい。このようなウィスカーは市販されており、関西マテック、大塚化学等から販売されているものがある。
【００４６】
前記ウィスカーの含有量は、本発明のポリ乳酸複合材料中において、０．１〜４０重量％であることが好ましく、０．１〜３０重量％であることがより好ましく、１〜３０重量％であることがさらに好ましく、５〜３０重量％であることが最も好ましい。前記ウィスカーの含有量が前記下限値未満であると、耐熱性の更なる向上効果が得られにくくなる傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、ポリ乳酸が脆化し、衝撃強度が著しく低下する傾向にある。
【００４７】
次に、本発明にかかるＥＰＤＭ系樹脂について説明する。前記ＥＰＤＭ系樹脂は、ゴム成分としてＥＰＤＭ（エチレンとプロピレンと少量の第三成分を含む３元重合体）を含有していればよく、ＥＰＤＭ系樹脂中においてＥＰＤＭ成分が５０重量％〜９５重量％含まれていることが好ましい。前記ＥＰＤＭ成分が、５０重量％未満であると衝撃強度改善効果が得られにくくなる傾向にあり、他方、９５重量％を超えるとポリ乳酸との相溶性が悪くなり、ポリ乳酸複合材料が脆くなる傾向にある。また、ポリ乳酸との相溶性を向上させるために他の複数の成分がブレンド及び／又は共重合されていることが好ましく、特にポリ乳酸との相溶性の高いアクリル成分が、ＥＰＤＭ系樹脂中において５重量％〜２０重量％含まれていることがより好ましい。
【００４８】
前記ＥＰＤＭ系樹脂の含有量は、本発明のポリ乳酸複合材料中において、１〜８０重量％であることが好ましく、１〜７０重量％であることがより好ましく、５〜６０重量％であることがさらに好ましく、１０〜５０重量％であることが最も好ましい。前記ＥＰＤＭ系樹脂の含有量が前記下限値未満であると、衝撃強度改善効果が得られにくくなる傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、耐熱性が著しく低下する傾向にある。
【００４９】
なお、本発明のポリ乳酸複合材料においては、その特性を損なわない限りにおいて、他の添加剤としてさらに可塑剤、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、末端封止剤等を添加してもよい。
【００５０】
次に、本発明のポリ乳酸複合材料の製造方法について説明する。本発明にかかる第１の製造方法は、有機オニウム塩で層状粘土鉱物を有機化する有機化工程と、有機化工程で得られる層状粘土鉱物とポリ乳酸とアミド基を有する低分子化合物とタルクとを溶融混練する溶融混練工程とを含むものである。なお、前記溶融混練工程においては、有機化工程で得られる層状粘土鉱物の代わりに市販の有機化された層状粘土鉱物を用いることも可能であり、この場合には有機化工程は不要である。また、耐熱性、耐衝撃性を更に向上させるために、ウィスカー及び／又はＥＰＤＭ系樹脂を溶融混練工程において更に加えることもできる。
【００５１】
これにより、ポリ乳酸と、アミド基を有する低分子化合物と、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物と、タルクとが十分に均一に混合されるので、耐熱性、成形性及び離型性に優れた本発明のポリ乳酸複合材料を容易に且つ確実に得ることができる。
【００５２】
前記有機化工程は、例えば本出願人により特許第２６２７１９４号公報に開示されている方法を採用することができる。すなわち、層状粘土鉱物中の無機イオンを、有機オニウム塩から生じる有機オニウムイオン（例えば有機アンモニウム塩においては有機アンモニウムイオン）によりイオン交換することによって、層状粘土鉱物の有機化を行うことができる。
【００５３】
より具体的には、例えば有機アンモニウム塩を用いる場合には、次のような方法により有機化を行うことができる。すなわち、塊状の層状粘土鉱物を用いる場合は、先ずこれをボールミル等により粉砕し粉体化する。次いで、ミキサー等を用いてこの粉体を水中に分散させ層状粘土鉱物の水分散物を得る。これとは別に、有機アミン及び塩酸等の酸を水に加えて、有機アンモニウム塩の水溶液を調整する。この水溶液を上記層状粘土鉱物の水分散物に加え混合することにより、層状粘土鉱物中の無機イオンが有機アンモニウム塩から生じた有機アンモニウムイオンによりイオン交換される。この混合物から水を除去することにより有機化された層状粘土鉱物を得ることができる。
【００５４】
有機アンモニウム塩や層状粘土鉱物の分散媒体としては、水以外にもメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール及びこれらの混合物、並びにこれらと水との混合物を使用することができる。
【００５５】
次に、溶融混練工程において、有機化工程で得られる層状粘土鉱物と、ポリ乳酸と、アミド基を有する低分子化合物と、タルクとを溶融混練することによって、本発明のポリ乳酸複合材料が得られる。
【００５６】
溶融混練工程における温度は特に制限されないが、好ましくは１５０〜２５０℃である。当該温度が前記下限値未満であると、ポリ乳酸の溶融が不十分となり、アミド基を有する低分子化合物と、有機化された層状粘土鉱物と、タルクとがポリ乳酸中に均一に分散しにくくなる傾向にある。また、当該温度が前記上限値を超えると、ポリ乳酸の分子量が低下してポリ乳酸複合材料の物性が損なわれる（例えば脆化）傾向にある。
【００５７】
また、溶融混練工程の際には、本出願人により国際公開ＷＯ９９／５０３４０号公報に開示されている方法に準じて行うことが好ましい。すなわち、高樹脂換算圧力、高総せん断量、高せん断エネルギーを加えることが可能なスクリューを備える二軸混練機を用い、樹脂換算圧力の平均値が５×１０４Ｐａ以上、最大値が１×１０５Ｐａ、総せん断量が１０５〜１０７、総せん断エネルギーが１０１０〜１０１４Ｐａの条件下で、有機化された層状粘土鉱物と、ポリ乳酸と、アミド基を有する低分子化合物と、タルクとを溶融混練することによって、これらの分散均一性を十分に高めることができる。
【００５８】
また、本発明にかかる第２の製造方法は、有機オニウム塩で層状粘土鉱物を有機化する有機化工程と、有機化工程で得られる層状粘土鉱物と、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、Ｌ−ラクチド、Ｄ−ラクチド及びｍｅｓｏ−ラクチドからなる群より選ばれる少なくとも１種の重合性単量体と、アミド基を有する低分子化合物と、タルクとを混合し、当該重合性単量体を重合させてポリ乳酸を生成させる重合工程とを含むものである。これにより、生成したポリ乳酸中に、アミド基を有する低分子化合物と、有機オニウム塩で有機化された層状粘土鉱物と、タルクとが十分に均一に分散するので、耐熱性、成形性及び離型性に優れ、更にアニール処理時の変形抑制に有用な本発明のポリ乳酸複合材料を容易に且つ確実に得ることができる。なお、前記有機化工程で得られる層状粘土鉱物の代わりに市販の有機化された層状粘土鉱物を用いることもでき、この場合には有機化工程は不要である。また、耐熱性、耐衝撃性を付与するために、ウィスカー及び／又はＥＰＤＭ系樹脂を溶融混練工程において、更に加えることもできる。第２の製造方法にかかる有機化工程は、上記した第１の製造方法にかかかる有機化工程と同様にして行うことができる。
【００５９】
次に、重合工程において、有機化工程で得られる層状粘土鉱物又は市販の有機化された層状粘土鉱物と、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、Ｌ−ラクチド及びＤ−ラクチドからなる群より選ばれる少なくとも１種の重合性単量体とを混合し、重合性単量体を重合させることによって、ポリ乳酸が生成する。ここで、Ｌ−乳酸及び／又はＤ−乳酸を用いる場合にはこれらの直接重縮合によりポリ乳酸が生成し、他方、Ｌ−ラクチド及び／又はＤ−ラクチドを用いる場合にはこれらの開環重合によりポリ乳酸が生成する。
【００６０】
重合工程は、所定の触媒を用いて行ってもよく、無触媒下で行ってもよい。触媒としては、具体的には、オクチル酸スズ、塩化スズ、塩化亜鉛、酸化鉛、炭酸鉛、塩化チタン、アルコキシチタン、酸化ゲルマニウム、酸化ジルコニウムなどが挙げられ、その使用量は重合性単量体１００重量部に対して０．００１〜１重量部であることが好ましい。また、重合工程における反応温度は１００〜２００℃であることが好ましい。
【００６１】
なお、重合性単量体の重合は、通常、系中に含まれる水酸基を反応点として開始するが、有機オニウム塩が水酸基を有する場合には、重合工程において当該水酸基を反応点として重合性単量体の重合が開始するので、クレイの分散性が向上し、耐熱性、成形性及び離型性をより高めることができる。
【００６２】
次に、本発明の成形体について説明する。本発明の成形体は、前述の通り、本発明のポリ乳酸複合材料を用いて得られるものである。本発明の成形体の形状、厚みなどは特に制限されず、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、ファブリックなどのいずれでもよい。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、フロアマットなどの自動車部品、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、ボトルなどが挙げられる。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。
【００６３】
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、紡糸などのいずれにも好適に使用することができる。また、成形時に樹脂材料の溶融物を金型内に充填し、金型内でそのまま結晶化させる方法（金型内結晶化法）の場合、従来の樹脂材料では生産性や操作性が悪く、さらには結晶化が不十分となって目的の成形体が得られないことがあるが、本発明のポリ乳酸複合材料を用いることによって成形体の製造を効率よく且つ確実に行うことができる。
【００６４】
【実施例】
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より何ら限定されるものではない。
【００６５】
実施例１
（ポリ乳酸、アミド基を有する低分子化合物、層状粘土鉱物及びタルクの混練）
スクリューを備える二軸押出機（日本製鋼所製ＴＥＸ３０α）を用い、あらかじめ予備乾燥したポリ乳酸（島津製作所製ラクティ＃５４００）に、エチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミド、有機化された層状粘土鉱物（Ｃｌｏｉｓｉｔｅ３０Ｂ，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｃｌａｙ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ製）、タルク（Ｍｉｃｒｏ　Ａｃｅ　Ｐ−６，平均粒径：４．０μｍ，日本タルク製）を添加量がポリ乳酸複合材料中においてそれぞれ１重量％になるように添加した混合物を、スクリュー回転数３００ｒｐｍ、樹脂温度２００℃、樹脂供給速度５ｋｇ／ｈで溶融混練して目的の樹脂複合材料を得た。得られた樹脂複合材料をストランド状に押し出した後、水で急冷し、ストランドカッターでペレットとした。このペレットを乾燥し絶乾状態にした後、射出成形機（日精樹脂工業社製ＰＳ４０Ｅ２ＡＳＥ及びＦＳ７５型）を用い、金型温度、冷却時間を３通り（ｉ）４０℃，６０秒、（ｉｉ）８０℃，１２０秒、（ｉｉｉ）１００℃，１２０秒の条件に変えて、角柱状試験片（８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ）を射出成形した。各成形条件で得られた試験片のアニール処理時の変形度合及び成形性を、以下の基準により評価した。また、（ｉｉｉ）１００℃，１２０秒の成形条件の場合は、熱変形温度も測定した。
【００６６】
（射出成形性の評価）
（ｉ）４０℃，６０秒の成形条件での評価
この条件においては、型内でほとんど結晶化しなかったため、アモルファス試験片が成形される。これをアニール処理（真空下、１２０℃，２時間）し、結晶化させることにより試験片の変形度合を評価した。
○＝ほとんど変形しない（変形度１．０％未満）
△＝少し変形する（変形度１．０％〜１０％）
×＝大きく変形する（変形度１０％を超える）。
【００６７】
（ｉｉ）８０℃，１２０秒の成形条件での評価
試験片を型から取り出す際の成形性を評価した。型内での結晶化進行具合、８０℃における弾性率が反映される。
○＝ほとんど変形せずに成形できる（変形度１．０％未満）
△＝型から取り出せるが、少し変形するため物性試験の評価が困難になる
×＝型から取り出すのが困難で、成形できない。
【００６８】
（ｉｉｉ）１００℃，１２０秒の成形条件での評価
試験片を型から取り出す際の成形性を評価した。型内での結晶化進行具合、１００℃における弾性率が反映される。
○＝ほとんど変形せずに成形できる（変形度１．０％未満）
△＝型から取り出せるが、少し変形するため物性試験の評価が困難になる
×＝型から取り出すのが困難で、成形できない
この成形条件の場合は、熱変形温度（１．８０ＭＰａ，℃）を測定し、耐熱性を評価した。なお、測定方法は、ＪＩＳ　Ｋ７１９１に規定される方法（フラットワイズ法）に準拠して行った。以上により得られた結果を表１に示した。
【００６９】
実施例２
タルクとして、Ｍｉｃｒｏ　Ａｃｅ　Ｐ−６の代わりにＳＧ−９５（平均粒径：２．５μｍ，日本タルク製）を用いたこと以外は実施例１と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。そして、得られたポリ乳酸ペレットを用いて実施例１と同様にして角柱状試験片を成形し、実施例１と同様にアニール処理時の変形度合及び成形性を評価し、更に熱変形温度を測定した。得られた結果を表１に示した。
【００７０】
実施例３
エチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミドの代わりにヘキサメチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミドを用いたこと以外は実施例１と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。そして、得られたポリ乳酸ペレットを用いて実施例１と同様にして角柱状試験片を成形し、実施例１と同様にアニール処理時の変形度合及び成形性を評価し、更に熱変形温度を測定した。得られた結果を表１に示した。
【００７１】
実施例４
有機化された層状粘土鉱物としてＣｌｏｉｓｉｔｅ３０Ｂの代わりにＣ１２−Ｍｔを用いたこと以外は実施例１と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。そして、得られたポリ乳酸ペレットを用いて実施例１と同様にして角柱状試験片を成形し、実施例１と同様にアニール処理時の変形度合及び成形性を評価し、更に熱変形温度を測定した。得られた結果を表１に示した。
【００７２】
なお、Ｃ１２−Ｍｔは、以下の方法により得た。すなわち、ナトリウム型モンモリロナイト（クニミネ工業製クニピアＦ、陽イオン交換容量：１１５ｍｅｑ／１００ｇ）１００ｇを８０℃の水５，０００ｍｌに分散させ、一方、ドデシルアンモニウムブロミド５９．２ｇを８０℃の水２０００ｍｌに溶解させた後、両者を混合してモンモリロナイトの有機化を行った。得られた有機化モンモリロナイトを８０℃の水で３回洗浄し、凍結乾燥した後、これを粉砕することにより有機化された層状粘土鉱物であるＣ１２−Ｍｔを得た。
【００７３】
比較例１
アミド基を有する低分子化合物、有機化された層状粘土鉱物及びタルクを加えずに、混練することなくポリ乳酸（島津製作所製ラクティ＃５４００）をそのまま用いて、実施例１と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。そして、得られたポリ乳酸ペレットを用いて実施例１と同様にして角柱状試験片を成形し、実施例１と同様にアニール処理時の変形度合及び成形性を評価し、更に熱変形温度を測定した。得られた結果を表１に示した。なお、熱変形温度の評価では、試験片が作製できなかったため測定値が得られなかった。
【００７４】
比較例２
有機化された層状粘土鉱物を加えなかった以外は実施例１と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。そして、得られたポリ乳酸ペレットを用いて実施例１と同様にして角柱状試験片を成形し、実施例１と同様にアニール処理時の変形度合及び成形性を評価し、更に熱変形温度を測定した。得られた結果を表１に示した。
【００７５】
【表１】
2004051666.tif 000005
【００７６】
実施例５
エチレンビス−１２−ヒドロキシステアリン酸アミドの含有量を１重量％、有機化された層状粘土鉱物の含有量を０．５重量％、タルクの含有量を５重量％とした以外は実施例１と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。このペレットを乾燥し絶乾状態にした後、射出成形機（日精樹脂工業社製ＰＳ４０Ｅ２ＡＳＥ及びＦＳ７５型）を用い、金型温度１００℃、冷却時間１２０秒の条件で角柱状試験片（８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ）を射出成形した。得られた角柱状試験片の熱変形温度（０．４５ＭＰａ，℃）、Ｉｚｏｄ衝撃値（Ｊ／ｍ）を測定し、得られた結果を表２に示した。なお、熱変形温度は実施例１と同様の方法により測定し、Ｉｚｏｄ衝撃値はＡＳＴＭ　Ｄ２５６に規定される方法に準じてアイゾット衝撃試験により測定した。
【００７７】
実施例６
前記アミド基を有する低分子化合物、層状粘土鉱物及びタルクに加えて、更に１０重量％のウィスカー（ウォラストナイト　ＫＡＰ−１５０、関西マテック製）を加えた以外は、実施例５と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。そして、得られたポリ乳酸ペレットを用いて実施例５と同様にして角柱状試験片を成形し、実施例５と同様に熱変形温度、Ｉｚｏｄ衝撃値を測定した。得られた結果を表２に示した。
【００７８】
実施例７
前記アミド基を有する低分子化合物、層状粘土鉱物及びタルクに加えて、更に１０重量％のＥＰＤＭ系樹脂（Ｅ７００Ｎ，ＥＰＤＭ／Ａｃｒｙｌ／Ｓｔｙｌｅｎｅ＝７０／１０／２０，宇部サイコン製）を加え、実施例５と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。そして、得られたポリ乳酸ペレットを用いて実施例５と同様にして角柱状試験片を成形し、実施例５と同様に熱変形温度、Ｉｚｏｄ衝撃値を測定した。得られた結果を表２に示した。
【００７９】
実施例８
前記アミド基を有する低分子化合物、層状粘土鉱物及びタルクに加えて、更に、１０重量％のウィスカー（ウォラストナイトＫＡＰ−１５０、関西マテック製）、１０重量％のＥＰＤＭ系樹脂（Ｅ７００，ＥＰＤＭ／Ａｃｒｙｌ／Ｓｔｙｌｅｎｅ＝７０／１０／２０，宇部サイコン製）を加え、実施例５と同様にしてポリ乳酸ペレットを得た。そして、得られたポリ乳酸ペレットを用いて実施例５と同様にして角柱状試験片を成形し、実施例５と同様に熱変形温度、Ｉｚｏｄ衝撃値を測定した。得られた結果を表２に示した。
【００８０】
【表２】
2004051666.tif 000006
【００８１】
表１に示した結果から明らかなように、実施例１〜４で得られた本発明のポリ乳酸複合材料においては、いずれもアミド基を有する低分子化合物と、層状粘土鉱物と、タルクとがポリ乳酸中に微細に分散しており、ポリ乳酸単独（比較例１）又はポリ乳酸とアミド基を有する低分子化合物とタルクとを混練したポリ乳酸複合材料（比較例２）に比べて耐熱性、成形性及び離型性が非常に向上していた。
【００８２】
また、表２に示した結果から明らかなように、ポリ乳酸にアミド基を有する低分子化合物と有機化された層状粘土鉱物とタルクとに加えて更にウィスカーを含有せしめることにより耐熱性が更に向上し、またＥＰＤＭ系樹脂を含有せしめることにより耐衝撃性が更に向上し、ウィスカー及びＥＰＤＭ系樹脂の両方を含有せしめることにより耐熱性が高水準に保持されたまま、耐衝撃性が更に向上することが確認された。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結晶化速度が向上し、耐熱性、成形性及び離型性に優れ、更にアニール処理時の変形抑制に有用なポリ乳酸複合材料を得ることが可能となる。従って、本発明のポリ乳酸複合材料を用いた本発明の成形体は、バンパー、ラジエーターグリルなどの自動車部品、家電製品のハウジングなどとして、非常に有用である。