(57)【要約】      （修正有）【課題】  ポリ乳酸を主原料とし、加工性に優れたポリ乳酸樹脂成形体、ポリ乳酸樹脂製品の製造方法及びこれを用いたカーペットを提供する。【解決手段】  結晶性ポリ乳酸を主成分とし、予め成形された１種以上の結晶性ポリ乳酸部と、非結晶性ポリ乳酸を主成分とし、予め成形された１種以上の非結晶性ポリ乳酸部とを備えるポリ乳酸系樹脂成形体。結晶性ポリ乳酸を含む表面繊維２と、表面繊維を一表面に固定した基布と、非結晶性ポリ乳酸フィルム４を含み、基布の他方の表面側に接着されたバッキング材５と、を備えるカーペット１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性ポリ乳酸を主成分とし、予め成形された１種以上の結晶性ポリ乳酸部と、
非結晶性ポリ乳酸を主成分とし、予め成形された１種以上の非結晶性ポリ乳酸部とを備えるポリ乳酸系樹脂成形体。
【請求項２】
上記結晶性ポリ乳酸部及び上記非結晶性ポリ乳酸部に含まれるD-乳酸及びL-乳酸との含有比率は、共にL-乳酸90％以上であることを特徴とする請求項１記載のポリ乳酸樹脂成形体。
【請求項３】
上記結晶性ポリ乳酸部は、80℃における引張り弾性率が200MPa以上であることを特徴とする請求項１記載のポリ乳酸樹脂成形体。
【請求項４】
上記非結晶性ポリ乳酸部は、80℃における引張り弾性率が4MPa以下であることを特徴とする請求項１記載のポリ乳酸樹脂成形体。
【請求項５】
上記非結晶性ポリ乳酸部は、D-乳酸及びL-乳酸との含有比率がL-乳酸90％以上であるポリ乳酸を180〜220℃で溶融させた後に成形し、20〜30℃で急冷することにより得られたものであることを特徴とする請求項１記載のポリ乳酸樹脂成形体。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれか一項記載のポリ乳酸樹脂成形体を加熱して軟化させた状態で所望の形状に成形し、その後、冷却することによって当該形状を付与されたポリ乳酸樹脂製品。
【請求項７】
上記ポリ乳酸樹脂成形体を加熱する温度は、70〜110℃の範囲であることを特徴とする請求項６記載のポリ乳酸樹脂製品。
【請求項８】
請求項１乃至５いずれか一項記載のポリ乳酸樹脂成形体を加熱して軟化させた状態で所望の形状に成形する工程と、
その後、冷却する工程と
を備えるポリ乳酸樹脂製品の製造方法。
【請求項９】
上記ポリ乳酸樹脂成形体を加熱する温度は、70〜110℃の範囲であることを特徴とする請求項８記載のポリ乳酸樹脂製品の製造方法。
【請求項１０】
結晶性ポリ乳酸を含有するポリ乳酸繊維を含む表面繊維と、
上記表面繊維を一表面に固定した基布と、
非結晶性ポリ乳酸を含有する非結晶性ポリ乳酸フィルムを含み、上記基布の他方の表面側に接着されたバッキング材と
を備えるカーペット。
【請求項１１】
上記バッキング材は、結晶性ポリ乳酸を含有する結晶性ポリ乳酸フィルムと上記非結晶性ポリ乳酸フィルムとを積層してなることを特徴とする請求項１０記載のカーペット。
【請求項１２】
上記バッキング材は、上記非結晶性ポリ乳酸フィルムを、結晶性ポリ乳酸を含有する一対の結晶性ポリ乳酸フィルムで挟み込むように積層してなることを特徴とする請求項１０記載のカーペット。
【請求項１３】
上記結晶性ポリ乳酸及び上記非結晶性ポリ乳酸に含まれるD-乳酸及びL-乳酸との含有比率は、共にL-乳酸90％以上であることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか一項記載のカーペット。
【請求項１４】
上記結晶性ポリ乳酸は、80℃における引張り弾性率が200MPa以上であることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか一項記載のカーペット。
【請求項１５】
上記非結晶性ポリ乳酸は、80℃における引張り弾性率が4MPa以下であることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか一項記載のカーペット。
【請求項１６】
上記非結晶性ポリ乳酸は、D-乳酸及びL-乳酸との含有比率がL-乳酸90％以上であるポリ乳酸を180〜220℃で溶融させた後に成形し、20〜30℃で急冷することにより得られたものであることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか一項記載のカーペット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ乳酸樹脂製品に広く利用されうるポリ乳酸樹脂成形体、ポリ乳酸樹脂製品並びにその製造方法、当該ポリ乳酸樹脂成形体を用いて製造されるカーペットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、プラスチックは、化学的にきわめて安定な化合物であり、耐久性が高いため、多くの分野において利用されている。近年、ポリ乳酸等に代表される生分解性樹脂は、環境保護の観点からも広く工業製品に使用されようとしている。例えば、特許文献１においては、融点の異なる２種類のポリ乳酸系重合体を用いて繊維構造物を作製し、加熱することにより一方のポリ乳酸系重合体のみを溶融させ、繊維の形態を保持しつつ繊維同士を熱融着させる技術が開示されている。また、特許文献２〜４には、ポリ乳酸を主成分とする成形体に関する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平7-310236号公報
【特許文献２】特開平9-278991号公報
【特許文献３】特開2003-41433号公報
【特許文献４】特開2003-293237号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、プラスチック製品を製造する際に、加熱及び加圧することで、原料となるプラスチックを軟化させながら所望の形状に加工する方法が挙げられる。自動車等に使用されるカーペットは、融点の低いポリエチレンシートからなるバッキング材と、バッキング材の一主面側に取り付けられた融点の高いポリエステル又はナイロン等からなる繊維とから構成され、バッキング材のみを溶融させて所望の形状に加工されている。これにより、繊維は、溶融することなくその形状を維持することができる。
【０００５】
このように、カーペットに限らずプラスチック製品を加工する際には、加熱時に一部或いは全体を軟化させる。したがって、加熱による変形を防止したい部位においては、融点の高い樹脂を使用する必要がある。しかしながら、環境保護等の観点からポリ乳酸をプラスチック製品に応用する場合、融点差の大きい複数種のポリ乳酸がなく、上述したような方法による加工を行うことができない。
【０００６】
そこで、本発明は、上述したような実状に鑑み、ポリ乳酸を主原料とし、加工性に優れたポリ乳酸樹脂成形体、ポリ乳酸樹脂製品の製造方法及びこれを用いたカーペットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明者が鋭意検討した結果、非結晶性ポリ乳酸を主成分とする非結晶性ポリ乳酸部を加熱して全体を軟化させた状態で、加工することによって加工性に優れたポリ乳酸樹脂成形体となることを見出し本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本願発明は以下を包含する。
（１）結晶性ポリ乳酸を主成分とし、予め成形された１種以上の結晶性ポリ乳酸部と、非結晶性ポリ乳酸を主成分とし、予め成形された１種以上の非結晶性ポリ乳酸部とを備えるポリ乳酸系樹脂成形体。
（２）上記結晶性ポリ乳酸部及び上記非結晶性ポリ乳酸部に含まれるD-乳酸及びL-乳酸との含有比率は、共にL-乳酸90％以上であることを特徴とする（１）記載のポリ乳酸樹脂成形体。
（３）上記結晶性ポリ乳酸部は、80℃における引張り弾性率が200MPa以上であることを特徴とする（１）記載のポリ乳酸樹脂成形体。
（４）上記非結晶性ポリ乳酸部は、80℃における引張り弾性率が4MPa以下であることを特徴とする（１）記載のポリ乳酸樹脂成形体。
（５）上記非結晶性ポリ乳酸部は、D-乳酸及びL-乳酸との含有比率がL-乳酸90％以上であるポリ乳酸を180〜220℃で溶融させた後に成形し、20〜30℃で急冷することにより得られたものであることを特徴とする（１）記載のポリ乳酸樹脂成形体。
【０００９】
また、本願発明は、上記（１）〜（５）のポリ乳酸樹脂成形体を用いて作製されたポリ乳酸樹脂製品もまた含んでいる。このとき、上記（１）〜（５）のポリ乳酸樹脂成形体は、加熱（例えば、70〜110℃）して軟化させた状態で所望の形状に成形し、その後、冷却することによって当該形状が付与される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るポリ乳酸樹成形体は、加工性に優れるため、所望の形状を付与することができる。また、本発明に係るポリ乳酸樹脂成形体の製造方法によれば、加熱によっても非結晶性ポリ乳酸のみを軟化させることができ、所望の形状を付与することができる。さらに、本発明に係るカーペットは、バッキング材を非結晶性ポリ乳酸で構成し、且つ、表面繊維を結晶性ポリ乳酸で構成することによって、バッキング材のみを加工して所望の形状を有することとなる。本発明によれば、環境保護に適した広範なプラスチック製品を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
本発明に係るポリ乳酸樹脂成形体は、結晶性ポリ乳酸部と非結晶性ポリ乳酸部とを備える。ポリ乳酸樹脂成形体は、詳細を後述するが、加熱された状態で所定の形状が付与される物である。ここで、結晶性ポリ乳酸部とは、結晶性ポリ乳酸を主成分として予め所望の形状に成形された、ポリ乳酸樹脂成形体の一部分を意味する。また、非結晶性ポリ乳酸部とは、非結晶性ポリ乳酸を主成分として予め所望の形状に成形された、乳酸樹脂成形体の一部分を意味する。
【００１２】
ポリ乳酸樹脂成形体において、結晶性ポリ乳酸部は、加熱したポリ乳酸樹脂成形体に所定の形状を付与する際に変形させない部分に使用する。一方、非結晶性ポリ乳酸部は、加熱したポリ乳酸樹脂成形体に所定の形状を付与する際に軟化して当該形状の付与に寄与する部分に使用する。
【００１３】
なお、ポリ乳酸樹脂成形体は、結晶性ポリ乳酸部と非結晶性ポリ乳酸部とからなり、これら結晶性ポリ乳酸部と非結晶性ポリ乳酸部とを直接に複合してなるものであっても良いし、結晶性ポリ乳酸部及び非結晶性ポリ乳酸部以外の部材を有するものであっても良い。
【００１４】
例えば、ポリ乳酸樹脂成形体としては、図１に示すように、製品としての形状を付与される前のカーペット１を例示することができる。図１に示すカーペット１は、結晶性ポリ乳酸を含有するポリ乳酸繊維を含む表面繊維２と、上記表面繊維２を一表面に固定した基布３と、非結晶性ポリ乳酸を含有する非結晶性ポリ乳酸フィルム４を含み、上記基布３の他方の表面側に接着されたバッキング材５とを備える。図１に示すカーペットにおいては、表面繊維２が結晶性ポリ乳酸部であり、バッキング材５が非結晶性ポリ乳酸部である。また、基布３は、結晶性ポリ乳酸を主成分とするものであっても良いし、ポリエチレンテレフタレート等の耐熱性に優れた樹脂を主成分とするものであっても良い。表面繊維２は、一般にタフトカーペットと称されるカーペットと同様にして、タフト機によって基布３に植え付けられる。なお、表面繊維２は、ループ状であっても良いし、ループを切断したものであっても良い。
【００１５】
また、図１に示すカーペット１においてバッキング材５は、非結晶性ポリ乳酸フィルム４と、当該非結晶性ポリ乳酸フィルム４を挟み込む一組の高結晶状ポリ乳酸延伸フィルム６とから構成されている。しかし、バッキング材５は、非結晶性ポリ乳酸フィルム４を有する構成であれば、非結晶性ポリ乳酸フィルム４単独でなる構成、非結晶性ポリ乳酸フィルム４と一枚の高結晶状ポリ乳酸延伸フィルムとを重ね合わせた構成等、如何なる構成であっても良い。
【００１６】
「結晶性ポリ乳酸を主体とする」とは、結晶性ポリ乳酸部に含まれる結晶性ポリ乳酸成分が５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上、最も好ましくは１００重量％であることを意味する。結晶性ポリ乳酸部に含まれる結晶性ポリ乳酸以外の成分としては、特に限定されないが、例えば、他のポリマー成分、D-乳酸やL-乳酸等のモノマー成分、酸化防止剤、加水分解防止剤及び着色剤を挙げることができる。他のポリマー成分としては、多糖類、ペプチド、脂肪族ポリエステル、ポリアミノ酸、ポリビニルアルコール、ポリアミドもしくはポリアルキレングリコール等が挙げられる。より具体的に他のポリマー成分としては、ポリカプロラクトン、ポリヒドキシ酪酸、ポリヒドロキシ吉草酸、ポリエチレンスクシネート、ポリブチレンスクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリリンゴ酸、ポリグリコール酸、ポリコハク酸エステル、ポリシュウ酸エステル、ポリジグリコール酸ブチレン、ポリジオキサノン、微生物合成ポリエステル等を挙げることができる。
【００１７】
特に、結晶性ポリ乳酸部に含まれる結晶性ポリ乳酸は、モノマー成分であるD-乳酸及びL-乳酸との含有比率がL-乳酸90％以上、より好ましくは98％以上である。L-乳酸を90％以上とすることによって融点を高く、例えば約170℃に設定することができる。また、結晶性ポリ乳酸を製造するには、例えば、180〜220℃で溶融したポリ乳酸を1mmのスリット状ノズルから押し出した後、ガラス転移温度以上の環境で保持したり、延伸することで得ることができる。
【００１８】
結晶性ポリ乳酸を含む結晶性ポリ乳酸部は、非結晶性ポリ乳酸部と比較して十分に結晶化しているため加熱によって軟化することがない。具体的に結晶性ポリ乳酸を含む結晶性ポリ乳酸部は、80℃における引張り弾性率が200MPa以上であることが好ましい。
【００１９】
一方、「非結晶性ポリ乳酸を主体とする」とは、非結晶性ポリ乳酸部に含まれる非結晶性ポリ乳酸成分が５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上、最も好ましくは１００重量％であることを意味する。また、非結晶性ポリ乳酸部に含まれる非結晶性ポリ乳酸以外の成分としては、特に限定されないが、上述した結晶性ポリ乳酸部に含まれる結晶性ポリ乳酸以外の成分を例示することができる。
【００２０】
特に、非結晶性ポリ乳酸部に含まれる結晶性ポリ乳酸は、モノマー成分であるD-乳酸及びL-乳酸との含有比率がL-乳酸90％以上、より好ましくは98％以上である。言い換えると、非結晶性ポリ乳酸部に含まれる非結晶性ポリ乳酸は、上述した結晶性ポリ乳酸と同じ組成であっても良いし、異なる組成であっても良い。但し、非結晶性ポリ乳酸部においては、加熱によって軟化する程度の非晶質を維持する。具体的に非結晶性ポリ乳酸を含む非結晶性ポリ乳酸部は、80℃における引張り弾性率が4MPa以下であることが好ましい。
【００２１】
非結晶性ポリ乳酸を製造するには、例えば、180〜220℃で溶融したポリ乳酸をガラス転移点よりも十分に低い温度、20〜30℃で急速に冷却させる方法を挙げることができる。より具体的には、180〜220℃で溶融したポリ乳酸を1mmのスリット状ノズルから20〜30℃の水中に押し出すことで急冷し、その後、硬化したポリ乳酸を巻き取ることで非結晶性ポリ乳酸を製造することができる。その他にも、非結晶性ポリ乳酸を製造するには、例えば、溶融したポリ乳酸を、ガラス転移温度未満の温度とした型にて圧縮成型し、シート状の非結晶性ポリ乳酸を得ることができる。
【００２２】
非結晶性ポリ乳酸を含む非結晶性ポリ乳酸部は、非晶質であるため、上述した結晶性ポリ乳酸部が軟化しない温度で加熱しても軟化する。なお、非結晶性ポリ乳酸部では、ガラス転移点以上に加熱されると、徐々に結晶化が進行することとなる。したがって、詳細を後述するが、ポリ乳酸樹脂成形体に所定の形状を付与するに際してガラス転移点以上に加熱して成形すると、非結晶性ポリ乳酸部が最終的には結晶化することとなる。
【００２３】
ここで、結晶性ポリ乳酸部及び非結晶性ポリ乳酸部に含まれる結晶性ポリ乳酸及び非結晶性ポリ乳酸は、それぞれ同一のポリ乳酸を原料としても良いし、異なるポリ乳酸を原料としても良い。ポリ乳酸の重量平均分子量Ｍｗとしては、特に限定されないが、８万〜３０万の範囲であることが好ましい。さらに、ポリ乳酸のＭｗとしては、より好ましくは１０万〜２０万、最も好ましくは１２万〜１６万の範囲である。ポリ乳酸のＭｗが８万未満では分子量が低いため、機械的強度が十分でない場合がある。ポリ乳酸のＭｗが３０万を超えると、架橋反応が進行した場合、分子量が高くなりすぎて成形加工が困難になる場合がある。
【００２４】
また、ポリ乳酸の製造方法としては、特に限定されず当業者に公知の如何なる方法を適用してもよい。原料である乳酸の具体例としては、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、ＤＬ−乳酸又はそれらの混合物、又は、乳酸の環状２量体であるラクタイドを挙げることができる。ただし、上述したように、D-乳酸及びL-乳酸との含有比率がL-乳酸90％以上、より好ましくは98％以上である混合物を使用することが好ましい。
【００２５】
ポリ乳酸の製造方法の具体例としては、例えば、乳酸又は乳酸と脂肪族ヒドロキシカルボン酸の混合物を原料として直接脱水重縮合する方法、乳酸の環状二量体（ラクタイド）を溶融重合する開環重合法、乳酸と脂肪族ヒドロキシカルボン酸の環状２量体を触媒の存在下にて溶融重合する開環重合法、乳酸及び脂肪族二価アルコールと脂肪族二塩基酸の混合物を直接脱水重縮合する方法、ポリ乳酸と脂肪族二価アルコールと脂肪族二塩基酸とのポリマーを有機溶媒存在下に縮合する方法、等を挙げることができる。
【００２６】
以上のように構成されたポリ乳酸樹脂成形体は、所定の形状を付与することによってポリ乳酸樹脂製品となる。すなわち、本発明に係るポリ乳酸樹脂製品は、上述したポリ乳酸樹脂成形体を加熱して軟化させた状態で所望の形状に成形する工程と、その後、冷却する工程とを含む製造方法によって製造される。上述したポリ乳酸樹脂成形体を用いたポリ乳酸樹脂製品としては、図１に示したカーペットを例示できるが、これに限定されず、例えば、表面にエンボス加工、微細形状加工、表面に印刷加工や粗面加工等を施した筐体や、表面にニードル、パンチ加工した不織布を備えるカーペット等を挙げることができる。
【００２７】
ポリ乳酸樹脂製品を製造するに際してポリ乳酸樹脂成形体を加熱する温度は、結晶性ポリ乳酸部が溶融せずに、非結晶性ポリ乳酸部が軟化する温度である。具体的には、ポリ乳酸成分のガラス転移温度を超える温度であって、結晶性ポリ乳酸部の融点以下の温度である。
【００２８】
ここで、結晶性ポリ乳酸及び非結晶性ポリ乳酸における温度と貯蔵弾性率との関係を図２に示す。図２に示すように、非結晶性ポリ乳酸は、ガラス転移温度を超える温度、例えば70℃で急激に貯蔵弾性率が低下しているのに対して、結晶性ポリ乳酸は70℃でも高い貯蔵弾性率を示している。したがって、図２に示す特性図より、非結晶性ポリ乳酸部が軟化し、且つ、結晶性ポリ乳酸が溶融又は軟化しない温度範囲を特定することができる。例えば、図２に示した特性図においては、70〜110℃の温度範囲で加熱すれば、非結晶性ポリ乳酸部のみが軟化することが分かる。
【００２９】
ポリ乳酸樹脂成形体を所望の形状に成形するには、例えば、ポリ乳酸樹脂製品の形状に対応した金型を有する成形装置を使用することができる。成形装置では、上述したような温度に加熱されたポリ乳酸樹脂成形体を金型内に投入し、所定の圧力でポリ乳酸樹脂成形体を圧縮する。ポリ乳酸樹脂成形体は、非結晶性ポリ乳酸部が軟化しているために金型の形状に沿って変形する。ポリ乳酸樹脂成形体においては、金型に沿って変形した状態で非結晶性ポリ乳酸部に含まれる非結晶性ポリ乳酸の結晶化が進行する。これにより、ポリ乳酸樹脂成形体の弾性率が向上し、ポリ乳酸樹脂成形体の形状が固定化される。なお、このとき、結晶性ポリ乳酸部は、加熱によって溶融或いは軟化することなく、当初の形状を維持することができる。
【００３０】
その後、金型内のポリ乳酸樹脂成形体を冷却し、ポリ乳酸樹脂成形体を金型から取り出す。以上によって、ポリ乳酸樹脂成形体を用いて所望の形状が付与されたポリ乳酸樹脂製品を製造することができる。なお、金型に冷媒を供給できる構成の成形装置を用いることが好ましい。この場合には、ポリ乳酸樹脂成形体を冷却するに際して、金型に冷媒を供給することで効率よくポリ乳酸樹脂成形体を冷却することができるとともに、金型からポリ乳酸樹脂成形体を取り出すときの変形を防止することができる。
【００３１】
以上説明したように、本発明に係るポリ乳酸樹脂製品の製造方法によれば、結晶性ポリ乳酸部を変形することなく、非結晶性ポリ乳酸部を軟化することで、ポリ乳酸樹脂成形体に所定の形状を付与することができる。このように、本発明に係るポリ乳酸樹脂製品の製造方法によれば、生分解性を有する所定の形状が付与されたポリ乳酸樹脂製品を製造することができる。特に、本発明に係るポリ乳酸樹脂成形体は、その全体或いは大部分を、生分解性を有するポリ乳酸成分により構成されているため、環境保護の観点から非常に好ましいものである。
【００３２】
具体的に、図１に示すカーペット１に所定の形状を付与する際には、先ず、全体をポリ乳酸樹脂のガラス転移点より高い温度で加熱し、非結晶性ポリ乳酸フィルム４を含むバッキング材５を軟化させる。次に、形状に対応した金型を有する成形装置にて、バッキング材５が軟化したカーペット１を圧縮することによって、非結晶性ポリ乳酸フィルム４の結晶化を進行させる。このとき、表面繊維２は、結晶性ポリ乳酸を含有するため、加熱によって溶融又は軟化することなく形状を維持する。また、非結晶性ポリ乳酸フィルム４が結晶化することによってバッキング材５の弾性率は向上し、カーペット１には所望の形状が付与され、その形状が固定化される。
【００３３】
このように、図１に示したカーペット１には、表面繊維２を変形させることなく、所望の形状を付与することができる。さらに、所望の形状が付与されたカーペット１においては、バッキング材５における非結晶性ポリ乳酸フィルム４が結晶化しており、加熱によって軟化することなく形状を維持することができる。したがって、所望の形状が付与されたカーペット１は、例えば、自動車内等の比較的に高温状態が創出されるような条件下で使用されたとしても、その形状を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るポリ乳酸樹脂成形体の一例として示すカーペットの要部断面図である。
【図２】非結晶性ポリ乳酸及び結晶性ポリ乳酸における温度と貯蔵弾性率との関係を示す特性図である。
【図１】
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【図２】
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