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あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2016

研 究 ノート

ポリグリコール酸複合化技術に関する研究
岡 田 光 了 ＊ 1、 村 尾 美 紀 ＊ 1、 小 林 文 学 ＊ 1、 福 田 徳 生 ＊ 1、 松 原 秀 樹 ＊ 1

Study on Polyglycolide Composites
Mitsunori OKADA *1 , Miki MURAO *1 , Bungaku KOBAYASHI *1 , Norio FUKUDA *1
and Hideki MATSUBARA * 1
Industrial Research Center *1
生 分 解 性 樹 脂 で あ り な が ら 高 い 機 械 物 性 を 有 す る ポ リ グ リ コ ー ル 酸 （ PGA ） は 、 量 産 方 法 が 確 立 し て
か ら 日 が 浅 く 、 そ の 成 形 加 工 や 複 合 化 に 関 す る 技 術 的 な 知 見 が 求 め ら れ て い る 。 本 研 究 で は 、 PGA と 天
然繊維または熱可塑性エラストマーとの複合化を、2 軸混練機を用いた溶融混練法により検討し、その機械物性をアイゾット衝撃強さと曲げ特性により評価した。その結果、天然繊維、熱可塑性エラストマーとの 複 合 化 と も に 、 曲 げ 強 さ は 5～ 16%程 度 低 下 し た も の の 、 耐 衝 撃 性 は 天 然 繊 維 で 約 2 倍 、 熱 可 塑 性 エ ラス ト マ ー で は 約 2.7 倍 に 向 上 す る 条 件 を 見 出 し た 。

１．はじめに天然繊維と PGA との界面での親和性向上のために、添

生分解性樹脂は、ポリ乳酸をはじめとするバイオマ加剤としてカルボン酸二無水物のエチレングリコールビスプラスチックを中心に、主に日用品として実用化が進スアンヒドロトリメリテート（新日本理化㈱製 リカシんでいる。しかしながら、機械物性、耐熱性、成形加工

ッド TMEG-200）（以下、TMEG と略記）を用いた。

性などの点で既存の石油系樹脂に比べて劣ることから、また、熱可塑性エラストマーには末端アミン変性タイプ工業製品への用途展開に苦心している。このような中、のタフテック MP10（旭化成ケミカルズ㈱製）（以下、生分解性を有する石油系樹脂であるポリグリコール酸MP10 と略記）を用いた。

（PGA）が注目されている。PGA は生分解性樹脂であ2.2 コンポジットの作製りながら、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）等のPGA のコンポジットは溶融混練法により作製した。

スーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエン

天然繊維を全体の 1wt%、TMEG を 0.1～5wt%添加しプラ）に匹敵する機械物性有する、近年量産化に成功した。また、エラストマーMP10 は 1～10wt%加えた。二た樹脂である

1) 。PGAは、これまでも医療分野で抜糸軸混練機（㈱東洋精機製作所製 ラボプラストミルを必要としない縫合糸として主に利用されているが、そ4M150）を用いて 240℃で 5 分間混練し、混練速度はの優れた機械物性と生分解性を生かした高付加価値の工天然繊維の際に 60rpm、エラストマーの際に 100rpm

業製品への用途展開が期待されている。しかしながら、とした。得られた混練物を 250℃で熱プレスすることで結晶性が高く硬質のため、耐衝撃性が著しく劣るという平板状の成形体を得た。

欠点があり、実用化への課題となっている。そこで本研

2.3 コンポジットの評価

究では、PGA の高品位工業製品への展開を目指し、天得られた成形体から 80×10×4mm の試験片を切り出然繊維および熱可塑性エラストマーとのコンポジット化し、アイゾット衝撃強さおよび曲げ強さを測定した。アによる耐衝撃性の向上を検討した。

イゾット衝撃試験は JIS K 7110 に基づき衝撃試験機（㈱東洋精機製作所製 Impact Tester IT）を用いて、２．実験方法
2.1 試料

公称振り子エネルギー1.0J、ノッチのタイプ A で行った。曲げ試験は JIS K 7171 に基づき万能試験機（㈱オPGA は Kuredux® 100E35 base grade（㈱クレハ製） リ エ ン テ ッ ク 製 RTC-1310A ） を 用 い て 試 験 速 度を 120℃で 3 時間予備乾燥したものを用いた。天然繊維

2mm/min で行った。また、アイゾット衝撃試験後の破には、綿糸（60/2 番手 漂白済）を 15～20mm にカッ

断 面 を 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 （ SEM ） （ 日 本 電 子 ㈱ 製トしたものを 110℃で 3 時間乾燥して用いた。その際、JSM-6510）を用いて観察した。

＊1 産業技術センター 化学材料室

59３．実験結果及び考察

うな高い耐衝撃性は得られなかった。

3.1 アイゾット衝撃強さ

3.2 曲げ特性

作製したコンポジットのアイゾット衝撃試験の結果
7.0

7.4GPa であった。どちらのコンポジットも添加率が上

6.0

がるにつれて曲げ強さは低下する傾向があった。しかし、

5.0

アイゾット衝撃強さが最大となる MP10 を 5wt%添加し4.0た場合においても、曲げ強さは 16%低下の 168MPa を、

3.0

また、曲げ弾性率は 7%低下の 6.9GPa を保持している

2.0

MP101.0

綿1%+TMEGことから、PEEK と同程度の高強度・高剛性を有するコンポジットであることが示唆された。

0.00.02.04.06.08.0240

10.09.0

TMEGまたはMP10の添加率/wt%

コンポジットのアイゾット衝撃強さ

天然繊維とのコンポジットでは、綿 1wt%のみを混練した場合には PGA 単体の値（2.4kJ/m2）とほぼ変わらな か っ た が 、 TMEG を 0.1wt% 添 加 す る こ と で4.5kJ/m2 となり、およそ 2 倍に衝撃強さが向上した。
このことから、綿の複雑な表面形状による樹脂へのアンカー効果は期待されないが、TMEG により PGA と綿と

8.5

曲げ強さ/MPa

図11808.07.5120

7.0
曲げ強さ/MP1060

6.5

曲げ強さ/綿1%+TMEG

6.0

曲げ弾性率/MP10
曲げ弾性率/綿1%+TMEG

00.0

2.0

4.0

曲げ弾性率/GPa

アイゾット衝撃強さ/kJ/m2

作製したコンポジットの曲げ試験の結果を図３に示す。PGA 単体の曲げ強さは 201MPa、曲げ弾性率はを図１に示す。

6.05.58.0の界面で密着性が良好となったと推察される。これはTMEGまたはMP10の添加率/wt%

TMEG が 2 つの無水環を有していることから、混練時

図３10.0

コンポジットの曲げ特性に熱により開環し PGA の末端および綿の水酸基とエステル結合したことによるものと考えられる。図２に示

４．結びすように、衝撃試験後の破断面の SEM 観察においても、PGA と天然繊維やエラストマーとの複合化を溶融混

TMEG を添加しないで混練した場合には、樹脂と繊維練法により検討することで、PGA の耐衝撃性の向上をが完全に分離している様子が観察されたが、TMEG を試みた。PGA の生分解性を考慮した天然繊維との複合添加することで樹脂と繊維の界面での密着性が良好な箇

化では、TMEG を 0.1wt%添加剤として加えることで樹所が観察された。

脂と繊維との密着性が改善され、衝撃強さは約 2 倍に向上した。また、エラストマーとの複合化では、5wt%加えることで約 2.7 倍に向上した。曲げ強さは 5～16%低下するが、PEEK に匹敵する強度を保持していることから、新たな産業資材として今後の用途展開が期待される。

図２

衝撃試験後の破断面の SEM 観察（左：TMEG 無添加、右：TMEG を 0.1wt%添加）

謝辞
本研究を行うにあたり、PGA のペレットを株式会社
クレハよりご提供いただきました。ここに厚く御礼申し

また、TMEG の添加率が上がるにつれて、衝撃値が上げます。

低下したことから、TMEG のみの耐衝撃性への効果は小さいと考えられる。
他方、MP10 を添加した場合は、5wt%添加した場合に 6.5kJ/m2 まで増大したが、それ以上に添加率を上げたところ低下する傾向がみられ、他の樹脂で発現するよ文献
1）小林史典：化学と工業，66(8)，627(2013)