ポリ乳酸の成形加工時に役立つ結晶化制御と添加剤の知識

１．次世代バイオプラスチックとしてのポリ乳酸
　1.1 地球環境・資源・廃棄物問題と生分解性プラスチック
　　 1）石油を原料とする合成高分子化学工業が内包するパラドックス
　　 2) 自然界の真のリサイクルシステムとしての物質循環（炭素循環）へのリンク
　　 3) 生分解性バイオマスプラへのパラダイムシフト
　1.2 ポリ乳酸の基本特性
　　 1) 熱可塑性脂肪族ポリエステル…結晶性高分子（Tm：130～190℃、Tg：58℃）
　　 2) 安全性、食品衛生性、抗菌・防カビ性
　　 3) 環境低負荷特性…LCAによる客観的・定量的評価
　　 4) 生分解性バイオマスプラ
　　 　①生分解機構…非酵素分解（加水分解）型
　　 　　・2段階2様式の特異的な生分解機構…生分解性と耐久性の両立
　　 　　・分解（開始・速度）制御機構内包…短期使用から長期耐久性構造材料まで
　　 　②自然環境（土壌、海水・淡水）下や生体内での完全生分解性
　　 　③使用後の再資源化（リサイクル）
　　 　　・バイオリサイクル…堆肥化（好気性下）又は生ごみ発電（嫌気性下）
　　 　　・ケミカルリサイクル…熱分解による原料ラクチドへの還元
　　 　　・マテリアルリサイクル

２．熱可塑性プラスチック（特に結晶性高分子）の成形加工性
　2.1 成形加工の物理的意味…溶融体の室温下への冷却固化・賦形過程におけるガラス化又は結晶化
　2.2 成形加工法と支配因子
　　1) 溶融押出過程…溶融粘度、溶融張力⇔分子量、架橋密度依存性
　　 　① 高粘度…押出成形（フィルム、シート）、発泡成形、ダイレクト・ブロー成形
　　 　② 中粘度…繊維、射出成形
　　 　③ 低粘度…不織布（スパンボンド、メルトブローン）、薄肉射出成形
　　2) 冷却固化過程…Tg又は結晶化速度⇔冷却速度、変形速度依存性
　　 　① 室温＜Tgの場合…室温下への冷却だけでガラス化 ⇒ Tg
　　 　② Tg＜室温の場合…室温下への冷却過程で結晶化が必須 ⇒ 結晶化速度
　2.3 添加剤
　　1) 溶融押出過程…溶融粘度、溶融張力調整剤
　　 　① 増粘剤…エポキシ基含有反応性改質剤、架橋剤（有機過酸化物）
　　 　② 流動性改良剤、粘度低減剤…ポリグリセリン脂肪酸エステル（界面活性剤）
　　 　 ③ 分散安定剤
　　2) 冷却固化過程…結晶化促進剤（第３章で詳述）、微細構造形成調整剤
　　 　① 不透明耐熱化…分散型造核剤、結晶化速度促進剤
　　 　② 透明耐熱化…溶解型造核剤、結晶化速度促進剤
　　 　③ 寸法安定性（低熱収縮率、経時変化防止）…結晶化促進剤
　　 　④ 耐衝撃性…可塑剤、耐衝撃性向上剤

３．成形加工工程における結晶化挙動と制御技術
　3.1 成形加工工程における結晶化の分類
　　1) Melt Crystallization（メルトから室温下への降温冷却過程における結晶化）
　　 　…押出成形、射出成形、ダイレクト・ブロー成形
　　2) Cold Crystallization（室温からの加熱昇温過程における結晶化）
　　 　…真空・圧空成形、発泡成形、インジェクション・ブロー成形
　3.2 等温結晶化挙動
　　1) 結晶化速度式G=G0exp(-ED/RT-ＫＴm/RT(Tm-T)　の物理的意味
　　 　① 第一項：セグメントの拡散過程…温度と正の相関
　　 　② 第二項：核形成過程…温度と負の相関
　　2) 最も結晶化速度の速い結晶化温度Tc（Tg < Tc <Tm）の検出法
　　3) 結晶化速度パラメータ…ts, t1/2, te, kの算出法
　3.3 非等温結晶化…冷却速度が結晶化温度や結晶化度に及ぼす影響
　3.4 結晶化速度を支配する因子…一次構造・共重合比、分子量、結晶化促進剤
　3.5 結晶化促進剤の分類
　　1)造核剤（結晶核形成促進）①固体分散型　②溶解型（透明耐熱性）③架橋剤
　　2)結晶成長促進剤
　　3)マルチ機能改質剤…結晶核形成と結晶成長促進
　3.6 結晶化速度が遅い場合に顕在化する問題点
　　1) 冷却・固化未達…Tg＜室温の場合、ゴム状態のまま
　　2) 耐熱性不足：低い熱変形温度…結晶不在
　　3) 力学的特性不良…低強度・弾性率
　　4) 寸法安定性不良…高い熱収縮率
　　5) 成形サイクル…遅延
　　6) 二次結晶化…室温放置下での経時変化（形状、物性）

４．ポリ乳酸の成形加工分野別の製品・市場開発動向
　4.1 押出成形…繊維・不織布、フィルム・シート
　4.2 射出成形、薄肉射出成形
　4.3 サーモフォーミング…熱盤成形、真空・圧空成形
　4.4 発泡成形…押出発泡、ビーズ発泡
　4.5 ブロー成形…ダイレクト・ブロー、インジェクション・ブロー

　　□質疑応答□