JP5164423B2 - Lignophenol-polylactic acid complex - Google Patents
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Description
本発明は、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体に関する。より詳細には、木材の一構成成分であるリグニンをフェノール誘導体化して得られるリグノフェノールとポリ乳酸との複合体に関する。 The present invention relates to a lignophenol-polylactic acid complex. More specifically, the present invention relates to a composite of lignophenol and polylactic acid obtained by phenol derivatization of lignin, which is a constituent component of wood.
植物原料をはじめとする再生可能な資源を用いた材料の開発は、循環型社会構築の観点から緊急に着手すべき社会性の高い研究テーマである。石油を主原料とするプラスチックを再生可能な原料から製造されたバイオベースポリマーに置き換えることができれば、ライフサイクルの中では大気中の二酸化炭素を増加させない「カーボンニュートラル」が実現し、地球温暖化の防止に貢献できる。 The development of materials using renewable resources such as plant materials is a highly social research theme that should be urgently started from the viewpoint of building a recycling-oriented society. If we can replace plastics made mainly from petroleum with bio-based polymers made from renewable raw materials, we will realize “carbon neutral” that does not increase carbon dioxide in the atmosphere in the life cycle, Can contribute to prevention.
森林資源であるリグノセルロース系材料は、セルロースやヘミセルロースなどの親水性炭水化物と疎水性のリグニン(ポリフェノール)とから構成され、これらは細胞壁中で相互侵入高分子網目(IPN)構造をとり、複雑に絡みあって複合体を形成した状態となっている。リグノセルロース系材料には、このような複合体の構造に応じて各種素材としての有用性が付与されている。しかし、リグニンは、構造の複雑さおよび化学的安定性の高さから、工業的利用は困難であった。そこで、リグニンの複合体構成材料としての機能に着目して、リグノセルロース系材料からリグノフェノール誘導体の形態で抽出する技術が開発されている(特許文献1および2ならびに非特許文献1および2)。
Lignocellulosic materials, which are forest resources, are composed of hydrophilic carbohydrates such as cellulose and hemicellulose and hydrophobic lignins (polyphenols), which have an interpenetrating polymer network (IPN) structure in the cell wall and are complicated. They are entangled to form a complex. The lignocellulosic material is given utility as various materials according to the structure of such a composite. However, lignin has been difficult to use industrially due to its structural complexity and chemical stability. Therefore, paying attention to the function of lignin as a composite constituent material, a technique for extracting a lignocellulose-based material in the form of a lignophenol derivative has been developed (
リグノフェノール誘導体は、一般的に分子量が数千程度であって、単独では成形性が悪く、その形状を維持することができないという欠点があるため、用途が限定されていた。リグノフェノール誘導体とシランカップリング剤とを混合することによって、フィルム形状を維持することが可能なリグノフェノールハイブリッド材料が得られることが報告されているにすぎない(特許文献3)。 Lignophenol derivatives generally have a molecular weight of about several thousand, and have the disadvantages that, by themselves, the moldability is poor and their shape cannot be maintained, so their use has been limited. It has only been reported that a lignophenol hybrid material capable of maintaining the film shape can be obtained by mixing a lignophenol derivative and a silane coupling agent (Patent Document 3).
一方、ラクチドまたは乳酸の重合によって得られるポリ乳酸は、再生可能資源で構成されたポリエステルである。ポリ乳酸は、ポリエチレン(PE)と同等の引張強度、ならびにポリエチレンテレフタレート(PET)と同等の透明性を有する結晶性熱可塑性高分子である。また、ポリ乳酸を燃焼した場合の燃焼カロリーは、PE、ポリプロピレン(PP)などの約1/3と小さく、焼却炉を痛めることが少なく、有害なガスの発生もない。さらに、ポリ乳酸の原料は植物由来の再生可能資源であるため、焼却処理したときの二酸化炭素の増加が環境への負荷となりにくい。そのため、地球環境にも優しい。特に、トウモロコシから製造されるポリ乳酸に対する関心が高い。 On the other hand, polylactic acid obtained by polymerization of lactide or lactic acid is a polyester composed of renewable resources. Polylactic acid is a crystalline thermoplastic polymer having a tensile strength equivalent to that of polyethylene (PE) and transparency equivalent to that of polyethylene terephthalate (PET). In addition, the calorie burned when polylactic acid is burned is as small as about 1/3 of PE, polypropylene (PP), etc., hardly hurts the incinerator, and no harmful gas is generated. Furthermore, since the raw material of polylactic acid is a plant-derived renewable resource, an increase in carbon dioxide when incinerated is unlikely to be an environmental burden. Therefore, it is friendly to the global environment. In particular, there is a high interest in polylactic acid produced from corn.
上述のような利点のため、近年、ポリ乳酸の製造方法や応用用途などの研究開発が盛んになり、用途の多角化とそれに伴う生産量の増加が期待されている。例えば、医薬用資材(縫合糸など)、農業用資材(シート、フィルムなど)、食品包装用資材(食品包装フィルム、シート、袋など)、その他の包装用資材(衣料、日用雑貨包装用シート、フィルム、袋など)などへの利用が期待されている。しかし、熱可塑性であるポリ乳酸は、結晶性が高く、融点も高いために、樹脂原料や塗料などの各種の用途に使用する際の作業性が悪いという欠点がある。
本発明は、植物由来の資源であるリグノフェノールやポリ乳酸の新たな用途を開発することを目的とする。 The object of the present invention is to develop new uses of lignophenol and polylactic acid, which are plant-derived resources.
乳酸の環状二量体であるラクチドが、スズ触媒を用いることにより、一級水酸基からポリ乳酸鎖をグラフトできることが知られている(非特許文献3)。本発明は、リグノフェノールの一級水酸基に着目し、ここからラクチドの開環重合を開始させることによって、リグノフェノールとポリ乳酸との複合体(リグノフェノール−ポリ乳酸複合体)が得られることを見い出したことに基づく。 It is known that lactide, which is a cyclic dimer of lactic acid, can graft a polylactic acid chain from a primary hydroxyl group by using a tin catalyst (Non-patent Document 3). The present invention focuses on the primary hydroxyl group of lignophenol and finds that a complex of lignophenol and polylactic acid (lignophenol-polylactic acid complex) can be obtained by initiating ring-opening polymerization of lactide. Based on that.
本発明は、分子中にポリ乳酸からなる分岐鎖を少なくとも3個有する、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体を提供する。 The present invention provides a lignophenol-polylactic acid complex having at least three branched chains composed of polylactic acid in the molecule.
1つの実施態様では、上記リグノフェノール−ポリ乳酸複合体は、分子中に少なくとも3個の水酸基を有するリグノフェノールを開始剤として用いて、ラクチドを開環重合させる工程によって得られる。 In one embodiment, the lignophenol-polylactic acid complex is obtained by a step of ring-opening polymerization of lactide using lignophenol having at least three hydroxyl groups in the molecule as an initiator.
ある実施態様では、上記ラクチドはL体である。 In one embodiment, the lactide is in the L form.
本発明によれば、植物由来材料であるリグノフェノールとポリ乳酸との複合体(すなわち、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体)が提供される。この複合体は、ポリ乳酸の改質剤として用いられ、ポリ乳酸の結晶化度を低下させ、靭性を向上させることが可能である。また、ポリ乳酸の可塑化効果も有する。さらに、この複合体は、ポリ乳酸と他のポリマーとの相溶化剤としても用いられ得る。また、この複合体の原料は、いずれも植物由来であるため、二酸化炭素の増加が環境への負荷となりにくく、地球環境にも優しい。 According to the present invention, a complex of lignophenol, which is a plant-derived material, and polylactic acid (ie, lignophenol-polylactic acid complex) is provided. This composite is used as a modifier of polylactic acid, and can reduce the crystallinity of polylactic acid and improve toughness. It also has the effect of plasticizing polylactic acid. Furthermore, this complex can also be used as a compatibilizer between polylactic acid and other polymers. In addition, since the raw materials of this complex are all derived from plants, an increase in carbon dioxide is less likely to be an environmental burden and is friendly to the global environment.
(リグノフェノール)
本明細書において、リグノフェノールとは、リグニンにフェノールまたはフェノール誘導体が付加された化合物をいう。
(Lignophenol)
In this specification, lignophenol refers to a compound in which phenol or a phenol derivative is added to lignin.
以下に、本発明に使用可能なリグノフェノールの一例の部分構造式を示す。 Below, the partial structural formula of an example of lignophenol which can be used for this invention is shown.
リグノフェノールの分子量は、特に限定されない。物性などの点から、分子量500以上であることが好ましく、1000以上であることがより好ましい。また、取り扱い易さなどから、分子量10万以下であることが好ましく、1万以下であることがより好ましい。 The molecular weight of lignophenol is not particularly limited. In view of physical properties, the molecular weight is preferably 500 or more, and more preferably 1000 or more. In view of ease of handling, the molecular weight is preferably 100,000 or less, and more preferably 10,000 or less.
(リグノフェノールの製造方法)
リグノフェノールは、リグニンにフェノール誘導体を付加させることによって得ることができる。
(Method for producing lignophenol)
Lignophenol can be obtained by adding a phenol derivative to lignin.
リグノフェノールの製造に用いられるリグニンは、特に限定されない。精製されたリグニンを用いてもよいが、より簡便には、任意のリグノセルロース系材料中に存在するリグニンが使用可能である。リグノセルロース系材料としては、例えば、植物の木質化した部分(例えば、木材)またはその加工製品(例えば、紙)が挙げられる。 The lignin used for the production of lignophenol is not particularly limited. Purified lignin may be used, but more conveniently, lignin present in any lignocellulosic material can be used. Examples of lignocellulosic materials include woody parts of plants (for example, wood) or processed products thereof (for example, paper).
木材を用いる場合、その樹木の種類は特に限定されない。針葉樹であってもよく、広葉樹であってもよい。また、イネ、トウモロコシ、サトウキビなどの各種草本植物をリグノセルロース系材料の原料として用いることもできる。 When using wood, the kind of the tree is not particularly limited. It may be a conifer or a broad-leaved tree. Various herbaceous plants such as rice, corn, and sugarcane can also be used as raw materials for lignocellulosic materials.
また、リグノセルロース系材料は、リグノセルロース系材料の廃材または端材であってもよく、リグノセルロース系材料からなる飼料や農産廃棄物なども用いることができる。リグノセルロース系材料は、粉状、チップ状などの形態を問わずに用いることができる。粉状のものが、リグノセルロース材料からリグノフェノールを効率的に製造するのに都合がよい。 The lignocellulosic material may be a lignocellulosic material waste or scrap, and feed or agricultural waste made of lignocellulosic material may also be used. The lignocellulosic material can be used regardless of the form such as powder or chip. The powder form is convenient for efficiently producing lignophenol from lignocellulosic material.
フェノール誘導体とは、1価フェノール誘導体、2価フェノール誘導体、または3価フェノール誘導体をいう。 A phenol derivative refers to a monovalent phenol derivative, a divalent phenol derivative, or a trivalent phenol derivative.
1価フェノール誘導体とは、フェノールまたはフェノールのベンゼン環に置換基を有する化合物をいう。具体的には、フェノール、クレゾールなどが挙げられる。 The monovalent phenol derivative refers to a compound having a substituent on the benzene ring of phenol or phenol. Specific examples include phenol and cresol.
2価フェノール誘導体とは、2価フェノールまたはそのベンゼン環に置換基を有する化合物をいう。具体的には、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノンなどが挙げられる。 The divalent phenol derivative refers to a divalent phenol or a compound having a substituent on its benzene ring. Specific examples include catechol, resorcinol, hydroquinone and the like.
3価フェノール誘導体とは、3価フェノールまたはそのベンゼン環に置換基を有する化合物をいう。具体的には、フロログルシノール、ヒドロキシヒドロキノン、ピロガロールなどが挙げられる。 The trivalent phenol derivative refers to a trivalent phenol or a compound having a substituent on its benzene ring. Specific examples include phloroglucinol, hydroxyhydroquinone, pyrogallol and the like.
1価、2価、および3価フェノール誘導体の中では、1価フェノール誘導体が好ましい。クレゾールがより好ましい。 Of the monovalent, divalent, and trivalent phenol derivatives, monovalent phenol derivatives are preferred. Cresol is more preferred.
クレゾールは、o−クレゾールであってもよく、m−クレゾールであってもよく、p−クレゾールであってもよい。p−クレゾールが最も好ましい。 The cresol may be o-cresol, m-cresol, or p-cresol. Most preferred is p-cresol.
フェノール誘導体におけるベンゼン環上の置換基の数は、任意に選択できる。1〜3が好ましく、1〜2がより好ましく、さらに好ましくは1である。 The number of substituents on the benzene ring in the phenol derivative can be arbitrarily selected. 1-3 are preferable, 1-2 are more preferable, and 1 is more preferable.
フェノール誘導体におけるベンゼン環上の置換基としては、任意のものが使用可能である。好ましくは、アルキル基である。このアルキル基は直鎖であってもよく分岐鎖であってもよい。このアルキル基の炭素数は好ましくは1〜5であり、より好ましくは1〜3であり、さらに好ましくは1である。 Any substituent on the benzene ring in the phenol derivative can be used. Preferably, it is an alkyl group. This alkyl group may be linear or branched. This alkyl group preferably has 1 to 5 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms, and still more preferably 1.
リグノセルロース系材料にフェノール誘導体を反応させると、リグノセルロース系材料中のリグニンがフェノール誘導体でグラフト化されて、リグニンの基本骨格であるフェニルプロパン単位の専ら側鎖α位(ベンジル位)にフェノール誘導体が導入されたリグノフェノールが得られる。 When a phenol derivative is reacted with a lignocellulosic material, the lignin in the lignocellulosic material is grafted with the phenol derivative, and the phenol derivative is exclusively at the side chain α position (benzyl position) of the phenylpropane unit, which is the basic lignin skeleton. Lignophenol into which is introduced is obtained.
リグノセルロース系材料は、一般に、リグニン以外の成分を多量に含むので、リグノセルロース系材料をフェノール誘導体で処理した場合の生成物は、通常、リグノフェノール以外の化合物を多量に含む。このため、これらの不純物を除去することにより、純度の高いリグノフェノールが得られる。 Since lignocellulosic materials generally contain a large amount of components other than lignin, the products of lignocellulosic materials treated with phenol derivatives usually contain a large amount of compounds other than lignophenol. For this reason, lignophenol with high purity can be obtained by removing these impurities.
リグノフェノールの具体的な製造方法としては、従来公知の各種の方法を使用することが可能である。その公知の方法で製造されたリグノフェノールが本発明に使用可能である。 As a specific method for producing lignophenol, various conventionally known methods can be used. The lignophenol produced by the known method can be used in the present invention.
例えば、第1の具体的方法として、リグノセルロース系材料をフェノール誘導体で処理し、濃酸を添加して2相の生成物を得、上相(すなわち、有機相)のフェノール誘導体相からリグノフェノールを回収する方法がある(特許文献1を参照のこと)。この場合、必要に応じて、特許文献1の図4に記載されているように、濃酸を添加して得られた2相のうちの上相(有機相)に過剰のエチルエーテルを加えて溶解物と不溶物とに分離し、得られる不溶物にアセトンを加えて溶解物と不溶物とに分離し、その溶解物に過剰のエチルエーテルを加えて溶解物と不溶物とに分離し、不溶物を回収することにより、精製されたリグノフェノールを得ることができる。
For example, as a first specific method, a lignocellulosic material is treated with a phenol derivative, concentrated acid is added to obtain a two-phase product, and a lignophenol is obtained from the phenol derivative phase of the upper phase (that is, the organic phase). There is a method of recovering (see Patent Document 1). In this case, as described in FIG. 4 of
より具体的には、木粉などのリグノセルロース系材料に液体状のフェノール誘導体(クレゾールなど)を浸透させ、リグニンをフェノール誘導体により溶媒和させた後、リグノセルロース系材料に濃酸(一例として72%硫酸)を添加して混合し、セルロース成分を溶解する。この方法によると、リグニンを溶媒和したフェノール誘導体と、セルロース成分を溶解した濃酸とが2相分離系を形成する。フェノール誘導体により溶媒和されたリグニンは、フェノール誘導体相が濃酸相と接触する界面においてのみ、酸と接触する。そのため、酸との接触により生じたリグニン基本構成単位の高反応サイトである側鎖α位(ベンジル位)のカチオンが、同時にフェノール誘導体により攻撃されることになる。この結果、ベンジル位にフェノール誘導体がC−C結合で導入され、そしてベンジルアリールエーテル結合が開裂することにより低分子化される。このように、リグニンが低分子化され、かつ、その基本構成単位のベンジル位にフェノール誘導体が導入されたリグノフェノールがフェノール誘導体相中に生成される。次いで、このフェノール誘導体相からリグノフェノールを抽出することにより、リグノフェノールが、リグニン中のベンジルアリールエーテル結合が開裂して低分子化されたリグニンの低分子化体の集合体の一部として得られる。なお、ベンジル位へのフェノール誘導体の導入形態は、そのフェノール性水酸基を介して導入されているものもあることが知られている。 More specifically, a liquid phenol derivative (cresol or the like) is infiltrated into a lignocellulosic material such as wood flour, lignin is solvated with the phenol derivative, and then concentrated acid (as an example 72 % Sulfuric acid) is added and mixed to dissolve the cellulose component. According to this method, a phenol derivative obtained by solvating lignin and a concentrated acid dissolving a cellulose component form a two-phase separation system. Lignin solvated with a phenol derivative contacts the acid only at the interface where the phenol derivative phase contacts the concentrated acid phase. Therefore, the cation at the side chain α-position (benzyl position), which is a highly reactive site of the lignin basic structural unit generated by contact with the acid, is attacked simultaneously by the phenol derivative. As a result, a phenol derivative is introduced into the benzyl position by a C—C bond, and the benzyl aryl ether bond is cleaved to reduce the molecular weight. Thus, lignophenol in which the lignin is reduced in molecular weight and the phenol derivative is introduced at the benzyl position of the basic structural unit is produced in the phenol derivative phase. Next, by extracting lignophenol from this phenol derivative phase, lignophenol can be obtained as part of a collection of low molecular weight lignins that have been reduced in molecular weight by cleavage of the benzyl aryl ether bond in the lignin. . It is known that some phenol derivatives are introduced into the benzyl position through the phenolic hydroxyl group.
フェノール誘導体相からのリグノフェノールの抽出は、例えば、次の方法で行うことができる。まず、フェノール誘導体相を大過剰のエチルエーテルに加えて得た沈殿物(不溶物)を集めて、アセトンに溶解する。アセトン不溶物を遠心分離により除去し、アセトン可溶部を濃縮する。このアセトン可溶部を、大過剰のエチルエーテルに滴下し、沈殿物を集める。この沈殿物から溶媒を留去した後、五酸化リン入りデシケータ中で乾燥し、リグノフェノールを得る。なお、粗リグノフェノールは、フェノール誘導体相を単に減圧蒸留により除去することによって得ることもできる。また、アセトン可溶部を、そのままリグノフェノール溶液として、二次誘導体化処理に用いることもできる。 Extraction of lignophenol from the phenol derivative phase can be performed, for example, by the following method. First, a precipitate (insoluble matter) obtained by adding a phenol derivative phase to a large excess of ethyl ether is collected and dissolved in acetone. Acetone-insoluble matter is removed by centrifugation, and the acetone-soluble part is concentrated. The acetone soluble part is dropped into a large excess of ethyl ether, and the precipitate is collected. After the solvent is distilled off from this precipitate, it is dried in a desiccator containing phosphorus pentoxide to obtain lignophenol. The crude lignophenol can also be obtained by simply removing the phenol derivative phase by distillation under reduced pressure. Moreover, an acetone soluble part can also be used for a secondary derivatization process as a lignophenol solution as it is.
第2の具体的方法は、特許文献1の図5に示されるとおりである。具体的には、まず、リグノセルロース系材料に、固体状あるいは液体状のフェノール誘導体を溶解した溶媒(例えば、エタノール、アセトン)を浸透させた後、溶媒を留去する(フェノール誘導体の吸着工程)。次に、このリグノセルロース系材料に濃酸を添加してセルロース成分を溶解する。この結果、第1の方法と同様に、フェノール誘導体により溶媒和された状態のリグニンは、濃酸と接触して生じたリグニンの高反応サイト(側鎖α位)のカチオンがフェノール誘導体により攻撃され、フェノール誘導体が導入される。また、ベンジルアリールエーテル結合が開裂してリグニンが低分子化される。得られるリグノフェノールの特性は、第1の方法で得られるものと同様である。次いで、リグノフェノールを液体状のフェノール誘導体にて抽出する。フェノール誘導体相からのリグノフェノールの抽出も、第1の方法と同様にして行うことができる。あるいは、濃酸処理後の全反応液を過剰の水中に投入し、不溶物を遠心分離にて集め、透析し、乾燥する。得られた乾燥物にアセトンあるいはアルコールを加えてリグノフェノールを抽出する。さらに、この可溶部を第1の方法と同様に、過剰のエチルエーテルなどに滴下して、リグノフェノールを沈殿物として得る。 The second specific method is as shown in FIG. Specifically, first, a lignocellulosic material is infiltrated with a solvent (for example, ethanol or acetone) in which a solid or liquid phenol derivative is dissolved, and then the solvent is distilled off (phenol derivative adsorption step). . Next, a concentrated acid is added to the lignocellulosic material to dissolve the cellulose component. As a result, as in the first method, the lignin in the state solvated with the phenol derivative is attacked by the phenol derivative at the high reaction site (side chain α-position) of the lignin generated by contact with concentrated acid. A phenol derivative is introduced. In addition, the benzyl aryl ether bond is cleaved to lower the molecular weight of lignin. The properties of the lignophenol obtained are the same as those obtained by the first method. Next, lignophenol is extracted with a liquid phenol derivative. Extraction of lignophenol from the phenol derivative phase can also be performed in the same manner as in the first method. Alternatively, the entire reaction solution after the concentrated acid treatment is poured into excess water, insoluble matters are collected by centrifugation, dialyzed, and dried. Acenolic alcohol is added to the resulting dried product to extract lignophenol. Furthermore, this soluble part is dripped at excess ethyl ether etc. similarly to the 1st method, and lignophenol is obtained as a deposit.
この方法においても、同様に、アセトン可溶部をリグノフェノール溶液として、2次誘導体化処理に用いることもできる。 Also in this method, the acetone soluble part can be used as a lignophenol solution for the secondary derivatization treatment.
これらの2種類の方法においては、第2の方法が、なかでも特に後者、すなわち、リグノフェノールをアセトンまたはアルコールにて抽出分離する方法が、フェノール誘導体の使用量が少なくてすむため、経済的である。また、この方法は、少量のフェノール誘導体で、多くのリグノセルロース系材料を処理できるため、リグノフェノールの大量合成に適している。 In these two types of methods, the second method, especially the latter, that is, the method of extracting and separating lignophenol with acetone or alcohol, is economical because the amount of phenol derivative used is small. is there. Moreover, since this method can process many lignocellulosic materials with a small amount of a phenol derivative, it is suitable for mass synthesis of lignophenol.
第3の具体的方法は、リグニンにフェノール誘導体を添加し、酸を添加し、過剰の水を加えて可溶部と不溶物とに分離し、不溶物を乾燥し、酸化防止剤およびアルカリ水溶液を添加し、その後固液分離(例えば、遠心分離)を行ってリグノフェノールを得る方法である(特許文献2)。 A third specific method is to add a phenol derivative to lignin, add an acid, add excess water to separate a soluble part and an insoluble substance, dry the insoluble substance, and provide an antioxidant and an alkaline aqueous solution. Is added, and then solid-liquid separation (for example, centrifugation) is performed to obtain lignophenol (Patent Document 2).
上述したいずれの方法で得られたリグノフェノールも、通常は分子中に少なくとも3個の水酸基を有するので、本発明に使用可能である。 The lignophenol obtained by any of the above-described methods usually has at least three hydroxyl groups in the molecule and can be used in the present invention.
(ラクチド)
本発明のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体の1つの特徴である星型分岐鎖における分岐鎖を構成するポリ乳酸は、例えば、リグノフェノールを開始剤としてラクチドを開環重合することによって合成される。
(Lactide)
The polylactic acid constituting the branched chain in the star-shaped branched chain, which is one feature of the lignophenol-polylactic acid complex of the present invention, is synthesized, for example, by ring-opening polymerization of lactide using lignophenol as an initiator.
本発明において、ラクチドとは、2分子の乳酸の脱水縮合によって得られる環状ジエステルをいう。したがって、再生可能資源である。本発明においては、市販のラクチドを用いることができる。 In the present invention, lactide refers to a cyclic diester obtained by dehydration condensation of two molecules of lactic acid. Therefore, it is a renewable resource. In the present invention, commercially available lactide can be used.
ラクチドには光学異性体が存在する。ラクチドを構成する乳酸は、例えば、乳酸発酵により得られる。乳酸菌の発酵によって、多くの場合はL体のみが得られる。しかし、いくつかの微生物(例えば、Lactobacillus lactis、Lactobacillus bulgaricus、Leuconostoc cremoris)はD体を生成する。このような微生物を含む数種類の微生物を混合して発酵に供することによって、DL体(ラセミ体)の乳酸を得ることができ、脱水縮合によりDL体のラクチドを得ることができる。また、乳酸ラセマーゼを生産する微生物により、L−乳酸をラセミ化させて、DL体の乳酸を生成し、さらに脱水縮合させてDL体のラクチドを得ることもできる。 Lactide has optical isomers. Lactic acid constituting lactide is obtained, for example, by lactic acid fermentation. In many cases, only L-form is obtained by fermentation of lactic acid bacteria. However, some microorganisms (eg, Lactobacillus lactis, Lactobacillus bulgaricus, Leuconostoc cremoris) produce D-form. By mixing several types of microorganisms including such microorganisms and subjecting them to fermentation, DL-form (racemic) lactic acid can be obtained, and DL-form lactide can be obtained by dehydration condensation. Alternatively, L-lactic acid can be racemized by a microorganism producing lactate racemase to produce DL lactic acid, followed by dehydration condensation to obtain DL lactide.
(リグノフェノール−ポリ乳酸複合体)
本発明のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体は、乳酸を構成単位とする分岐鎖(すなわち、ポリ乳酸鎖または乳酸オリゴマー鎖)を分子中に少なくとも3個有する星型分岐状ポリマーである。具体的には、以下に構造を模式的に示すように、分子中に少なくとも3個の水酸基を有するリグノフェノールの各水酸基に、ポリ乳酸のカルボキシ末端がそれぞれエステル結合されている。
(Lignophenol-polylactic acid complex)
The lignophenol-polylactic acid complex of the present invention is a star-shaped branched polymer having at least three branched chains (that is, polylactic acid chains or lactic acid oligomer chains) containing lactic acid as a structural unit. Specifically, as schematically shown below, the carboxy terminus of polylactic acid is ester-bonded to each hydroxyl group of lignophenol having at least three hydroxyl groups in the molecule.
本発明のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体は、リグノフェノールとポリ乳酸鎖との割合によって物理的および化学的性質が変化する。一般的には、ポリ乳酸鎖の割合が多いほど、すなわち、ポリ乳酸鎖が長いほど、分子量が大きくなる。リグノフェノールはクロロホルムに不溶であるが、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体はクロロホルムに可溶である。ただし、分子量が大きくなると、リグノフェノールが可溶であるアセトン、ジメチルホルムアミド(DMF)、およびテトラヒドロフラン(THF)に難溶になる。また、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の分子量が大きくなるほど、ガラス転移温度(Tg)が低下する。 The physical and chemical properties of the lignophenol-polylactic acid complex of the present invention vary depending on the ratio of lignophenol and polylactic acid chain. In general, the greater the proportion of polylactic acid chains, that is, the longer the polylactic acid chains, the greater the molecular weight. Lignophenol is insoluble in chloroform, but lignophenol-polylactic acid complex is soluble in chloroform. However, when the molecular weight increases, it becomes difficult to dissolve in acetone, dimethylformamide (DMF), and tetrahydrofuran (THF) in which lignophenol is soluble. Moreover, the glass transition temperature (Tg) decreases as the molecular weight of the lignophenol-polylactic acid complex increases.
このようなリグノフェノール−ポリ乳酸複合体は、ポリ乳酸の改質剤として有用である。例えば、ポリ乳酸の結晶化度、靭性などを低下させることができる。 Such a lignophenol-polylactic acid complex is useful as a modifier for polylactic acid. For example, the crystallinity and toughness of polylactic acid can be reduced.
(リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の合成方法)
本発明のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体の合成方法は、特に限定されない。好適には、本発明のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体は、分子中に少なくとも3個の水酸基を有するリグノフェノールを開始剤として用いて、ラクチドを開環重合させる工程によって得られる。具体的には、リグノフェノールおよびラクチドを十分に乾燥した容器に入れ、触媒を投入して、不活性ガス下で加熱攪拌することによって、リグノフェノールを起点としてラクチドが開環重合したポリ乳酸鎖を有するリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を合成することができる。
(Synthesis method of lignophenol-polylactic acid complex)
The method for synthesizing the lignophenol-polylactic acid complex of the present invention is not particularly limited. Preferably, the lignophenol-polylactic acid complex of the present invention is obtained by a step of ring-opening polymerization of lactide using lignophenol having at least three hydroxyl groups in the molecule as an initiator. Specifically, a polylactic acid chain obtained by ring-opening polymerization of lactide starting from lignophenol is prepared by placing lignophenol and lactide in a sufficiently dried container, adding a catalyst, and heating and stirring under an inert gas. The lignophenol-polylactic acid complex can be synthesized.
リグノフェノールとラクチドとの仕込み比は、質量比(リグノフェノール(LP)/ラクチド(LA))で、好ましくは1/0.5〜1/50、さらに好ましくは1/1〜1/10である。ラクチド(LA)の比率が50よりも大きくなると、分岐鎖であるポリ乳酸鎖が長くなると共に、ポリ乳酸としての特性が現れやすくなる。すなわち、結晶性が増大し、融点の上昇を招き、そのためポリ乳酸の改質剤として機能しにくくなる。得られるリグノフェノール−ポリ乳酸複合体のポリ乳酸の改質剤としての物性の点で、リグノフェノールとラクチドとの仕込み比は1/1〜1/3がより好ましい。 The charging ratio of lignophenol and lactide is a mass ratio (lignophenol (LP) / lactide (LA)), preferably 1 / 0.5 to 1/50, more preferably 1/1 to 1/10. . When the ratio of lactide (LA) is larger than 50, the polylactic acid chain that is a branched chain becomes longer and the characteristics as polylactic acid are likely to appear. That is, the crystallinity increases and the melting point rises, so that it becomes difficult to function as a polylactic acid modifier. From the viewpoint of the physical properties of the resulting lignophenol-polylactic acid complex as a polylactic acid modifier, the charging ratio of lignophenol and lactide is more preferably 1/1 to 1/3.
合成に用いられるラクチドは、L体、DL体、およびD体のいずれであってもよい。得られるリグノフェノール−ポリ乳酸複合体をポリ乳酸に添加した場合に、ポリ乳酸の結晶化度を大きく低下させることができる点で、L体が好ましい。 The lactide used for the synthesis may be any of L-form, DL-form, and D-form. When the obtained lignophenol-polylactic acid complex is added to polylactic acid, L-form is preferred in that the crystallinity of polylactic acid can be greatly reduced.
ラクチドを開環重合する際の触媒としては、当業者が通常用いるものが挙げられる。具体的には、ポルフィリンアルミニウム錯体、(n−C4H9O)4Al2O2Zn、複合金属シアン化錯体、二塩化スズ(SnCl2)、2−エチルヘキサン酸スズ、オクチル酸スズ(SnOct2)、ジエチル亜鉛−水またはジエチルカドミウム、アルミニウムトリイソプロポキシド、チタニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、トリブチルスズメトキシド、テトラフェニルスズ、酸化鉛、ステアリン酸亜鉛、2−エチルヘキサン酸ビスマス、カリウムアルコラート、フッ化アンチモン触媒、工業的にはスタナスオクタノエート触媒が挙げられる。収率の点から、二塩化スズ(SnCl2)、2−エチルヘキサン酸スズ、およびオクチル酸スズ(SnOct2)が特に好ましい。触媒の使用量は特に限定されないが、リグノフェノールとラクチドとの合計100質量部に対して、約0.0001〜5質量部が適切であり、約0.05〜1質量部が好ましい。 Examples of the catalyst for ring-opening polymerization of lactide include those usually used by those skilled in the art. Specifically, porphyrin aluminum complex, (n-C 4 H 9 O) 4 Al 2 O 2 Zn, double metal cyanide complex, tin dichloride (SnCl 2 ), tin 2-ethylhexanoate, tin octylate ( SnOct 2 ), diethyl zinc-water or diethyl cadmium, aluminum triisopropoxide, titanium tetrabutoxide, zirconium tetrapropoxide, tributyltin methoxide, tetraphenyltin, lead oxide, zinc stearate, bismuth 2-ethylhexanoate, potassium Examples include alcoholates, antimony fluoride catalysts, and industrially stannous octanoate catalysts. From the viewpoint of yield, tin dichloride (SnCl 2 ), tin 2-ethylhexanoate, and tin octylate (SnOct 2 ) are particularly preferable. Although the usage-amount of a catalyst is not specifically limited, About 0.0001-5 mass parts is suitable with respect to a total of 100 mass parts of lignophenol and lactide, and about 0.05-1 mass part is preferable.
不活性ガスとしては、特に限定されないが、例えば、窒素ガスおよびアルゴンガスが挙げられる。 Although it does not specifically limit as an inert gas, For example, nitrogen gas and argon gas are mentioned.
上記重合反応は、常温下でも行い得るが、必要に応じて加熱する。好ましくは100℃〜180℃の範囲に、さらに好ましくは120℃〜160℃に加熱する。100℃未満では、反応速度が小さくなるため好ましくない。一方、180℃より高い温度では、分解速度が大きくなることおよび低分子量体が気化してしまうことなどの欠点がある。 The polymerization reaction can be performed at room temperature, but is heated as necessary. Preferably it heats in the range of 100 to 180 degreeC, More preferably, it heats to 120 to 160 degreeC. If it is less than 100 degreeC, since reaction rate becomes small, it is unpreferable. On the other hand, at a temperature higher than 180 ° C., there are disadvantages such as an increase in decomposition rate and vaporization of low molecular weight substances.
(リグノフェノール−ポリ乳酸複合体によるポリ乳酸の改質)
本発明のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体は、改質剤としてポリ乳酸に添加することにより、ポリ乳酸の結晶化度を低下させ、靭性を向上させることができる。
(Modification of polylactic acid by lignophenol-polylactic acid composite)
By adding the lignophenol-polylactic acid composite of the present invention to polylactic acid as a modifier, the crystallinity of polylactic acid can be reduced and the toughness can be improved.
本発明のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体をポリ乳酸に添加する場合、例えば、これらをクロロホルムなどの溶媒に溶解して混合した後、型に入れて乾燥させて成形し、ポリ乳酸成形品を得る。 When the lignophenol-polylactic acid complex of the present invention is added to polylactic acid, for example, these are dissolved in a solvent such as chloroform and mixed, and then placed in a mold and dried to obtain a polylactic acid molded product. .
リグノフェノール−ポリ乳酸複合体のポリ乳酸への添加量は、複合体の性質に応じて変動する。例えば、リグノフェノール(LP)/ポリ乳酸(LA)=1/2の仕込み質量比の複合体を添加する場合、複合体の添加量は、ポリ乳酸と複合体との合計質量に対して1〜20質量%、好ましくは5〜15質量%である。リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の添加量が20質量%より多いと、ポリ乳酸と複合体とが相分離し、ポリ乳酸の物性が悪化する。リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の添加量が1質量%より少ないと、改質剤としての効果が発揮されにくい。また、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の仕込み質量比において、リグノフェノールの割合が高い複合体は、その分子量がリグノフェノールの分子量に近いため、リグノフェノール単独を添加したときと類似の効果を示し、一方、ラクチドの割合が高い複合体は、ポリ乳酸の性質に近いため、ポリ乳酸の改質剤としての効果を示しにくい。 The amount of lignophenol-polylactic acid complex added to polylactic acid varies depending on the properties of the complex. For example, when a complex having a charge mass ratio of lignophenol (LP) / polylactic acid (LA) = 1/2 is added, the amount of the complex added is 1 to 1 with respect to the total mass of polylactic acid and the complex. 20% by mass, preferably 5 to 15% by mass. If the added amount of the lignophenol-polylactic acid complex is more than 20% by mass, the polylactic acid and the complex are phase-separated and the physical properties of the polylactic acid are deteriorated. When the added amount of the lignophenol-polylactic acid complex is less than 1% by mass, the effect as a modifier is hardly exhibited. Moreover, in the charged mass ratio of the lignophenol-polylactic acid complex, the complex having a high ratio of lignophenol exhibits an effect similar to that obtained when lignophenol alone is added because its molecular weight is close to the molecular weight of lignophenol, On the other hand, since a complex having a high lactide ratio is close to the properties of polylactic acid, it is difficult to exhibit an effect as a modifier of polylactic acid.
(実施例1:リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の合成)
リグノフェノール(三重大学生物資源学部舩岡正光教授より提供)とL−ラクチド(東京化成工業株式会社)とを任意の質量比(リグノフェノール(LP)/L−ラクチド(LA))で混合し、オクチル酸スズ(和光純薬工業株式会社)を全体量に対して1質量%用いて、アルゴン雰囲気下130℃にて24時間加熱して、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体を得た。
(Example 1: Synthesis of lignophenol-polylactic acid complex)
Lignophenol (provided by Prof. Masamitsu Kajioka, Faculty of Bioresources, Mie University) and L-lactide (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are mixed at an arbitrary mass ratio (lignophenol (LP) / L-lactide (LA)) and octyl Using 1% by mass of tin oxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) based on the total amount, the mixture was heated at 130 ° C. for 24 hours under an argon atmosphere to obtain a lignophenol-polylactic acid complex.
リグノフェノール単独および得られたリグノフェノール−ポリ乳酸複合体について、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を行った。 Size exclusion chromatography (SEC) was performed on lignophenol alone and the resulting lignophenol-polylactic acid complex.
なお、SECの測定条件は、以下のとおりである:
カラム:TSK−gel(α−3000,α−M)(東ソー社製)
デガッサ:SD−8022(東ソー社製)
ポンプ:DP−8020(東ソー社製)
検出器:UV−8020(東ソー社製)・RI−8020(東ソー社製)
カラムオーブン:CO−8020(東ソー社製)
オートサンプラ:AS−8020(東ソー社製)
標準物質:ポリスチレン
溶離液:ジメチルホルムアミド(DMF)(なお、LP/LA=1/20についてはDMFに溶けなかったため、クロロホルムを溶離液に用いた)
流速:1.0mL/分
温度:60℃
The SEC measurement conditions are as follows:
Column: TSK-gel (α-3000, α-M) (manufactured by Tosoh Corporation)
Degasser: SD-8022 (manufactured by Tosoh Corporation)
Pump: DP-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
Detector: UV-8020 (manufactured by Tosoh Corporation), RI-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
Column oven: CO-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
Autosampler: AS-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
Standard substance: Polystyrene Eluent: Dimethylformamide (DMF) (LP / LA = 1/20 was not dissolved in DMF, so chloroform was used as the eluent)
Flow rate: 1.0 mL / min Temperature: 60 ° C
結果を図1および表1に示す。図中の数字は、リグノフェノール(LP)/L−ラクチド(LA)の仕込み質量比(以下、仕込み比という場合がある)を表す。リグノフェノール単独に比べ、得られた複合体の分子量が増加していることから、リグノフェノールにポリ乳酸がコンジュゲートされていると考えられる。また、ラクチドの仕込み比を増加させることによって、SECでの溶出時間が早くなっており、分子量が増加することが分かった。なお、以下で述べるようにホモポリマーの生成が少なかった1/1、1/2、および1/3の仕込み比の複合体については、精製収率を算出した。ポリ乳酸鎖が増すにつれて、精製収率が低下する傾向が見られた。 The results are shown in FIG. The numbers in the figure represent the charge mass ratio of lignophenol (LP) / L-lactide (LA) (hereinafter sometimes referred to as the charge ratio). Compared to lignophenol alone, the molecular weight of the resulting complex is increased, so it is considered that polylactic acid is conjugated to lignophenol. In addition, it was found that by increasing the lactide charge ratio, the elution time in SEC was accelerated and the molecular weight was increased. As will be described below, purification yields were calculated for complexes with a charge ratio of 1/1, 1/2, and 1/3, where homopolymer formation was small. As the polylactic acid chain increased, the purification yield tended to decrease.
さらに、LP/LAの仕込み比が1/2のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体について、再沈殿による精製を検討した。良溶媒・貧溶媒について検討した結果、良溶媒としてアセトンを用いそして貧溶媒としてトルエンを用いて再沈殿を行った場合に、17〜19分付近および20分付近のホモポリマーおよびラクチドと思われるピークが消失し、図2に示すように、ほぼ単一のピークとなった。図2においては、再沈殿前後のRIのピークおよびUV検出器310nmにおけるピークを示す。ピーク面積比を測定したところ、ホモポリマーおよびラクチドのピーク面積は、目的のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体の1%以下になった。 Furthermore, purification by reprecipitation was examined for the lignophenol-polylactic acid complex having a charge ratio of LP / LA of 1/2. As a result of examining good and poor solvents, when reprecipitation was performed using acetone as a good solvent and toluene as a poor solvent, the peaks considered to be homopolymers and lactides around 17 to 19 minutes and around 20 minutes Disappeared and became almost a single peak as shown in FIG. FIG. 2 shows the RI peak before and after reprecipitation and the peak at the UV detector 310 nm. When the peak area ratio was measured, the peak areas of the homopolymer and lactide were 1% or less of the target lignophenol-polylactic acid complex.
(実施例2:リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の物性確認)
(1)耐溶媒性
リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の耐溶媒性を確認するために、有機溶媒への溶解性を検討した。用いた溶媒は、クロロホルム、アセトン、DMF、およびテトラヒドロフラン(THF)である。結果を表2に示す。
(Example 2: Physical property confirmation of lignophenol-polylactic acid complex)
(1) Solvent resistance In order to confirm the solvent resistance of the lignophenol-polylactic acid complex, the solubility in an organic solvent was examined. The solvents used are chloroform, acetone, DMF, and tetrahydrofuran (THF). The results are shown in Table 2.
リグノフェノール単独では、クロロホルムに溶解しなかったが、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体はいずれもクロロホルムに溶解した。また、リグノフェノール単独ではアセトン、DMF、およびTHFに溶解したが、1/10および1/20の仕込み比の複合体のように高分子量化すると、これらの溶媒に不溶化することもわかった。 Lignophenol alone did not dissolve in chloroform, but any lignophenol-polylactic acid complex dissolved in chloroform. It was also found that lignophenol alone dissolved in acetone, DMF, and THF, but it became insoluble in these solvents when the molecular weight was increased as in the case of a composite with a charge ratio of 1/10 and 1/20.
(2)示差走査熱量測定(DSC)
次に、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の熱的特性を測定するために、EXSTAR6000(Seiko Instruments社製)を用いて示差走査熱量測定(DSC)を行った。測定は、1〜5mgのサンプルを用いて窒素雰囲気下で行った。なお、1回目の測定では熱履歴が反映されるので、一旦200℃まで昇温してサンプルを融解させ、10分間保持することにより、熱履歴を消去した。その後10℃/分で−50℃まで冷却して10分間保持した後、10℃/分で昇温した時のピークを測定した。測定結果を表3に示す。
(2) Differential scanning calorimetry (DSC)
Next, in order to measure the thermal properties of the lignophenol-polylactic acid complex, differential scanning calorimetry (DSC) was performed using EXSTAR6000 (manufactured by Seiko Instruments). The measurement was performed in a nitrogen atmosphere using 1 to 5 mg of sample. Since the thermal history is reflected in the first measurement, the thermal history is erased by once raising the temperature to 200 ° C. to melt the sample and holding it for 10 minutes. Then, after cooling to −50 ° C. at 10 ° C./min and holding for 10 minutes, the peak when the temperature was raised at 10 ° C./min was measured. Table 3 shows the measurement results.
リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の分子量が増大するにつれて、ガラス転移温度(Tg)の低下が見られた。また、明確な融解ピークは確認できなかったため、結晶性が消失し、非晶性の複合体が得られたと考えられる。 As the molecular weight of the lignophenol-polylactic acid complex increased, the glass transition temperature (Tg) decreased. Moreover, since a clear melting peak could not be confirmed, it is considered that the crystallinity disappeared and an amorphous composite was obtained.
(3)示差熱熱重量測定(TG/DTA)
さらに、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体について、SSC/5200(Seiko Instruments社製)を用いて示差熱熱重量測定(TG/DTA)を行った。測定は、1〜5mgのサンプルを用いて窒素雰囲気下、昇温速度5.0℃/分で行った。結果を図3および表4に示す。熱分解点は、最初の重量と比べて重量が3質量%減少した温度と定義した。
(3) Differential thermogravimetric measurement (TG / DTA)
Further, the lignophenol-polylactic acid complex was subjected to differential thermogravimetric measurement (TG / DTA) using SSC / 5200 (manufactured by Seiko Instruments). The measurement was performed using a sample of 1 to 5 mg in a nitrogen atmosphere at a heating rate of 5.0 ° C./min. The results are shown in FIG. The pyrolysis point was defined as the temperature at which the weight was reduced by 3% by weight compared to the initial weight.
リグノフェノール−ポリ乳酸複合体の形成により、リグノフェノール単独に比べて熱分解温度が向上した。 The formation of the lignophenol-polylactic acid complex improved the thermal decomposition temperature compared to lignophenol alone.
(実施例3:リグノフェノール−ポリ乳酸複合体によるポリ乳酸の改質−1)
(1)リグノフェノール−ポリ乳酸複合体を含むポリ乳酸シートの製造
種々のLP/LA仕込み比で調製したリグノフェノール−ポリ乳酸複合体およびポリ乳酸を、それぞれ以下の表5に示す割合で混合し、その1gをクロロホルム6mLに溶解した。この溶液を、ガラスプレート上に流しこみ、厚さ200μmのアプリケーターで均一の厚さにした。室温で12時間乾燥させた後、ガラスプレートから取り出し、その後、減圧下でさらに1日間乾燥させた。最後にポリ乳酸のガラス転移温度(Tg)以上の70℃で2時間加熱乾燥させてシートを得た。得られたシートは、50〜100μmの厚さとなった。
(Example 3: Modification of polylactic acid with lignophenol-polylactic acid complex-1)
(1) Production of polylactic acid sheet containing lignophenol-polylactic acid composite Lignophenol-polylactic acid composite and polylactic acid prepared at various LP / LA feed ratios were mixed in the proportions shown in Table 5 below. 1 g thereof was dissolved in 6 mL of chloroform. This solution was poured onto a glass plate and made uniform with an applicator having a thickness of 200 μm. After drying at room temperature for 12 hours, it was taken out from the glass plate and then further dried under reduced pressure for 1 day. Finally, the sheet was obtained by heating and drying at 70 ° C., which is higher than the glass transition temperature (Tg) of polylactic acid, for 2 hours. The obtained sheet | seat became thickness of 50-100 micrometers.
(2)結晶化度
ポリ乳酸が硬くかつ脆いという問題点は、ポリ乳酸の高い結晶化度によるものと考えられる。そこで、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体を含むポリ乳酸シートの結晶化度を、DSCにより測定した融解時の融解エンタルピーから求めた。ポリ乳酸が完全結晶化した時の融解エンタルピーは93.6J/gであり、これと比較して各シートの融解エンタルピーを求めた。結果を表5に示す。
(2) Crystallinity The problem that polylactic acid is hard and brittle is considered to be due to the high crystallinity of polylactic acid. Therefore, the degree of crystallinity of the polylactic acid sheet containing the lignophenol-polylactic acid complex was determined from the melting enthalpy at the time of melting measured by DSC. The melting enthalpy when polylactic acid was completely crystallized was 93.6 J / g, and the melting enthalpy of each sheet was determined in comparison with this. The results are shown in Table 5.
リグノフェノール−ポリ乳酸複合体をポリ乳酸に添加することにより、ポリ乳酸に比べて結晶化度の低下が確認された。なかでも、LP/LA仕込み比が1/2のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を添加することにより、ポリ乳酸の結晶化度が最も大きく低下することが分かった。これは、仕込み比1/1のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体の分子量が、リグノフェノールの分子量に近いため、リグノフェノール単独を添加した場合と同様に結晶化度がほとんど低下しないことによると考えられる。また、仕込み比1/3のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体は、ポリ乳酸の性質により近いため、ポリ乳酸単独と同様に結晶化度の低下がほとんど見られないと考えられる。 By adding the lignophenol-polylactic acid complex to polylactic acid, it was confirmed that the crystallinity was lowered as compared with polylactic acid. In particular, it was found that by adding a lignophenol-polylactic acid complex having an LP / LA charge ratio of 1/2, the crystallinity of polylactic acid is greatly reduced. This is considered to be due to the fact that the molecular weight of the lignophenol-polylactic acid complex having a charging ratio of 1/1 is close to the molecular weight of lignophenol, so that the crystallinity is hardly lowered as in the case of adding lignophenol alone. . Further, since the lignophenol-polylactic acid complex having a charging ratio of 1/3 is closer to the properties of polylactic acid, it is considered that the crystallinity is hardly lowered as in the case of polylactic acid alone.
ガラス転移温度(Tg)および融点(Tm)については、ポリ乳酸単独のシートに比べて、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体を含むポリ乳酸シートにおいてもほとんど低下が見られず、ポリ乳酸と同様の耐熱性を保持していることがわかった。 About glass transition temperature (Tg) and melting | fusing point (Tm), compared with the sheet | seat of polylactic acid alone, there is almost no fall also in the polylactic acid sheet containing a lignophenol-polylactic acid complex, and heat resistance similar to polylactic acid It was found that it retains sex.
(3)透明性
最も結晶化度が低下したLP/LA仕込み比が1/2のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を5質量%添加して製造したポリ乳酸シートについて、透明性を検討した。ポリ乳酸単独で製造したシートは透明である。一方、リグノフェノール自体が薄いピンク色に着色しているため、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体を含むポリ乳酸シートは、薄い茶色に着色した。机上に配置したマークをこのシートで覆ったところ、目視により明確に確認可能であり、透明性が保持されていることがわかった。
(3) Transparency Transparency was examined for a polylactic acid sheet produced by adding 5% by mass of a lignophenol-polylactic acid complex having an LP / LA charge ratio of 1/2 with the lowest crystallinity. Sheets made of polylactic acid alone are transparent. On the other hand, since lignophenol itself is colored light pink, the polylactic acid sheet containing the lignophenol-polylactic acid complex was colored light brown. When the mark placed on the desk was covered with this sheet, it could be clearly confirmed visually and the transparency was maintained.
(実施例4:リグノフェノール−ポリ乳酸複合体によるポリ乳酸の改質−2)
最も結晶化度が低下したLP/LA仕込み比が1/2のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を含むポリ乳酸について、一軸伸張試験を行った。一軸伸張試験は、H40mm×W5mm×D50〜100mmの寸法の試験片について、EZ Graph(島津製作所製)を用いて、クロスヘッド速度を5mm/分とし、そしてつかみ具間距離を10mmとして行った。結果を図4および表6に示す。
(Example 4: Modification of polylactic acid by lignophenol-polylactic acid complex-2)
A uniaxial extension test was performed on polylactic acid containing a lignophenol-polylactic acid complex having an LP / LA charge ratio of ½ with the lowest crystallinity. The uniaxial extension test was performed on a test piece having dimensions of H40 mm × W5 mm × D50 to 100 mm using EZ Graph (manufactured by Shimadzu Corporation) with a crosshead speed of 5 mm / min and a distance between grippers of 10 mm. The results are shown in FIG.
リグノフェノール−ポリ乳酸複合体をポリ乳酸と複合体との合計質量に対して5質量%添加することにより、最もポリ乳酸の靭性が向上した。しかし、5質量%よりも多く加えると靭性が低下することもわかった。これは、一般的に、結晶性の樹脂の場合には可塑剤の添加量が多くなると表面ににじみ出るブリードを生じやすくなることから、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体についても、添加量が多くなると靭性が低下する傾向になったと考えられる。 By adding 5% by mass of the lignophenol-polylactic acid composite with respect to the total mass of the polylactic acid and the composite, the toughness of polylactic acid was most improved. However, it has also been found that the toughness decreases when added in an amount of more than 5 mass%. This is because, in general, in the case of a crystalline resin, if the amount of the plasticizer is increased, bleeding tends to occur on the surface. Therefore, for the lignophenol-polylactic acid composite, the toughness is increased. It is thought that the trend has decreased.
次に、リグノフェノール単独、結晶化度があまり低下しなかった仕込み比が1/1または1/3のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を、ポリ乳酸に対してそれぞれ5質量%添加して製造したポリ乳酸シートについて、一軸伸張試験を行った。結果を図5および6に示す。 Next, lignophenol alone, a lignophenol-polylactic acid complex having a charging ratio of 1/1 or 1/3, whose crystallinity did not decrease so much, was prepared by adding 5% by mass with respect to polylactic acid. A uniaxial extension test was performed on the polylactic acid sheet. The results are shown in FIGS.
図5に示すように、リグノフェノール単独をポリ乳酸に添加した場合には、リグノフェノールがポリ乳酸とうまく混合せず、応力および靭性ともに低下した。これに対して、図6に示すように、リグノフェノール−ポリ乳酸複合体を添加した場合は、LP/LAが1/1〜1/3のいずれの仕込み比の複合体であっても、靭性の向上が見られた。 As shown in FIG. 5, when lignophenol alone was added to polylactic acid, lignophenol did not mix well with polylactic acid, and both stress and toughness decreased. On the other hand, as shown in FIG. 6, when the lignophenol-polylactic acid complex is added, the toughness is not limited even if the LP / LA is a complex having a charging ratio of 1/1 to 1/3. Improvement was seen.
(実施例5:D−またはDL−ラクチドを用いたリグノフェノール−ポリ乳酸複合体の合成)
リグノフェノール/ラクチド(LP/LA)の仕込み比が1/2のリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を、D−またはDL−ラクチド(東京化成工業株式会社)を用いて合成した。合成条件は、上記実施例1と同様であった。得られた各リグノフェノール−ポリ乳酸複合体について、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)および示差走査熱量測定(DSC)を行った。SECおよびDSCの測定条件は、それぞれ上記実施例1および2と同様である。結果を表7に示す。比較のために、L−ラクチドを用いたリグノフェノール−ポリ乳酸複合体の結果も示す。
(Example 5: Synthesis of lignophenol-polylactic acid complex using D- or DL-lactide)
A lignophenol-polylactic acid complex having a charge ratio of lignophenol / lactide (LP / LA) of 1/2 was synthesized using D- or DL-lactide (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.). The synthesis conditions were the same as in Example 1 above. Each obtained lignophenol-polylactic acid complex was subjected to size exclusion chromatography (SEC) and differential scanning calorimetry (DSC). The measurement conditions for SEC and DSC are the same as those in Examples 1 and 2, respectively. The results are shown in Table 7. For comparison, the results of lignophenol-polylactic acid complex using L-lactide are also shown.
表7からわかるように、DL体およびD体のラクチドを用いた場合も、L体を用いた場合とほぼ同じ分子量を有するリグノフェノール−ポリ乳酸複合体が得られた。D体のラクチドを用いたリグノフェノール−ポリ乳酸複合体のガラス転移温度(Tg)はわずかに低下していた。また、どのリグノフェノール−ポリ乳酸複合体も融解ピークが見られず、結晶性がないリグノフェノール−ポリ乳酸複合体が得られた。 As can be seen from Table 7, a lignophenol-polylactic acid complex having almost the same molecular weight as that obtained when the L-form was used also when the DL-form and D-form lactide were used. The glass transition temperature (Tg) of the lignophenol-polylactic acid complex using D-form lactide was slightly lowered. In addition, no lignophenol-polylactic acid complex showed a melting peak, and a lignophenol-polylactic acid complex having no crystallinity was obtained.
(実施例6:リグノフェノール−ポリ乳酸複合体によるポリ乳酸の改質−3)
L−、D−またはDL−ラクチドを1/2の仕込み比で用いて合成したリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を、ポリ乳酸と複合体との合計質量に対して5質量%添加したポリ乳酸シートを、上記実施例3の(1)と同様にして製造した。これらのポリ乳酸シートについて、結晶化度をDSCにより測定した。結果を表8に示す。
(Example 6: Modification of polylactic acid with lignophenol-polylactic acid complex-3)
A polylactic acid sheet in which 5% by mass of a lignophenol-polylactic acid complex synthesized using L-, D- or DL-lactide at a charging ratio of 1/2 is added to the total mass of polylactic acid and the complex. Was produced in the same manner as (1) in Example 3 above. About these polylactic acid sheets, the crystallinity was measured by DSC. The results are shown in Table 8.
L−ラクチドを用いて合成したリグノフェノール−ポリ乳酸複合体をポリ乳酸に添加した場合に、最も結晶化度が低下することがわかった。光学活性なポリ−L乳酸とポリ−D乳酸との高分子鎖は互いに対称ならせん構造を形成し、これらを1:1で混合するとステレオコンプレックスが形成される(非特許文献4)。そのため、DL−ラクチドを用いてリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を合成した場合、ステレオコンプレックスが形成されれば結晶化度が低下すると考えられるが、逆に結晶化度が上昇していた。これは、リグノフェノールから分岐したポリ乳酸鎖が短いためステレオコンプレックスが形成されなかったことによると考えられる。さらに、ステレオコンプレックスが形成されれば融点の上昇も期待される。しかし、ポリ乳酸単独の融点(Tm=169℃)とほぼ同様であることからも、ステレオコンプレックスが形成されていないと考えられる。 It was found that when the lignophenol-polylactic acid complex synthesized using L-lactide was added to polylactic acid, the crystallinity decreased most. The polymer chains of optically active poly-L lactic acid and poly-D lactic acid form a symmetrical helical structure, and when these are mixed at a ratio of 1: 1, a stereocomplex is formed (Non-patent Document 4). Therefore, when a lignophenol-polylactic acid complex is synthesized using DL-lactide, the crystallinity is considered to decrease if a stereocomplex is formed, but conversely, the crystallinity is increased. This is thought to be because the stereocomplex was not formed because the polylactic acid chain branched from lignophenol was short. Furthermore, if a stereo complex is formed, an increase in melting point is expected. However, since it is almost the same as the melting point of polylactic acid alone (T m = 169 ° C.), it is considered that a stereo complex is not formed.
(実施例7:リグノフェノール−ポリ乳酸複合体によるポリ乳酸の改質−4)
L−、D−またはDL−ラクチドをLP/LA=1/2の仕込み比で用いて合成したリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を、ポリ乳酸と複合体との合計質量に対して5質量%添加して製造したポリ乳酸シートについて、上記実施例4と同様にして一軸伸張試験を行った。結果を図7に示す。
(Example 7: Modification of polylactic acid with lignophenol-polylactic acid complex-4)
5% by mass of lignophenol-polylactic acid complex synthesized using L-, D- or DL-lactide at a charge ratio of LP / LA = 1/2 is added to the total mass of polylactic acid and the complex. The polylactic acid sheet thus manufactured was subjected to a uniaxial extension test in the same manner as in Example 4. The results are shown in FIG.
最も結晶化度が低いL−ラクチドを用いて合成したリグノフェノール−ポリ乳酸複合体を含むポリ乳酸では、最も靭性が向上することがわかった。DL体またはD体のラクチドを用いた場合は、わずかに改質効果が見られた。 It was found that the toughness is most improved in the polylactic acid containing the lignophenol-polylactic acid complex synthesized using L-lactide having the lowest crystallinity. When DL-form or D-form lactide was used, a slight modification effect was observed.
本発明によれば、植物由来材料であるリグノフェノールとポリ乳酸との複合体(リグノフェノール−ポリ乳酸複合体)が提供される。この複合体は、ポリ乳酸の改質剤として用いられ、ポリ乳酸の結晶化度を低下させ、靭性を向上させることが可能である。また、ポリ乳酸の可塑化効果も有する。さらに、この複合体は、ポリ乳酸と他のポリマーとの相溶化剤としても用いられ得る。このように、結晶性が高く、融点も高いために、樹脂原料や塗料などの各種の用途に使用する際の作業性が悪いというポリ乳酸の欠点を改質することができる。したがって、農業用資材(シート、フィルムなど)、食品包装用資材(食品包装フィルム、シート、袋など)、医療材料、その他の包装用資材(衣料、日用雑貨包装用シート、フィルム、袋など)などへのポリ乳酸の応用範囲を広げることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the composite_body | complex (lignophenol-polylactic acid composite_body | complex) of lignophenol and polylactic acid which are plant-derived materials is provided. This composite is used as a modifier of polylactic acid, and can reduce the crystallinity of polylactic acid and improve toughness. It also has the effect of plasticizing polylactic acid. Furthermore, this complex can also be used as a compatibilizer between polylactic acid and other polymers. As described above, since the crystallinity is high and the melting point is also high, it is possible to modify the disadvantage of polylactic acid that the workability when used in various applications such as resin raw materials and paints is poor. Therefore, agricultural materials (sheets, films, etc.), food packaging materials (food packaging films, sheets, bags, etc.), medical materials, and other packaging materials (clothing, daily miscellaneous goods packaging sheets, films, bags, etc.) The range of application of polylactic acid to such as can be expanded.
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