PLAの耐熱性が悪い理由

生分解性材料である PLA は、溶融温度が 180℃ までの半結晶性ポリマーです。では、なぜ一度作った材料は耐熱性に劣ってしまうのでしょうか？

その主な理由は、PLAの結晶化速度が遅く、通常の加工や成形の過程で製品の結晶化度が低いためです。化学構造的に見ると、PLA の分子鎖はキラル炭素原子上に -CH3 を含み、典型的ならせん構造を持ち、鎖セグメントの活性が低くなります。高分子材料の結晶化能力は、分子鎖の活性や核形成能力と密接に関係しています。通常の加工成形における冷却工程では、結晶化に適した温度範囲が非常に狭いため、最終製品の結晶化度が小さく、熱変形温度が低くなります。

核形成修飾は、PLA の結晶化度を高め、結晶化速度を加速し、結晶化特性を改善して PLA の耐熱性を向上させる効果的な方法です。したがって、核生成、熱処理、架橋などの PLA 材料の改質は、熱変形温度を上昇させ、耐熱性を向上させることにより、PLA 製品の適用範囲を広げる上で重要な役割を果たします。

核剤は無機核剤と有機核剤に分けられます。無機核剤には主にフィロケイ酸塩、ヒドロキシアパタイトとその誘導体、炭素材料、その他の無機ナノ粒子が含まれます。粘土は、PLA 改質に一般的に使用される別の種類の層状ケイ酸塩鉱物材料であり、その中でモンモリロナイトが最も代表的です。主な有機核剤は、アミド化合物、ビシルヒドラジドおよびビウレア、バイオマス小分子、有機金属リン/ホスホネート、および多面体オリゴシロキシです。

熱安定性を向上させるために複雑な核形成添加剤を添加すると、単一の添加剤を添加するよりも優れています。PLA の主な分解形式は吸湿後の加水分解であるため、疎水性添加剤のジメチルシリコーンオイルを添加して吸湿性を低下させたり、アルカリ添加剤を添加して PLA の PH 値を変化させて PLA の分解速度を低下させる溶融ブレンド法も使用できます。