JPH1135663A - 乳酸系ポリエステルの製造方法および乳酸系ポリエステル - Google Patents
乳酸系ポリエステルの製造方法および乳酸系ポリエステルInfo
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Abstract
ることなく、乳酸単位がラセミ化した乳酸系ポリエステ
ルを製造する方法を提供する。 【解決手段】 L−ラクチドまたはD−ラクチドの少な
くとも一方をモノマーの一つとして重合触媒の存在下に
開環重合する際に、ラセミ化剤として少なくとも1種の
アルカリ金属化合物をモノマーに対して0.005〜
0.2mol%および/または少なくとも1種のアルカ
リ土類金属化合物をモノマーに対して0.02〜0.5
mol%共存せしめることを特徴とする乳酸系ポリエス
テルの製造方法。
Description
とが知られている乳酸系ポリエステルを製造する方法に
関する。さらに詳しくは、高価なDL−ラクチドを用い
ることなく乳酸系ポリエステルを製造する方法に関す
る。
ら、生分解性を有する脂肪族ポリエステルの開発が盛ん
に行なわれている。これらの脂肪族ポリエステルは微生
物や酵素によって最終的には水と二酸化炭素に分解され
るため、これを用いた製品の環境に与える負荷が大きく
低減される。様々な脂肪族ポリエステルのなかでも乳酸
から合成される乳酸系ポリエステルは熱可塑性であり、
他のポリエステルに比較してその優れた物性が注目され
ている。
ばれる乳酸の環状ジエステルの開環重合により実用的な
分子量のものが得られる。例えば光学活性なL−ラクチ
ドからポリL−乳酸が得られ、その融点は175℃以上
で、結晶性の高分子であり、物性的にポリエチレンテレ
フタレートやポリスチレンを代替できる可能性を有して
いる。また、クロロホルムなどの特殊な溶剤にしか溶解
せず、その溶液はL−乳酸と同じく旋光性を有する。
チドのラセミ体、L−ラクチドとD−ラクチドの等量混
合物)やメソラクチド(メソ体)からポリDL−乳酸が
得られるが、融点を有さない非晶性の高分子であり、ト
ルエン、メチルエチルケトンや酢酸エチルといった汎用
溶剤にも溶解する。当然のことながら、溶液は旋光性を
有しない。
び/またはメソラクチドを種々の割合で混合したものか
ら、ポリL−乳酸とポリDL−乳酸の中間の光学純度を
有するポリ乳酸が得られる。以下本発明においては、こ
のようなポリ乳酸やポリDL−乳酸等のL−乳酸単位と
D−乳酸単位が主鎖中に混在した乳酸系ポリエステル
を、乳酸単位がラセミ化した乳酸系ポリエステルと総称
することにする。例えばポリL−乳酸にD−乳酸単位が
含まれると融点が低下することが知られているが、例え
ばL−乳酸/D−乳酸が90/10のポリ乳酸はすでに
融点が確認されず、非晶性となり、汎用溶剤にもかなり
溶解するようになる。
ルは融点が低下あるいは非晶性となり、汎用溶剤に可溶
になるため機能性樹脂として種々の用途が考えられる。
また結晶性が低下または非晶性になることで加水分解も
ポリL−乳酸に比較して速くなるため高い分解速度が要
求されるような用途にも応用が期待される。しかしなが
ら、その合成に必要とされるDL−ラクチドやメソラク
チドは合成の際の収率が低く、高価であることが問題で
あった。
する課題は、高価なDL−ラクチドやメソラクチドを用
いることなく、乳酸単位がラセミ化した乳酸系ポリエス
テルを製造する方法を提供することにある。
題を解決すべく鋭意検討を行なった結果、L−ラクチド
またはD−ラクチドのいずれか一方を原料モノマーの一
つとして重合触媒の存在下に開環重合する際に、ラセミ
化剤としてアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合
物のうちの少なくとも1種を特定の範囲の濃度で共存せ
しめることにより、乳酸単位がラセミ化した乳酸系ポリ
エステルが得られることを見出し、本発明を完成させる
に至った。すなわち本発明は、L−ラクチドまたはD−
ラクチドの少なくとも一方を原料モノマーの一つとして
重合触媒の存在下に開環重合する際に、ラセミ化剤とし
て少なくとも1種のアルカリ金属化合物をモノマーに対
して0.005〜0.2mol%および/または少なく
とも1種のアルカリ土類金属化合物をモノマーに対して
0.02〜0.5mol%共存せしめることを特徴とす
る乳酸系ポリエステルの製造方法である。
テルの組成はポリ乳酸ホモポリマーもしくはそのコポリ
マーである。ポリ乳酸ホモポリマーの場合、L−乳酸と
D−乳酸が種々の割合で含まれたものが得られる。
少なくとも一方を原料とした場合、重合時間、温度や重
合触媒の種類、量ならびにラセミ化剤の種類、量によ
り、式(1)に示すように全乳酸単位において(L−乳
酸比率)−(D−乳酸比率)の絶対値が0%以上98%
以下のものが得られることになり、好ましい。より好ま
しくは0〜90%、さらに好ましくは0〜80%のもの
である。
成分としては、例えばグリコリド、ブチロラクトン、バ
レロラクトン、カプロラクトン等のラクトン類、トリメ
チレンカーボネート、ネオペンチレンカーボネート等の
環状カーボネート類、ポリエチレングリコール、ポリプ
ロピレングリコール、ポリエチレン/プロピレングリコ
ール等のポリアルキレングリコール類、コハク酸、アジ
ピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ダイマー酸といっ
た脂肪族二塩基酸とエチレングリコール、プロピレング
リコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ポリア
ルキレングリコール、グリセリン等の脂肪族グリコール
類が重縮合した脂肪族ポリエステル類などが挙げられ
る。
上を併用することも可能である。一般に2種以上を併用
すると両者の割合によっては非晶性になることが知られ
ている。共重合される量は特に制限されないが、通常は
全体の50mol%以内である。共重合することによ
り、用いた重合条件で乳酸単位を充分にラセミ化できな
い、すなわちホモポリマーの場合では融点が十分に低下
しない、溶解性が向上しないといった場合でもその物性
を補完することができる。
ルは、ウベローデ粘度管を用いてクロロホルム中におい
て25℃で測定される還元粘度(濃度0.5g/dl)
が、式(2)に示すように0.1dl/g以上1.2d
l/g以下の比較的高分子量であることが好ましい。還
元粘度が0.1dl/gより小さいとその乳酸系ポリエ
ステルは実用上十分な物性を示さず、また1.2dl/
gより大きいと例えば溶解して用いる場合に高濃度のワ
ニスを調製することができないなどの取扱いにくくな
る。
合にも用いられる。溶液重合の場合、トルエン、キシレ
ン等のモノマーと反応しない比較的高い沸点を有する溶
媒中で加熱することにより行なわれる。本発明において
は重合速度、重合コストなどの点から、溶融重合で行な
われる方が好ましく、通常はラクチドの融点以上の温度
である100〜220℃の範囲である。より好ましくは
ポリL−乳酸の融点の近傍である150〜200℃で行
なわれる。温度が100℃より低いと重合およびラセミ
化の進行に多大な時間を要し、また温度が220℃より
高いと生成したポリエステルの分解を伴う。また、上記
の反応は常圧、減圧、加圧いずれの条件下でも可能であ
るが、重合に不活性なガス雰囲気、例えば窒素ガス雰囲
気を保持することが必要である。
とも1種のアルカリ金属化合物および/またはアルカリ
土類金属化合物である。アルカリ金属化合物としては、
例えばリチウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化
合物、アルカリ土類金属化合物としてはマグネシウム化
合物、カルシウム化合物が挙げられ、これらの酢酸塩、
プロピオン酸塩、オクチル酸塩、ラウリン酸塩、ミリス
チン酸塩、パルミチン酸塩、ステアリン酸塩、安息香酸
塩、サリチル酸塩、シュウ酸塩、乳酸塩、酒石酸塩、ク
エン酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、炭酸塩、アセチルアセ
トン錯塩、塩化物、酸化物、水素化物、水酸化物などが
用いられる。
リ金属化合物を用いた方がアルカリ土類金属化合物の場
合に比較して高い。しかしながら、アルカリ金属化合物
は熱分解活性もかなり高いため、得られるポリエステル
の分子量を低下させることが多いことからマグネシウム
化合物、カルシウム化合物が好ましい。そのなかでも酢
酸マグネシウム、オクチル酸マグネシウム、ステアリン
酸マグネシウム、マグネシウムアセチルアセトネート、
酢酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、乳酸カルシ
ウム、カルシウムアセチルアセトネート、水素化カルシ
ウムなどが特に好適に用いられる。これらの化合物は単
独でも、あるいは2種以上を併用することも可能であ
る。
を用いる場合、モノマーに対して0.005〜0.2m
ol%の範囲で用いられる。好ましくは0.01〜0.
15mol%、さらに好ましくは0.01〜0.10m
ol%である。0.005mol%より少ないとラセミ
化剤としての効果がみられず、0.2mol%より多い
と生成するポリエステルの分子量が著しく低下し、また
著しく着色するため好ましくない。
ノマーに対して0.02〜0.5mol%の範囲で用い
られる。好ましくは0.05〜0.3mol%、さらに
好ましくは0.05〜0.25mol%である。0.0
2mol%より少ないとラセミ化剤としての効果がみら
れず、0.5mol%より多いと生成するポリエステル
の分子量が低下する。
か、もしくは重合がある程度進行した時点で添加する。
ラセミ化剤の効果を最大限に利用するために、原料の仕
込みの際に添加しておくのが好ましい。これらは粉末の
まま、または重合に不活性な溶媒中に分散させて添加す
ることも可能である。
類の開環重合に用いられるものがいずれも使用可能であ
り、例えばスズ化合物としてスズ粉末、酸化スズ、塩化
スズ、オクチル酸スズ、ラウリル酸ジブチルスズ、酸化
ジブチルスズ、テトラフェニルスズ、アルミニウム化合
物としてアルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム
アセチルアセトネート、チタン化合物としてチタンテト
ラブトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタン
オキシアセチルアセトネート、ジルコニウム化合物とし
てジルコニウムオキシアセチルアセトネート、亜鉛化合
物として、亜鉛粉末、酸化亜鉛、酢酸亜鉛、オクチル酸
亜鉛、ステアリン酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトネート、
アンチモン化合物として、酸化アンチモン、テトラブト
キシアンチモン、希土類化合物として、酢酸ランタン、
ランタントリスアセチルアセトネート、ランタントリス
ジピバロイルメタナート、イットリウムトリスアセチル
アセトネート、イットリウムイソプロポキシドなどが挙
げられる。好ましくはスズ化合物、アルミニウム化合物
であり、より好ましくは重合速度、得られる乳酸系ポリ
エステルの物性の点から、スズ化合物である。具体的に
はオクチル酸スズ、塩化スズ、ラウリル酸ジブチルスズ
等が特に好ましい。これらの化合物は単独で用いても、
または2種以上を併用しても差し支えない。
しくは0.001〜0.4mol%の範囲である。より
好ましくは0.005〜0.2mol%である。0.0
01mol%より少ないと重合に多大な時間が要し、ま
た0.4mol%より多いと重合は速いが得られた重合
体は着色が激しく、熱安定性が低いなど物性が劣るので
好ましくない。重合触媒は原料の仕込みの際に添加する
か、モノマーが溶融してからある程度時間を経た時点で
添加する。粉末または液体のまま、または重合に不活性
な溶媒に溶解させて添加することも可能である。
子量を制御するために、活性水素化合物を添加すること
も可能である。活性水素化合物としては、例えばアルコ
ール、カルボン酸などが挙げられる。具体的には、アル
コール類としては、ラウリルアルコール、ミリスチルア
ルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコー
ルなどの脂肪族長鎖モノアルコールやエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサメ
チレングリコール、グリセリン等の脂肪族グリコール類
が挙げられる。また、カルボン酸としては、乳酸、酢
酸、プロピオン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミ
チン酸、ステアリン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン
酸などが挙げられる。重合速度への影響を考慮すると、
アルコール類が特に好ましい。
るラクチドなどのモノマーや触媒を除去することで乳酸
系ポリエステルの安定性を増加させることができる。除
去方法としては溶媒に溶解させた後に、ポリエステルが
不溶である溶媒を用いて再沈殿する方法、溶媒に溶解さ
せた後またはそのまま酸性の水に接触させて分液する方
法や、失活剤を添加した後または添加せずに溶融状態で
減圧下に保持して低分子量物を揮発させる方法など、公
知の方法がいずれも可能である。
いて乳酸単位の大部分がラセミ化している場合、トルエ
ン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチル
ケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフランや酢酸
エチル等の種々の工業用汎用溶剤にも溶解する。したが
って各種インキ、各種塗料、コーティング剤の生分解性
バインダー樹脂として有用である。また、融点が低下す
る場合、ホットメルト接着剤やホットメルトコーティン
グ剤として有用である。また、ラセミ化した乳酸系ポリ
エステルは加水分解もポリL−乳酸に比較して速いた
め、高い分解速度を要求される成形品としての用途にも
有用である。この場合、無機、有機のフィラー、各種安
定剤、着色剤、ワックスなどを必要に応じて併用できる
ことは当然である。また樹脂自体を加水分解促進材とし
て種々の成形体にブレンドすることも可能である。
説明するが、本発明はこれらの実施例により限定される
ものではない。なお、実施例中の各測定項目は以下の方
法にしたがって測定されたものである。
ロロホルム中25℃で測定した(溶液濃度0.5g/d
l)。分子量はクロロホルムを溶離液とするゲル濾過浸
透クロマトグラフィー(日立製作所製GPCシステム;
RI検出器、カラム:Shodex K−804+80
25、カラム温度35℃)よりポリスチレン標準マーカ
ーとの比較から算出した。比旋光度は、クロロホルム中
20℃で、旋光計(堀場製作所製SEPA−200)を
用いて測定した(溶液濃度10mg/ml)。融点はD
SC(島津製作所製DSC−50)を用いて、アルゴン
雰囲気中サンプル5mgを10℃/minで昇温させて
測定した。
9.4mmol)およびオクチル酸スズ(2−エチルヘ
キサン酸スズ)3mg(7μmol、アルドリッチ社
製)のトルエン溶液を攪拌装置、窒素導入管を有する重
合管に投入し、室温で1時間減圧乾燥を行ない、続いて
充分に窒素置換を行なった。
ルシウムアセチルアセトネート24mg(0.14mo
l%,東京化成製)を窒素雰囲気のグローブボックス内
で重合管に投入した。重合管を190℃のオイルバスに
浸漬し、窒素雰囲気下で2時間重合した。得られたポリ
乳酸を最少量のクロロホルムに溶解し、10倍量のメタ
ノールに滴下して再沈殿させた。得られたわずかに黄褐
色のポリ乳酸のηsp/Cは0.446dl/gであり、
GPCによる平均分子量は42000であった。融点は
観察されず、MEK/トルエン(50/50)の混合溶
媒に不揮発分濃度(以下、NVと示す)=30%の割合
で溶解した。
であり、純粋なポリL−乳酸(157.5°)に比較し
てラセミ化が進行しているのが確認できた。先に既知の
割合のL−ラクチドとDL−ラクチドから合成されたラ
セミ化ポリ乳酸の比旋光度を測定して得られた検量線を
用いて測定された比旋光度から求められたこのポリ乳酸
の(L−乳酸比率)−(D−乳酸比率)の絶対値は78
%である。
ウムアセチルアセトネートの代わりに、表1に示すよう
にそれぞれ酸化カルシウム(和光純薬製;99.9
%)、乳酸カルシウム(ナカライテスク製)、水素化カ
ルシウム(ナカライテスク製)、酢酸カルシウム(ナカ
ライテスク製)、マグネシウムアセチルアセトネート
(ナカライテスク製)を0.14mol%添加した点以
外は、実施例1と同様にして重合を行なった。重合時間
も異なる。結果を表1に示す。
9.4mmol)およびアルミニウムアセチルアセトネ
ート9mg(28μmol、関東化学製99.99%)
のトルエン溶液を攪拌装置、窒素導入管を有する重合管
に投入して、室温で1時間減圧乾燥を行ない、続いて充
分に窒素置換を行なった。
ルシウムアセチルアセトネート24mg(0.14mo
l%,東京化成製)を窒素雰囲気のグローブボックス内
で重合管に投入した。重合管を190℃のオイルバスに
浸漬して、5時間重合を行なった。得られたポリ乳酸を
最小量のクロロホルムに溶解して、10倍量のメタノー
ルに滴下して再沈殿させた。得られた褐色のポリ乳酸の
ηsp/Cは0.246dl/gであった。融点は観察さ
れず、MEK/トルエン(50/50)の混合溶媒にN
V=30%の割合で溶解した。
あり、純粋なポリL−乳酸(−157.5°)に比較し
てラセミ化が進行していることが確認できた。測定され
た比旋光度から求められたこのポリ乳酸の(L−乳酸比
率)−(D−乳酸比率)の絶対値は62%である。
カルシウム0.288mol%および0.036mol
%添加した以外の点は、実施例7と同様に重合を行なっ
た。結果を表1に示す。
セミ化剤は添加せずに、酸末端封鎖剤ならびに分子量調
節剤としてラウリルアルコールを添加して重合を行なっ
たところ、得られた薄黄色のポリ乳酸のηsp/Cは1.
455dl/gであった。DSCでは178℃にシャー
プな結晶融解ピークが観測された。比旋光度は−15
6.9°であり、ラセミ化は全く進行していなかった。
得られたポリ乳酸はMEK/トルエン(50/50)の
混合溶媒にわずかに膨潤するのみで溶解しなかった。
ートを0.01mol添加した点以外は、実施例1と同
様にして2時間重合を行なったところ、得られたポリ乳
酸はほとんどラセミ化しておらず、ラセミ化剤の添加効
果はみられなかった。
ートを1.0mol%添加した点以外は、実施例1と同
様にして2時間重合を行なったところ、得られたポリ乳
酸のηsp/Cは0.070dl/gであり非常に低分子
量であった。さらに4時間重合を続行したところ、黒色
のタール状になってしまい実用できるものではなかっ
た。
ズを添加しない以外の点は、実施例1と同様に重合を行
なったところ、24時間で転化率は35%であり重合が
ほとんど進行しなかった。
シウムアセチルアセトネート、Ca(lact)2 は乳
酸カルシウム、Ca(OAc)2 は酢酸カルシウム、M
g(acac)2 はマグネシウムアセチルアセトネート
をそれぞれ表す。
−乳酸に比較して汎用溶剤に可溶であり、高い分解速度
を有する、乳酸単位がラセミ化された乳酸系ポリエステ
ルを、高価なDL−ラクチドやメソラクチドを用いるこ
となく製造することができる。したがって、乳酸系ポリ
エステルを塗料バインダー、接着剤、コーティング剤な
ど種々の機能性樹脂として応用するうえで寄与するとこ
ろが大きい。
Claims (4)
- 【請求項1】 L−ラクチドまたはD−ラクチドの少な
くとも一方を原料モノマーの一つとして重合触媒の存在
下に開環重合する際に、ラセミ化剤として少なくとも1
種のアルカリ金属化合物をモノマーに対して0.005
〜0.2mol%および/または少なくとも1種のアル
カリ土類金属化合物をモノマーに対して0.02〜0.
5mol%共存せしめることを特徴とする乳酸系ポリエ
ステルの製造方法。 - 【請求項2】 開環重合が溶融状態で行なわれる請求項
1記載の乳酸系ポリエステルの製造方法。 - 【請求項3】 重合触媒がスズ化合物であり、かつラセ
ミ化剤がマグネシウム化合物および/またはカルシウム
化合物である請求項1または2に記載の乳酸系ポリエス
テルの製造方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の方法に
より得られた乳酸系ポリエステルであって、かつ下記式
(1)および式(2)を満足する乳酸系ポリエステル。 【数1】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19967697A JP3968604B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 乳酸系ポリエステルの製造方法および乳酸系ポリエステル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19967697A JP3968604B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 乳酸系ポリエステルの製造方法および乳酸系ポリエステル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1135663A true JPH1135663A (ja) | 1999-02-09 |
| JP3968604B2 JP3968604B2 (ja) | 2007-08-29 |
Family
ID=16411770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19967697A Expired - Fee Related JP3968604B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 乳酸系ポリエステルの製造方法および乳酸系ポリエステル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3968604B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003091238A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Haruo Nishida | Process for producing lactide |
| JP2007119553A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Teijin Ltd | ポリ乳酸フィルム |
| CN105906789A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-31 | 常州大学 | 一种合成聚乙醇酸的高效催化剂 |
| US9644052B2 (en) | 2000-11-10 | 2017-05-09 | Bridgestone Corporation | Functionalized high cis-1,4-polybutadiene prepared using novel functionalizing agents |
-
1997
- 1997-07-25 JP JP19967697A patent/JP3968604B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9644052B2 (en) | 2000-11-10 | 2017-05-09 | Bridgestone Corporation | Functionalized high cis-1,4-polybutadiene prepared using novel functionalizing agents |
| WO2003091238A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Haruo Nishida | Process for producing lactide |
| JP2007119553A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Teijin Ltd | ポリ乳酸フィルム |
| CN105906789A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-31 | 常州大学 | 一种合成聚乙醇酸的高效催化剂 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3968604B2 (ja) | 2007-08-29 |
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