CN101679727A - 生物降解性树脂组合物及其制造方法 - Google Patents

生物降解性树脂组合物及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包含含有聚乳酸和聚对苯二甲酸丁二醇酯的树脂成分与含有玉米淀粉的粉末植物纤维成分的生物降解性树脂组合物及其制造方法。本发明中的生物降解性树脂组合物中，若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，则(A)树脂成分含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯，(B)粉末植物纤维成分含有10～70重量份的玉米淀粉。本发明中的生物降解性树脂组合物可以很好地用于制造成型品。

Description

生物降解性树脂组合物及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种包含含有聚乳酸和聚对苯二甲酸丁二醇酯而成的树脂成分与含有玉米淀粉而成的粉末植物纤维成分的生物降解性树脂组合物及其制造方法。
背景技术
例如，在专利文献1中公开了一种生物降解性树脂组合物，其是相对100重量份脂肪族聚酯加入淀粉系物质及植物粉粒体的生物降解性树脂组合物，其中，(a)淀粉系物质配合量与植物粉粒体配合量共计50～400重量份，而且，(b)如果淀粉系物质配合量与植物粉粒体配合量共计100重量份，则植物粉粒体配合量为20～80重量份，进而，根据需要加入50重量份以下作为发泡剂的水，另外，根据需要加入30重量份以下作为发泡核剂的无机物粉，还公开了一种生物降解性树脂发泡体及其制法，其是在加压化下过热、熔融上述生物降解性树脂组合物，然后降低压力，进行发泡成型，从而得到。
进而，专利文献1还公开了：可以使用聚乳酸作为上述脂肪族聚酯，可以使用玉米淀粉作为上述淀粉系物质，可以使用稻壳粉作为上述植物粉粒体(参照专利文献1段落编号0010、0013及0014等)；进而，还公开了：可以将上述生物降解性树脂发泡体用作餐具容器、包装用缓冲材料等。
但是，在专利文献1中公开的生物降解性树脂组合物由于被用作上述脂肪族聚酯的聚乳酸的刚性高而稠度少，所以将上述组合物进行成型之后的成型品，即，上述生物降解性树脂发泡体的破坏强度变弱。因而，在专利文献1中，不能提供如下所述的生物降解性树脂组合物，即：即使得到的成型品的壁厚较薄，其成型品也具有某种程度的刚性而且在成型(注射模塑成型·吹塑成型等)时具有充分的伸长性的生物降解性树脂组合物。
另外，在专利文献2中公开了一种生物降解性薄膜及由该薄膜形成的袋体，其特征在于，至少含有由碳原子数2～5的脂肪族二醇类与碳原子数3～6的脂肪族二羧酸形成的聚酯(成分A)及具有生物降解性的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(成分B)而成，成分A的含量相对成分A及成分B的总量，为超过50重量％、95重量％以下。
进而，在专利文献2中公开了一种上述成分A为选自聚琥珀酸丁二醇酯、聚琥珀酸-对苯二甲酸-丁二醇酯、聚琥珀酸-己二酸-丁二醇酯、聚琥珀酸-碳酸-丁二醇酯、聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯、聚琥珀酸-己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯、聚琥珀酸丁二醇酯及它们的改性物中的1种以上聚酯(参照专利文献2权利要求3)。
但是，在专利文献2中的聚对苯二甲酸丁二醇酯系树脂适于袋体等的薄膜的成型，抗拉强度或拉伸断裂伸长出色，但由于不像聚乳酸这样为高刚性，所以不能维持得到的成型品的形状，即没有自立性。
专利文献1：特开2001-302835号公报
专利文献2：特开2005-280797号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种在成型(例如注射模塑成型、吹塑成型、真空成型及片材成型等)时具有充分的伸长性、成型时的流动性也好、而且成型后的成型品的收缩率小、精密的成型品的成型性出色的生物降解性树脂组合物，其是即使得到的成型品的壁厚的厚度较薄也能够给上述成型品带来某种程度的刚性的生物降解性树脂组合物(即，用于成型成型品的生物降解性树脂组合物)及其制造方法。
本发明的一个要旨在于提供一种生物降解性树脂组合物，其是含有(A)含有聚乳酸及聚对苯二甲酸丁二醇酯的树脂成分(以下也称为“(A)树脂成分”)和(B)含有玉米淀粉的粉末植物纤维成分(以下也称为“(B)粉末树脂纤维成分”)的生物降解性树脂组合物，其中，
若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，
则(A)树脂成分含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯，
(B)粉末植物纤维成分含有10～70重量份的玉米淀粉。
本发明中的生物降解性树脂组合物可以很好地用作用于制造成型品(或成形品)的生物降解性树脂组合物。
本发明中的生物降解性树脂组合物优选(B)粉末植物纤维成分进一步含有10～30重量份的植物残渣，而且，玉米淀粉与植物残渣总计10～70重量份。
本发明的另一个要旨在于提供一种生物降解性树脂组合物的制造方法，其是上述生物降解性树脂组合物的制造方法，其中，
具有：
若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，
则(i)粉碎含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯的(A)树脂成分的工序(以下也称为“粉碎工序”)，和
(ii)混炼含有10～70重量份的玉米淀粉的(B)粉末植物纤维成分与在上述粉碎工序中得到的树脂成分的工序(以下也称为“混炼工序”)。
本发明的一个方式在于提供一种生物降解性树脂组合物的制造方法，其中，在上述(i)粉碎工序中，将(A)树脂成分粉碎成500μm以下的粒径(或粒子尺寸)。
进而，本发明的优选方式在于提供一种制造方法，其中，
进一步具有：
(iii)由在上述(ii)混炼工序中得到的混炼成分制造成型用原材料的工序(以下也称为“成型用原材料制造工序”)。
本发明的优选要旨在于提供一种成型品，其是从上述生物降解性树脂组合物制造的成型品。
由于本发明中的生物降解性树脂组合物是含有(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分的生物降解性树脂组合物，即，若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，
则(A)树脂成分含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯，
(B)粉末植物纤维成分含有10～70重量份的玉米淀粉，
因此，本发明中的生物降解性树脂组合物是在成型(例如注射模塑成型、吹塑成型、真空成型及片材成型等)时具有充分的伸长性、成型时的流动性也好、而且成型后的成型品的收缩率小、精密的成型品的成型性出色的生物降解性树脂组合物，优选即使得到的成型品的壁厚的厚度较薄也能够给上述成型品带来某种程度的刚性的生物降解性树脂组合物(即，用于成型成型品的生物降解性树脂组合物)。
在本发明中的生物降解性树脂组合物中，(B)粉末植物纤维成分进一步含有10～30重量份的植物残渣，而且，玉米淀粉与植物残渣共计10～70重量份的情况下，耐热性可以提高，防静电性也可以提高。
本发明中的生物降解性树脂组合物的制造方法由于
具有：
若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，
则(i)粉碎含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯的(A)树脂成分的工序，和
(ii)混炼含有10～70重量份的玉米淀粉的(B)粉末植物纤维成分与在上述粉碎工序中得到的树脂成分的工序，
因此，通过具有上述粉碎工序，进行利用以往方法无法进行的树脂成分与粉末植物纤维成分的混炼成为可能。
在本发明中的制造方法在上述(i)粉碎工序中，将(A)树脂成分粉碎成500μm以下的粒径的情况下，可以更有效地进行(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分的混炼，树脂组合物的均一性进一步提高。进而，在混炼工序中，以更低能量的混炼成为可能。
在本发明中的制造方法进一步具有由在上述(ii)混炼工序中得到的混炼成分(iii)制造成型用原材料的工序的情况下，可以制造适于目标成型品的成型用原材料。
具体实施方式
本发明中的生物降解性树脂组合物含有特定的(A)树脂成分与特定的(B)含有玉米淀粉的粉末植物纤维成分，若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，
则(A)树脂成分含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯，
(B)粉末植物纤维成分含有10～70重量份的玉米淀粉。
本发明中的“(A)树脂成分”是指，若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，则含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯，只要能够得到本发明的目标生物降解性树脂组合物，也可以含有其他生物降解性树脂。
在上述树脂成分中的聚乳酸的含量不到20重量份的情况下，由于得到的成型品的刚性差，所以成型品的性质接近柔软物质，如果超过50重量份，则刚性过高，所以成型品的破坏强度劣化。
在上述聚对苯二甲酸丁二醇酯的含量不到10重量份的情况下，生物降解性树脂组合物的伸长性差，所以成型性恶化，如果超过40重量份，则伸长性过剩，成型品的性质接近柔软物质。
聚乳酸的含量优选为20～48重量份，更优选为25～45重量份，特别优选为30～40重量份。
聚对苯二甲酸丁二醇酯的含量优选为10～38重量％，更优选为12～35重量％，特别优选为15～25重量％。
本发明中的“聚乳酸”通常被称为聚乳酸，具有生物降解性，只要能够得到本发明的目标生物降解性树脂组合物，则没有特别限定。可以例示从植物例如来自玉米的原料生产的聚乳酸。聚乳酸可以利用常规的方法制造，但也可以使用市售的聚乳酸。例如，可以例示ネイチヤ一ワ一クス公司的PLA(商品名)及三井化学公司的レイシア(商品名)等。
本发明中的“聚对苯二甲酸丁二醇酯”通常被称为聚对苯二甲酸丁二醇酯，具有生物降解性，只要能够得到本发明的目标生物降解性树脂组合物，则没有特别限定。聚对苯二甲酸乙二醇酯可以利用常规的方法制造，但也可以使用市售的聚对苯二甲酸乙二醇酯。例如，可以例示BASF日本(株)公司出售的エコフレツクス(商品名)等。
另外，作为(A)树脂成分可含有的其他生物降解性树脂，例如可以例示聚对苯二甲酸乙二醇酯(例如杜邦公司的Biomax(商品名)，昭和高分子公司的ビオノ一レ(商品名))。在(A)树脂成分含有其他生物降解性树脂的情况下，也可以用其他生物降解性树脂置换聚乳酸的一部分。
本发明中的(B)粉末植物纤维成分是指，若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，则含有10～70重量份的玉米淀粉，只要能够得到本发明的目标生物降解性树脂组合物，也可以含有其他粉末植物纤维。
在玉米淀粉的含量不到10重量份的情况下，不能降低成本。在玉米淀粉的含量超过70重量份的情况下，生物降解性树脂组合物的成型性变差，在从模具剥离成型品时，成型品破碎。
本发明中的“玉米淀粉”通常被称为玉米淀粉，只要能够得到本发明的目标生物降解性树脂组合物，则没有特别限定。玉米淀粉也可以使用市售的产品。
玉米淀粉的含量优选为15～65重量份，更优选为20～65重量份，特别优选为30～60重量份。
另外，作为其他粉末植物纤维，例如可以例示稻壳、烧酒的榨完油的渣滓、米、木薯淀粉、茶叶渣、洋麻及甘蔗的渣滓等植物残渣及生物体等。
本发明中的(B)粉末植物纤维成分可以含有10～30重量份，也可以含有10～20重量份这些其他粉末植物纤维。
本发明中的生物降解性树脂组合物也可以适当地含有通常被使用的添加剂，例如滑石等成核材料及颜料等。
本发明中的生物降解性树脂组合物的制造方法具有：
若(A)树脂成分与(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，
则(i)粉碎含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯的(A)树脂成分的工序，和
(ii)混炼含有10～70重量份的玉米淀粉的(B)粉末植物纤维成分与在上述粉碎工序中得到的树脂成分的工序。
本发明中的制造方法在上述粉碎工序中，例如粉碎丸状等形态的含有聚乳酸和聚对苯二甲酸丁二醇酯的(A)树脂成分，将其与含有玉米淀粉的(B)粉末植物纤维成分混合、混炼。
在上述(i)粉碎工序中，优选将(A)树脂成分粉碎成粒径为500μm以下。在本发明中，粒径是指粒子的长径的平均。
本发明人等发现：若在(A)树脂成分的粒径为500μm以下的情况下，可以利用混炼工序均一地混炼(B)粉末植物纤维成分与(A)树脂成分，则树脂组合物的均一性进一步提高。进而，还发现：在混炼工序中，更低能量的混炼成为可能，另外，从生物降解性树脂组合物成型的成型品的耐湿性也可以提高。
(A)树脂成分的粉碎方法只要能够粉碎，则没有特别限定，优选使用湿式粉碎法或冷冻粉碎法。更优选使用湿式粉碎法。
在(A)树脂成分的粒径超过500μm的情况下，在混炼粒径和熔融温度不同的多种树脂成分及粉末植物纤维成分时，在均一的混合中有时会发生不均。因而，成型的稳定性有时也会降低。
本发明的另一个方式提供一种上述的生物降解性树脂组合物的制造方法，其中，(B)粉末植物纤维成分进一步含有10～30重量份的植物残渣，而且，玉米淀粉和植物残渣共计10～70重量份。
在该方式中，本发明可以得到耐热性可以提高、防静电性也可以提高的成型品。
本发明中的生物降解性树脂组合物的制造方法可以进一步具有(iii)由在上述(ii)混炼工序中得到的混炼成分制造成型用原材料的工序。
利用该(iii)成型用原材料制造工序，可以制造适于目标成型品的成型用原材料。
该成型用原材料例如可以为丸(pellet)状、粉末、颗粒及粒状等各种形态。通常优选为丸状。之后，该成型用原材料例如使用适于注射模塑成型、吹塑成型、真空成型及片材成型等已知的成型方法来成型成各种生物降解性树脂成型品。
对成型的成型品的壁厚的厚度没有特别限定，优选为所谓的轻薄，例如，优选为0.5～3mm，更优选为0.5～1mm，特别优选为0.5～0.8mm。
作为成型的轻薄的成型品(或制品)，例如可以例示托盘(tray)及杯垫(coaster)等较薄的餐具类、DVD及软盘(floppy disk)等的盒、坐垫及开放文件(open file)等较薄的文具制品、饮料及各种调味品的瓶装制品、手机的壳体、家电制品的零件、事务用仪器的零件、汽车用零件等。
实施例
以下利用实施例及比较例更详细地说明本发明中的生物降解性组合物及其制造方法，但这些是用于说明本发明的例子，本发明完全不被这些说明所限制。
使用聚乳酸(ネイチヤ一ワ一クス公司制的PLA(商品名)、三井化学公司制的レイシア(商品名))和聚对苯二甲酸丁二醇酯(BASF日本公司制的エコフレツクス(商品名))，制备了树脂成分。
将树脂成分配合成表1中记载的聚乳酸与聚对苯二甲酸丁二醇酯的组成，粉碎成为表1的粒径。在室温下，以湿式，利用石臼式粉碎。之后，脱水、干燥，得到树脂成分的粉碎物。
例子中使用的聚乳酸的玻璃化转变温度约为55～60℃，聚对苯二甲酸丁二醇酯的玻璃化转变温度为-30℃。聚乳酸与聚对苯二甲酸丁二醇酯的粉碎只要能够粉碎即可，对其粉碎方法没有特别限定，优选湿式微碎或冷冻粉碎。另外，聚乳酸或聚对苯二甲酸丁二醇酯更优选如上所述地进行湿式粉碎。
之后，以表1所示的比例，混合并搅拌含有粉末的玉米淀粉(日本淀粉工业公司制的玉米淀粉(商品名))和作为植物残渣的稻壳粉末(中日本产商社制的100μm的微粉碎稻壳(商品名))的粉末植物纤维成分与上述粉碎的树脂成分。
混炼这些树脂成分和粉末植物纤维成分，例如，使用双螺杆挤塑成型机，挤压成形成丸状，作为成型用原材料。使用注射模塑机，将该成型用原材料成型成餐具容器，将与此时的成型性相关的评价结果示于表2。
[表1]
  样品No.   聚乳酸(重量份)   聚对苯二甲酸丁二醇酯(重量份)   粒径   玉米淀粉(重量份)   稻壳粉末(重量份)
  1   15   25   500μm以下   60   0
  2   22   18   500μm以下   60   0
  3   28   12   500μm以下   60   0
  4   55   0   500μm以下   45   0
  5   70   0   500μm以下   30   0
  6   35   5   500μm以下   60   0
  7   25   15   500μm以下   60   0
  8   35   25   500μm以下   40   0
  9   35   35   500μm以下   30   0
  9a   35   35   3～6mm   30   0
  10   45   30   500μm以下   25   0
  10a   45   30   3～6mm   25   0
  11   40   25   500μm以下   35   0
  12   25   25   500μm以下   50   0
  13   15   10   500μm以下   75   0
  14   20   20   500μm以下   50   10
  14a   20   20   3～6mm   50   10
  15   25   25   500μm以下   30   20
  16   20   15   500μm以下   30   35
  17   25   25   500μm以下   50   0
[表2]
  样品No. 评价   综合评价
  1   聚乳酸少，刚性不足，成型品的破坏强度劣化。   ×
  2   成型性良好。   ○
  3   成型性良好。   ○
  4   聚乳酸过多，成型时的伸长性差。在成型后的剥离时，发生龟裂。   ×
  5   聚乳酸过多，成型时的伸长性差。在注射模塑成型后的剥离时，发生龟裂。   ×
  6   伸长性差。在注射模塑成型后的剥离时，发生龟裂。   ×
  7   成型性良好。   ○
  8   成型性良好。   ○
  9   成型性良好。   ○
9a   有时丸状原料的表面变粗，成块，或者，在注射模塑成型后的剥离时发生龟裂，存在成品率降低的趋势。 △
  10   成型性良好。   ○
10a   有时丸状原料的表面变粗，成块，或者，在注射模塑成型后的剥离时发生龟裂，存在成品率降低的趋势。 △
  11   成型性良好。   ○
  12   成型性良好。   ○
  13   成型性差，在从模具剥离时破碎。   ×
  14   成型性良好。   ○
  14a   流动性降低，存在成品率降低的趋势。   △
  15   成型性良好。   ○
  16   流动性降低，有时成型性也差，存在成品率降低的趋势。   △
  17   成型性良好。   ○
表1及2的例1、4～6、13为比较例，成型性不充分(×)。与此相对，例2～3、7～9、10、11～12、14、15及17的成型性良好(○)，尽管例9a、10a、14a及16的成型性并没有不充分，但成品率可见降低的趋势(△)。

Claims (7)

1.一种生物降解性树脂组合物，其包含(A)含有聚乳酸及聚对苯二甲酸丁二醇酯的树脂成分和(B)含有玉米淀粉的粉末植物纤维成分，其中，
(A)树脂成分和(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，
(A)树脂成分含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯，
(B)粉末植物纤维成分含有10～70重量份的玉米淀粉。
2.根据权利要求1所述的生物降解性树脂组合物，其中，
(B)粉末植物纤维成分还含有10～30重量份的植物残渣，而且，玉米淀粉和植物残渣总计10～70重量份。
3.根据权利要求1或2所述的生物降解性树脂组合物，其中，
所述生物降解性树脂组合物用于制造成型品。
4.一种生物降解性树脂组合物的制造方法，其是制造权利要求1所述的生物降解性树脂组合物的方法，其中，
(A)树脂成分和(B)粉末植物纤维成分共计100重量份，
具有：
(i)粉碎含有20～50重量份的聚乳酸和10～40重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯的(A)树脂成分的工序，和
(ii)混炼含有10～70重量份的玉米淀粉的(B)粉末植物纤维成分和在上述粉碎工序中得到的树脂成分的工序。
5.根据权利要求4所述的生物降解性树脂组合物的制造方法，其中，
在上述(i)粉碎工序中，将(A)树脂成分粉碎成500μm以下的粒径。
6.根据权利要求4或5所述的生物降解性树脂的制造方法，其中，
还具有：
(iii)由在上述(ii)混炼工序中得到的混炼成分制造成型用原材料的工序。
7.一种成型品，其是由权利要求1所述的生物降解性树脂组合物制造的。
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