JP2001064458A - 生化学的崩壊性を有するポリプロピレン組成物とその製造方法 - Google Patents

生化学的崩壊性を有するポリプロピレン組成物とその製造方法

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JP2001064458A
JP2001064458A JP27982299A JP27982299A JP2001064458A JP 2001064458 A JP2001064458 A JP 2001064458A JP 27982299 A JP27982299 A JP 27982299A JP 27982299 A JP27982299 A JP 27982299A JP 2001064458 A JP2001064458 A JP 2001064458A
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Naoki Yoshimi
直喜 吉見
Fukutaro Matsuoka
福太郎 松岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用中は適度の機械的物性を有していて、使
用後は生化学的に崩壊性を示して最終的には炭酸ガスと
水とに分解し、燃焼させると発熱量が低くて焼却炉を損
傷せず、有害廃棄物を発生しないポリプロピレン組成物
及びその製造方法の提供。 【解決手段】 主成分としてポリプロピレン50〜80
部と、含水天然澱粉系高分子20〜50部とを混合し、
それに不飽和脂肪酸エステルを0.1〜5部、有機遷移
金属塩を0.01〜0.5部、ステアリン酸金属塩0.
1〜5部及びチタネート系カップリング剤0.1〜5部
を配合した混合物を押出成形装置で押出して生化学的崩
壊性を有するポリプロピレン組成物を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主成分としてポリ
プロピレンと含水天然澱粉系高分子とから構成され、そ
れに少量の不飽和脂肪酸エステル(不飽和脂肪酸を含
む)、遷移金属塩、滑剤及びチタネート系カップリング
剤を配合した混合物を、押出成形装置で加熱・溶融混練
してペレットを押し出すことからなる生化学的崩壊性を
有する製品の製造に有用なポリプロピレン組成物及びそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境問題に対する国民の認識と関
心が非常に高まり、特に使い捨て商品の利用分野、例え
ば建設現場で使用する諸材料に生分解性プラスチック材
料を応用しようという考えがある。しかし、現在の生分
解性プラスチックは価格が高く、しかも機械特性等の物
性値、特にヒンジ強度も低く、実用化できないのが現状
であった。
【0003】従来、例えば、建築現場で使用するクラン
プカバー等は、塩化ビニル樹脂ペーストを用いたスラッ
シュ成形法や、ポリプロピレンを用いた射出成形法等に
より製造され、使用されてきた。前者は、使用後に放置
すると、いわゆる有害な廃棄物となり、燃焼させると、
焼却炉の炉壁を損傷する塩酸ガスの発生や、低温焼却の
場合には身体に有害な発癌性物質であるダイオキシンを
発生する等の環境に重大な悪影響があった。ポリプロピ
レンを用いて、射出成形法により製造したクランプカバ
ーは、使用後に放置すると廃棄物となって環境を汚染
し、その回収処理に手間と費用が嵩む等の問題があっ
た。生分解性ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン等と天然澱粉系高分子に不飽和脂肪酸エステル
及びその酸を加えてそのマスターバッチを作り、それを
ポリマーに加え、天然澱粉系高分子が8〜10%になる
組成物を提供されている(米国特許No.4.016.
117)。さらに、生分解性(生崩壊性ともいう)プラ
スチックとしては、ポリエチレン等の樹脂と「デグラ・
ノボン」(澱粉、ポリマー、酸化促進剤等から構成され
るマスターバッチ:米国特許No.5.352.716
号)と混合することで、得られた樹脂そのものの分解を
誘発・促進されるものがある。ただし、ポリプロピレン
に関する生分解性のデータは、発表されてはいない。
【0004】不飽和脂肪酸エステル及びその酸を配合し
たポリプロピレン、「デグラ・ノポン」を混合したポリ
プロピレンは、生分解性ポリマーとしてはその目的を達
成できるといわれているが、一方で、光分解性をも同時
に有している。その結果、これらの材料でできた製品
は、屋外で使用すると、1〜2年の間に紫外線を吸収す
ることにより光劣化が起こり、機械強度が著しく低下し
て、建築用クランプカバー等には使用できないという問
題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、主成分とし
てポリプロピレン(以下PPと略記)と含水天然澱粉系
高分子(以下澱粉と略記)とから構成され、それに自動
酸化剤とその触媒、滑剤及びカップリング剤を配合して
加熱・溶融混練して製造したペレットは、成形加工性が
良好で、しかも使用中に日光照射により機械強度が低下
しにくい生化学的崩壊性を有する製品の製造に有用なP
P組成物及びその製造方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述の課
題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、主成
分としてPPと澱粉とを混合し、それに自動酸化剤とし
て不飽和脂肪酸エステル(その不飽和脂肪酸を含む)、
触媒として有機遷移金属塩、滑剤及びチタネート系カッ
プリング剤を配合して、押出成形装置により加熱・溶融
混練してペレットを押し出すことを特徴とする生化学的
崩壊性を有する製品の製造に有用なPP組成物により解
決されるものである。
【0007】本発明の製造方法としては、PPが50〜
80部と澱粉が20〜50部とを混合し、それに不飽和
脂肪酸エステル(その酸を2〜10%含む)を0.1〜
5部、遷移金属塩を0.01〜0.5部、滑剤を0.1
〜5部及びチタネート系カップリング剤を0.1〜5部
を配合した混合物を押出成形装置で加熱・溶融混練し、
2〜3mm径のペレットを押し出すことを特徴とする生
化学的崩壊性を有する製品の製造に有用なPP組成物の
製造方法により解決される。
【0008】本発明に使用されるPPとしては、iso
−PP(アイソタクチック:ホモポリマー、ブロックコ
ポリマー及びランダムコポリマー)、s−PP(シンジ
オタクチック)のいずれであってもよい。ただし、ヒン
ジ強度を要求するものには、iso−PPが好ましい。
【0009】本発明に用いられる澱粉としては、例えば
トウモロコシ澱粉、小麦粉澱粉、馬鈴薯澱粉、甘薯澱粉
等が単独若しくは混合して使用することが可能である。
混合して使用する場合は、例えばトウモロコシ澱粉30
〜70Wt%、小麦粉澱粉70〜30Wt%が用いられ
る。5〜12%含水澱粉を用いる理由は、押出成形装置
中で、混合系全体の溶融温度を下げて澱粉の焦げ付きを
防止するためである。成形時の発泡は、できた材料の予
備乾燥を行うことで十分に防止できる。
【0010】本発明に用いられる不飽和脂肪酸エステル
及びその脂肪酸は、自動酸化剤の機能を有するもので、
材料に0.1〜5部を加えることにより、併用した有機
酸遷移金属塩の触媒作用により、廃棄後、土中において
活性酸素を発生し、PPはそれにアタックされて次第に
分解される。そのメカニズムは、次のようである。第1
のメカニズムは、土中で澱粉が菌やバクテリヤ等の微生
物により分解されて完全に消化されると、ポリマー表面
を多孔質にする。その結果、ポリマーの機械強度は低下
して脆くなり、しかも表面積が増加する。第2のメカニ
ズムは、自動酸化剤が有機遷移金属塩の触媒作用により
過酸化物を生成し、過酸化物がポリマー分子鎖を切断
し、低分子にまで分解し、最終的には炭酸ガスと水に分
解される。不飽和脂肪酸エステルとその酸としては、オ
レイン酸、リノレイン酸等の不飽和脂肪酸のメチル、エ
チル、n−、iso−ブチルアルコール等とその酸の混
合物(2〜10%)が用いられ、その使用量は0.2〜
2部が好ましい。
【0011】本発明に用いられる有機遷移金属塩として
は、ナフテン酸及びオクチル酸コバルト、ニッケル、
銅、鉄等の金属塩、ステアリン酸ニッケル、銅、水酸化
鉄等の金属塩が、土中で不飽和脂肪酸エステルとその酸
の自動酸化の触媒として作用し、過酸化物を生成させ
る。その使用量は0.01〜0.5重量部であるが、好
ましくは0.05〜0.2部が使用される。
【0012】本発明に用いられる滑剤としては、ステア
リンの金属塩、例えばステアリン酸のカルルウム、亜
鉛、マグネシウム塩、又はステリン酸アミド等が用いら
れる。これを添加するのは、PPに多量の澱粉が配合さ
れるため、その流動性が低下して成形加工性を著しく阻
害されるのを防止するためである。その添加量は、0.
1〜5部が用いられるが、好ましくは0、5〜2部が用
いられる。
【0013】本発明に用いられるチタネート系カップリ
ング剤は、物質の表面に存在している−OH基とチタネ
ート系カップリング剤のRO−Ti−(−X−R−Y)
が反応して化学結合を生成することを応用したもので
ある。すなわち、その反応機構は明確ではないが、澱粉
の−OH、−CHOHとチタネート系カップリング剤
とが化学反応により結合される。同時に、生成した親油
性基とポリオレフィンとが親和力を増すために、全体と
して、カップリング剤を中心にPPと澱粉とが親和性を
増して一体となり、均質な成形品が得られたものと考え
られる。カップリング剤として、例えば味の素(株)
「プレンアクト」KR−TTS(CHCH−O−
Ti−[−O−CO−C1735、KR−38S
(CHCH−O−Ti[−O−PO(OH)−P
O−(−O−C17 る。その使用量は、0.1〜5部、好ましくは0、1〜
2部が用いられる。
【0014】本発明において、組成物の押出成形は、従
来の押出成形法と同様に行うことができ、ポリオレフィ
ンやポリスチレン等の単軸又は二軸スクリュー押出成形
装置で製造することができる。本発明の全ての組成物の
材料を十分に均一混合し、押出成形装置に供給して加熱
・溶融混練し、ペレットを押し出して生化学的崩壊性を
有する製品の製造に有用なPP組成物を得ることができ
る。なお、PP組成中の残料水分を少くするためには、
ベント式二軸押出装置を使用することが好ましい。
【0015】次の実施例は、例示を目的として示すもの
であって、本発明を限定するものではない。 「材料の物性試験法」PP組成物の比重、曲げ強さ試験
は、JISK−6758ポリプロピレン試験法により測
定した。 「発熱量試験法」JISK−8814石炭類及びコーク
ス類の発熱量測定方法により行った。 「生分解性試験法」JISK−6950プラスチック一
活性汚泥による好気的生分解度試験方法により行った。
【0016】
【実施例】次に、実施例により本発明をより具体的に説
明する。なお、実施例中、「部」、「%」は、それぞれ
重量基準で表わした。実施例1〜3と比較例を表1に示
す。 (1)各組成物の配合・混合 先ず、PPと澱粉を混合し、それにオレイン酸エチル
(5%のオレイン酸を含有)、ナフテン酸コバルト、ス
テアリン酸カルシウム及びチタンカップリング剤KR−
138Sを配合してタンブラー混合機で約2時間混合し
て各組成物を得た。 (2)加熱・溶融混練・押出 (1)で得られた組成物を、ベント式二軸押出機(46
mm、L/D=22)を用いて、シリンダー温度D
0、D150、D150、D160、D170
℃、ダイス温度160℃、ノズル孔径1mm、スクリュ
ー回転数 60rpmで押出してペレットを製造した。 (3)成形品の射出成形 100tの射出成形機を用い、(2)で得られたペレッ
トを100℃で3時間、予備乾燥してホッパーに投入
し、シリンダー温度170℃で加熱し、60 ℃の金型
中に射出し、各試験片を成形し、物性を評価した。その
結果は表1に示した。
【0017】本発明に係る成形品の曲げ強さは、PPが
43.0 MPaであるのに対し、澱粉20部添加した
ものが38.7 MPaでその保持率が90%、澱粉3
0部添加したものが35.7 MPaでその保持率が8
3%を示し、機械強度の低下は僅かであった。そのヒン
ジ強度は、20回の折り曲げにも耐えることができ、建
築現場のクランプカバーに問題なく使用できた。
【0018】本発明に係るPP組成物の総発熱量は、P
Pが10.500cal/gであるのに対し、澱粉20
部添加したものが9.140cal/g、澱粉30部添
加したものが9.320cal/gといずれも低かっ
た。したがって、燃焼しても、燃焼炉を損傷する心配は
ない。また、原料的にハロゲン化物も使用していないの
で、ダイオキシンも発生せず環境にやさしい材料という
ことができる。
【0019】本発明に係る材料組成物の生分解性は、生
分解性樹脂の生物化学的酸素消費量が60ppm以上で
あるのに対し、澱粉20部添加したものが19.6pp
m、澱粉30部添加したものが24.7ppmで、不飽
和脂肪酸エステル及び有機遷移金属塩を含まない澱粉3
0部を添加したものはゼロppmであった。この試験法
は、28日という短期間の試験であり、長期的には、澱
粉が菌やバクテリア等の微生物で分解した後、不飽和脂
肪酸エステルが有機遷移金属塩の触媒作用により過酸化
物を生成し、その過酸化物がPP分子鎖を切断して低分
子となり、最終的には炭酸ガスと水に分解されるものと
考えられる。
【0020】
【発明の効果】本発明組成物は、生化学的崩壊性を有す
るPP組成物であって、適度の機械的物性値を持ち、建
設用資材その他の材料として使用でき、使用後は、土中
で澱粉の生分解性とPPの化学的崩壊性により、最終的
には炭酸ガスと水とに分解される。本発明組成物は、燃
焼しても発熱量が低く、ダイオキシン等は発生しないの
で、本発明は地球環境にやさしい材料と、その製造方法
を提供するものである。
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 3/02 C08L 3/02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主成分としてポリプロピレンと含水天然澱
    粉系高分子とから構成され、さらに少量の不飽和脂肪酸
    エステル(不飽和脂肪酸を含む)、有機遷移金属塩、滑
    剤及びチタネート系カップリング剤を配合した混合物
    を、押出成形装置により加熱・溶融混練して押し出すこ
    とを特徴とする生化学的崩壊性を有する製品の製造に有
    用なポリプロピレン組成物。
  2. 【請求項2】ポリプロピレンが50〜80部と、5〜1
    2%含水天然澱粉系高分子が20〜50部とからなる材
    料を混合し、それに不飽和脂肪酸エステル(不飽和脂肪
    酸を2〜10%含む)を0.1〜5部、有機遷移金属塩
    を0.01〜0.5部、ステアリン酸金属塩を0.1〜
    5部及びチタネート系カップリング剤を0.1〜5部を
    配合した混合物を押出成形装置で加熱・溶融混練して、
    2〜3mm径のペレットを押し出すことを特徴とする生
    化学的崩壊性を有する製品の製造に有用なポリプロピレ
    ン組成物の製造方法
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004502613A (ja) * 2000-07-12 2004-01-29 アルコア クロージャー システムズ インターナショナル インコーポレイテッド ポリプロピレンまたはポリ(エチレン/プロピレン)及び炭酸カルシウムを含んだ剛性及び耐衝撃性を有する組成物とそれよりなる蓋、ポリプロピレンまたはポリ(エチレン/プロピレン)と組成物及び蓋の剛性及び耐衝撃性を高める方法、及び蓋の耐衝撃性を測定する方法
JP2018104627A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 株式会社コバヤシ 澱粉複合中間粒体
JP2018104629A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 株式会社コバヤシ 澱粉・樹脂複合成形加工材料
CN112778646A (zh) * 2021-01-22 2021-05-11 襄阳盛明达科技有限公司 一种便于生物降解的精密塑料生产工艺
CN114230744A (zh) * 2022-01-19 2022-03-25 广东安拓普聚合物科技有限公司 一种淀粉基弹性体及其制备方法与应用

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