JP2004149809A - Biodegradable resin composition and producing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は生分解性樹脂組成物およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a biodegradable resin composition and a method for producing the same.
従来、種々の樹脂成形物が農業・園芸用資材(例えばポリ塩化ビニルフィルム)及び漁業用資材(例えばポリエチレン繊維の漁網)として用いられているが、これらの資材はいずれは廃棄されるものである。したがって、廃棄されても公害源とならず、時間の経過とともに加水分解されるか又は土中の微生物により生分解される樹脂が要望されている。本発明者らは先に、このような農業・園芸用資材、漁業用資材、粘結剤などに利用でき、使用後に廃棄されても加水分解及び/又は土中の微生物などにより二酸化炭素と水に分解されるポリヒドロキシカルボン酸樹脂を容易に製造する方法を発明し出願した(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, various resin moldings have been used as agricultural and horticultural materials (for example, polyvinyl chloride film) and fishing materials (for example, fishing nets made of polyethylene fiber), and these materials are eventually discarded. . Therefore, there is a demand for a resin that does not become a pollution source even when discarded, and is hydrolyzed over time or biodegraded by microorganisms in the soil. The present inventors have previously used such materials for agricultural and horticultural use, fishery materials, binders, etc., and even if they are discarded after use, carbon dioxide and water can be used due to hydrolysis and / or microorganisms in the soil. And invented a method for easily producing a polyhydroxycarboxylic acid resin which can be decomposed into a resin (see, for example, Patent Document 1).
本発明はこの加水分解性及び/又は生分解性ポリヒドロキシカルボン酸樹脂の樹脂強度および溶融粘度を大きくした樹脂組成物およびその製造方法を提供することを目的(課題)とするものである。 An object of the present invention is to provide a resin composition in which the resin strength and melt viscosity of the hydrolyzable and / or biodegradable polyhydroxycarboxylic acid resin are increased, and a method for producing the same.
本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討の結果、加水分解性及び/又は生分解性樹脂であるポリヒドロキシカルボン酸樹脂に充てん剤としてヒュームドシリカを添加することにより該樹脂の樹脂強度および溶融粘度を大きくすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted intensive studies in order to achieve the above object, and as a result, by adding fumed silica as a filler to a polyhydroxycarboxylic acid resin which is a hydrolyzable and / or biodegradable resin, The inventors have found that the resin strength and the melt viscosity can be increased, and have completed the present invention.
すなわち本発明の生分解性樹脂組成物は、ポリヒドロキシカルボン酸樹脂に充てん剤としてヒュームドシリカを添加し、発泡化したことを特徴とするものであり、また本発明の生分解性樹脂組成物の製造方法は、ヒドロキシカルボン酸または2種以上のヒドロキシカルボン酸の混合物、ヒドロキシカルボン酸と糖類との混合物、またはヒドロキシカルボン酸と金属水酸化物および/または無機酸との混合物中に重合触媒を添加し、有機溶媒中で共沸脱水重合を行うかまたは減圧下に加熱攪拌することによりポリヒドロキシカルボン酸樹脂を合成し、これに充てん剤としてヒュームドシリカを添加し、発泡化することを特徴とするものである。 That is, the biodegradable resin composition of the present invention is characterized in that fumed silica is added to a polyhydroxycarboxylic acid resin as a filler and foamed, and the biodegradable resin composition of the present invention is also provided. Is a method of preparing a polymerization catalyst in a mixture of a hydroxycarboxylic acid or a mixture of two or more hydroxycarboxylic acids, a mixture of a hydroxycarboxylic acid and a saccharide, or a mixture of a hydroxycarboxylic acid and a metal hydroxide and / or an inorganic acid. Addition, azeotropic dehydration polymerization in an organic solvent or by heating and stirring under reduced pressure to synthesize a polyhydroxycarboxylic acid resin, adding fumed silica as a filler, and foaming. It is assumed that.
以上説明したように本発明によれば、充てん剤を添加したポリヒドロキシカルボン酸樹脂組成物は、充てん剤を加えなかったポリヒドロキシカルボン酸樹脂と比べて樹脂強度が大であり、かつ溶融粘度が大であるため発泡化が容易であり、また廃棄されても、ポリヒドロキシカルボン酸樹脂は加水分解および土中の微生物などにより二酸化炭素と水に分解され公害源とならない一方、充てん剤は二酸化ケイ素など土中に大量に存在する物質であるため環境に対して悪影響を与えにくいものである。 As described above, according to the present invention, a polyhydroxycarboxylic acid resin composition to which a filler is added has a higher resin strength than a polyhydroxycarboxylic acid resin to which no filler is added, and has a melt viscosity. Because of its large size, it is easy to foam and, even when discarded, polyhydroxycarboxylic acid resin is decomposed into carbon dioxide and water by hydrolysis and microorganisms in the soil, etc. Because it is a substance that exists in large amounts in the soil, it is unlikely to have any adverse effect on the environment.
本発明に使用するポリヒドロキシカルボン酸樹脂は、水酸基を有する脂肪族カルボン酸であり、不斉炭素を有する場合はD体、L体およびラセミ体のいずれかのヒドロキシカルボン酸または2種以上のヒドロキシカルボン酸を重合して得られたものである。またヒドロキシカルボン酸重合体の代わりに、ヒドロキシカルボン酸と澱粉、ヒドロキシカルボン酸と金属水酸化物および/または無機酸とから共重合体を合成し、これを使用しても差し支えない。 The polyhydroxycarboxylic acid resin used in the present invention is an aliphatic carboxylic acid having a hydroxyl group. When the resin has an asymmetric carbon, any of D-, L- and racemic hydroxycarboxylic acids or two or more hydroxycarboxylic acids It is obtained by polymerizing a carboxylic acid. In place of the hydroxycarboxylic acid polymer, a copolymer may be synthesized from hydroxycarboxylic acid and starch, hydroxycarboxylic acid and metal hydroxide and / or inorganic acid, and used.
本発明に使用する充てん剤としては、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化チタンなど一般に使用されるホワイトカーボンのいずれを使用してもよいが、補強効果の大きいシリカが好ましい。さらに、溶融したポリヒドロキシカルボン酸との混合を考えると、シリカ中の水分が少なく、加水分解による分子量の低下が少ないヒュームドシリカが好ましい。ヒュームドシリカの具体例としては、日本アエロジル(株)製の♯130、♯200、R972,R974や、(株)トクヤマ製のMT−10,MT−20などが挙げられる。 As the filler used in the present invention, any of commonly used white carbons such as silica, aluminum hydroxide and titanium oxide may be used, but silica having a large reinforcing effect is preferred. Further, in consideration of mixing with the melted polyhydroxycarboxylic acid, fumed silica having a small water content in the silica and a small decrease in molecular weight due to hydrolysis is preferable. Specific examples of fumed silica include # 130, # 200, and R972 and R974 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., and MT-10 and MT-20 manufactured by Tokuyama Corporation.
充てん剤の添加量はポリヒドロキシカルボン酸樹脂100重量部に対して1〜300重量部が好ましい。1重量部未満では増粘効果が得られず、300重量部を超えると著しく増粘し作業性が低下する。また、樹脂と充てん剤との混練りは押出機、ニーダー、ロール、各種ミキサーなどのいずれを使用してもよい。 The addition amount of the filler is preferably 1 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyhydroxycarboxylic acid resin. If the amount is less than 1 part by weight, the thickening effect cannot be obtained. For kneading the resin and the filler, any of an extruder, a kneader, a roll, various mixers and the like may be used.
ヒドロキシカルボン酸を重合する触媒としては一般のエステル重合に使用されるいずれの触媒を使用してもよいが、触媒活性および耐加水分解性の高い1,3−置換−1、1、3、3−テトラオルガノジスタノキサンが好ましい。1,3−置換−1、1、3、3−テトラオルガノジスタノキサンのスズ原子に結合するオルガノ基は、メチル基、エチル基、ブチル基、オクチル基、アリル基、ベンジル基、フェニル基、ナフチル基などのいずれでもよく、1,3位の置換基はハロゲン類、チオシアノ基、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基のいずれでもよい。 As the catalyst for polymerizing hydroxycarboxylic acid, any catalyst used for general ester polymerization may be used, but 1,3-substituted-1,1,3,3 having high catalytic activity and hydrolysis resistance is used. -Tetraorganodistanoxane is preferred. The organo group bonded to the tin atom of the 1,3-substituted-1,1,3,3-tetraorganodistanoxane is a methyl group, an ethyl group, a butyl group, an octyl group, an allyl group, a benzyl group, a phenyl group, It may be any of a naphthyl group and the like, and the substituent at the 1,3-position may be any of halogens, thiocyano group, hydroxyl group, alkoxy group and carboxyl group.
ポリヒドロキシカルボン酸樹脂の合成原料であるヒドロキシカルボン酸としては、乳酸、グリコール酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、オキシ吉草酸、2−ヒドロキシステアリン酸、サリチル酸、o−オキシケイ皮酸、あるいはこれらの混合物を挙げることができるが、とくに乳酸が好ましい。また、ヒドロキシカルボン酸の代わりにヒドロキシカルボン酸二量体やヒドロキシカルボン酸オリゴマーを用いてもよい。 Hydroxycarboxylic acids that are synthetic raw materials for polyhydroxycarboxylic acid resins include lactic acid, glycolic acid, tartaric acid, citric acid, malic acid, oxyvaleric acid, 2-hydroxystearic acid, salicylic acid, o-oxycinnamic acid, or a mixture thereof. Mixtures can be mentioned, but lactic acid is particularly preferred. Further, a hydroxycarboxylic acid dimer or a hydroxycarboxylic acid oligomer may be used instead of the hydroxycarboxylic acid.
ヒドロキシカルボン酸に共重合させる糖類としては、天然物のものが好ましく、D−グルコース、D−フルクトース、D−マンノース、D−ガラクトースなどの単糖類、麦芽糖、砂糖(ショ糖)などの少糖(オリゴ糖)類、澱粉、特にコーンスターチ、サツマイモ澱粉、小麦澱粉などの多糖類、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。 As the saccharide to be copolymerized with the hydroxycarboxylic acid, a natural product is preferable, and monosaccharides such as D-glucose, D-fructose, D-mannose and D-galactose, and oligosaccharides such as maltose and sugar (sucrose) ( Oligosaccharides), starch, particularly polysaccharides such as corn starch, sweet potato starch and wheat starch, or mixtures thereof.
ヒドロキシカルボン酸に共重合させる金属水酸化物としては、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、あるいはこれらの混合物が用いられ、また無機酸としては、ホウ酸、ケイ酸、リン酸、あるいはこれらの混合物が用いられる。 As the metal hydroxide to be copolymerized with the hydroxycarboxylic acid, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, zinc hydroxide, barium hydroxide, magnesium hydroxide, or a mixture thereof is used. As the inorganic acid, boric acid is used. , Silicic acid, phosphoric acid, or a mixture thereof is used.
ヒドロキシカルボン酸の重合または共重合反応に用いられる重合触媒としては1,3−置換−1,1,3,3−テトラオルガノジスタノキサンを挙げることができる。ここで、スズ原子に結合するオルガノ基はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、アリル基、ベンジル基、フェニル基のいずれでも良いが、溶解度やコストなどを考え合わせるとブチル基が好ましい。また、1,3位の置換基はハロゲン、チオシアノ基、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基のいずれでもよい。 Examples of the polymerization catalyst used for the polymerization or copolymerization reaction of hydroxycarboxylic acid include 1,3-substituted-1,1,3,3-tetraorganodistanoxane. Here, the organo group bonded to the tin atom may be any of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an octyl group, an allyl group, a benzyl group, and a phenyl group. Is preferred. Further, the substituent at the 1,3-position may be any of halogen, thiocyano group, hydroxyl group, alkoxy group and carboxyl group.
反応に使用する有機溶媒としては、水より沸点が高く、かつ水と相溶化しないものであれば、いずれでも良いが、天然物であり、かつ樹脂中に残存しても環境及び人体に悪影響の少ないD−リモネン又はデカリンが好ましい。 As the organic solvent used in the reaction, any one may be used as long as it has a higher boiling point than water and is not compatible with water, but it is a natural product, and even if it remains in the resin, it has an adverse effect on the environment and the human body. Less D-limonene or decalin is preferred.
〔作用〕
本発明により充てん剤を添加したポリヒドロキシカルボン酸樹脂は、充てん剤を加えなかったポリヒドロキシカルボン酸樹脂と比べて溶融粘度が大であるため、低沸点溶剤法、気体注入法、化学発泡法などによる発泡化が容易である。
また本発明による組成物は廃棄されても、ポリヒドロキシカルボン酸樹脂は加水分解および土中の微生物などにより二酸化炭素と水に分解され、一方充てん剤は二酸化ケイ素など土中に大量に存在する物質であるため環境に対して悪影響を与えにくいものである。
[Action]
The polyhydroxycarboxylic acid resin to which the filler is added according to the present invention has a higher melt viscosity than that of the polyhydroxycarboxylic acid resin to which no filler is added, so that a low boiling point solvent method, a gas injection method, a chemical foaming method, and the like. Foaming is easy.
Further, even if the composition according to the present invention is discarded, the polyhydroxycarboxylic acid resin is decomposed into carbon dioxide and water by hydrolysis and microorganisms in the soil, while the filler is a substance that is present in a large amount in the soil such as silicon dioxide. Therefore, it is difficult for the environment to be adversely affected.
以下に実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
(実施例1)
5リットルのプラネタリーミキサーに90%L−乳酸3kg(30mol)と1,3−ジクロロ−1、1、3、3−テトラブチルジスタノキサン1.5g(3mmol)を入れ、170℃で24時間真空撹伴を行なった。この中に表面が疎水処理されたヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製のR−972)を合成された重合体100重量部に対して10重量部となるように添加し、さらに170℃で4時間混合した。
充てん剤添加前と充てん剤添加後の105℃の重合体の溶融粘度を測定したところ、2.1ポイズから3.3ポイズに上昇した。なお溶融粘度の測定には、定荷重押出形細管式レオメータCFT−500Cを使用した。
(Example 1)
3 kg (30 mol) of 90% L-lactic acid and 1.5 g (3 mmol) of 1,3-dichloro-1,1,3,3-tetrabutyldistannoxane were put into a 5 liter planetary mixer, and the mixture was heated at 170 ° C. for 24 hours. Vacuum agitation was performed. Fumed silica (R-972 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) whose surface was subjected to a hydrophobic treatment was added thereto in an amount of 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the synthesized polymer. Mix for hours.
When the melt viscosity of the polymer at 105 ° C. before and after the addition of the filler was measured, it increased from 2.1 poise to 3.3 poise. For the measurement of the melt viscosity, a constant load extrusion type thin tube rheometer CFT-500C was used.
(実施例2)
5リットルのプラネタリーミキサーに90%L−乳酸3kg(30mol)と1,3−ジクロロ−1、1、3、3−テトラブチルジスタノキサン1.5g(3mmol)とコーンスターチ0.3kgを入れ、170℃で24時間真空撹伴を行なった。この中にヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製の♯130を105℃で2時間乾燥したもの)を合成された乳酸−澱粉共重合体100重量部に対して10重量部となるように添加し、さらに170℃で4時間混合した。
充てん剤添加前と充てん剤添加後の105℃の乳酸−澱粉共重合体の溶融粘度を測定したところ、1.1ポイズから2.5ポイズに上昇した。
(Example 2)
3 kg (30 mol) of 90% L-lactic acid, 1.5 g (3 mmol) of 1,3-dichloro-1,1,3,3-tetrabutyldistannoxane and 0.3 kg of corn starch were placed in a 5 liter planetary mixer, Vacuum stirring was performed at 170 ° C. for 24 hours. To this, fumed silica (# 130 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., dried at 105 ° C. for 2 hours) was added in an amount of 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the synthesized lactic acid-starch copolymer. And further mixed at 170 ° C. for 4 hours.
When the melt viscosity of the lactic acid-starch copolymer at 105 ° C. before and after the addition of the filler was measured, it increased from 1.1 poise to 2.5 poise.
以上説明したように本発明によれば、充てん剤を添加したポリヒドロキシカルボン酸樹脂組成物は、充てん剤を加えなかったポリヒドロキシカルボン酸樹脂と比べて樹脂強度が大であり、かつ溶融粘度が大であるため発泡化が容易であり、また廃棄されても、ポリヒドロキシカルボン酸樹脂は加水分解および土中の微生物などにより二酸化炭素と水に分解され公害源とならない一方、充てん剤は二酸化ケイ素など土中に大量に存在する物質であるため環境に対して悪影響を与えにくいものであるから、その成形物は農業・園芸用資材及び漁業用資材などに利用できる可能性が大である。 As described above, according to the present invention, a polyhydroxycarboxylic acid resin composition to which a filler is added has a higher resin strength than a polyhydroxycarboxylic acid resin to which no filler is added, and has a melt viscosity. Because of its large size, it is easy to foam and, even when discarded, polyhydroxycarboxylic acid resin is decomposed into carbon dioxide and water by hydrolysis and microorganisms in the soil, etc. Since it is a substance that exists in a large amount in the soil, it is unlikely to have any adverse effect on the environment, and therefore, there is a great possibility that the molded article can be used as agricultural / horticultural materials, fishing materials, and the like.
Claims (3)
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