JP2004315749A - 着色生分解性プラスチック - Google Patents

Abstract

【課題】人に対する安全性が高く、環境汚染を引き起こすおそれの少ない着色生分解性プラスチックを提供する
【解決手段】天然蛍光性色素としてリボフラビンがポリ乳酸に含有されている
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、着色生分解性プラスチックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりプラスチックの着色には、染料や顔料が用いられている。染料はオイルカラーと呼ばれており、分散性及び透明性に優れた色調となる。しかし、染料をプラスチックの着色に使用した場合、ブリードやブルームを起こしやすく、色移行しやすいという欠点を有しているため、プラスチックの着色には染料よりも顔料が広く用いられている。こうしたプラスチックの着色用の顔料としては、従来からカドミ系無機顔料、クロム系無機顔料、鉛系無機顔料等の重金属化合物系顔料が広く使用されてきた。これらの重金属化合物系顔料は、耐候性、耐色性、耐色移行性に優れ、価格も安価であるという利点を有している。しかし、重金属による環境汚染が問題とされるにつれて、これらの重金属化合物系顔料は敬遠されるようになり、現在ではイソインドリノン、キナクリドン、フタロシアニン、ジケトピロロピロール、ジオキサジン、ペリレン等に代表されるような、化学合成された有機顔料がプラスチックの着色に用いられている（例えば特許文献１参照）
【特許文献１】
特開昭５６−９９２４５号公報
【０００３】
そして、上記のプラスチック用の染料や顔料は、生分解性プラスチックにおいても同様に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら化学合成された有機顔料は、発ガン性や環境ホルモン問題等、人の健康や環境汚染に対する影響が懸念される。特に生分解性プラスチックにおいては、それが環境適応型の素材であるという理由から使用されるものであり、、その着色についても、人の健康に対して無害で、環境汚染を引き起こすおそれのないことが強く望まれている。
【０００５】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、人に対する安全性が高く、環境汚染を引き起こすおそれの少ない着色生分解性プラスチックを提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の着色生分解性プラスチックは、天然色素が生分解性プラスチックに含有されていることを特徴とする。天然色素はクチナシ黄色色素やウコン色素に代表されるように、従来より食品添加物として利用されており、化学合成された色素と比較して安全性が高い。このため、例えばコップ、食器、弁当箱のように、人や食べ物と直接接触する製品に本発明の着色生分解性プラスチックを使用したとしても、安全であり、環境汚染を引き起こす恐れも少ない。なお、ここで天然色素とは、自然界の動植物や微生物から取り出された全ての色素のみならず、銅クロロフィリンナトリウム等のように、そうした色素から化学的に誘導された色素も含む概念である。また、これらの天然色素を生分解性プラスチックに２種類以上含有させることももちろん可能である。こうすることによって着色生分解性プラスチックの色合いを調整することが可能となる。
【０００７】
さらに、本発明では素材となる生分解性プラスチックも、染料や顔料となる天然色素も、微生物によって分解することができる。このため、本発明の着色生分解性プラスチックが廃棄される場合、そのまま埋め立て処分とすることが可能となる。このため、焼却処分の必要な廃棄物の量を減らすことができる。ここで生分解性樹脂とは、土壌中で微生物により生分解可能な樹脂の総称であり、例えば、澱粉、酢酸セルロース、（キトサン／セルロース／澱粉）重合系等の天然高分子由来のものや、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリ（ブチレンサクシネート／アジペート）、ポリ（ブチレンサクシネート／カーボネート）、ポリエチレンサクシネート、ポリ（ブチレンサクシネート／テレフタレート）ポリビニルアルコール等の合成高分子、ポリ（ヒドロキシブチレート／ヒドロキシバリデート）等の微生物産生系高分子、並びにそれらの混合物（コンパウンド）等が挙げられる。具体的には化学合成系グリーンプラ（登録商標）であるＣａｒｇｉｌｌ−ＤＯＷ社製のＮａｔｕｒｅ Ｗｏｒｋｓ（登録商標）、ＵＣＣ社製のＴＯＮＥ（登録商標）、（株）島津製作所製のラクティ（登録商標）、ユニチカ（株）製のテラマック（登録商標）、昭和高分子（株）のビオノーレ（登録商標）、三菱ガス化学（株）のユーペック（登録商標）、三井化学（株）製のレイシア（登録商標）、（株）日本触媒製のルナーレ（登録商標）、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製のＢｉｏｍａｘ（登録商標）、ＢＡＳＦ社製のＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）、クラレ社製のポバール（商標）、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製のＥａｓｔｅｒ Ｂｉｏ（登録商標）、日本合成化学工業（株）製のゴーセノール（登録商標）、アイセロ化学（株）製のドロン（登録商標）、ＩＲＥ ＣＨＥＭＩＣＡＬ社製のエンポル（商標）、ダイセル化学工業（株）製のセルグリーン（登録商標）等を使用することができる。さらに、これから研究されるであろう全ての生分解性樹脂が使用可能であると期待できる。
【０００８】
天然色素は蛍光性を有する蛍光天然色素とすることができる。こうであれば、人に対する安全性が高く、環境汚染を引き起こすおそれが少く、さらに蛍光を発する着色生分解性プラスチックとすることができる。また、蛍光天然色素をマーカーとすることにより、リサイクル時の分別作業を容易にすることも可能となる。すなわち、廃棄物の分別作業において、廃棄物にブラックライト等によって紫外線を照射すれば、蛍光天然色素が含まれる生分解性樹脂が蛍光を発することとなる。このため、その蛍光を検出することができる光センサーを用いたり、目視によってその蛍光を確認したりすることにより、生分解性樹脂をそれ以外の廃棄物から分別して収集することができる。こうして分別された分解性樹脂は、そのまま埋め立て処分とすることが可能であるため、焼却処分の必要な廃棄物の量を減らすことが可能となる。
【０００９】
蛍光天然色素としては、リボフラビン、クロロフィル、アロフィコシアニン、フィコシアニン、フィコエリスリン等を用いることができる。この中でも、蛍光天然色素としてのリボフラビンはバクテリアの活動を活発化する補酵素でもあるため、これを生分解性プラスチックに含有させれば、生分解性が向上することが期待される。
【００１０】
また、蛍光天然色素は二種以上含有されていることも好ましい。こうであれば、蛍光天然色素間のエネルギー移動により、より強い蛍光を発することが可能となる。発明者らの試験結果によれば、リボフラビンとβ−カロテンとを生分解性プラスチックに含有させた場合には、単独でそれらを生分解性プラスチックに含有させた場合と比較して、遥かに強い蛍光を発することを確認している。
【００１１】
天然色素は食用天然色素であることも好ましい。こうであれば、さらに安全性が高い着色生分解性プラスチックとすることができる。ここで、食用天然色素とは、植物や動物等の生物から取り出された色素であって、食品衛生法で食用として認められた色素のことをいう。具体的には、クロロフィル、銅クロロフィル、銅クロロフィリンナトリウム、鉄クロロフィリンナトリウム等のクロロフィル系色素、クチナシ黄色色素、パーム油カロテン、トウガラシ色素、アトナー色素等のカロテノイド系色素、コチニール色素、ラック色素、アカネ色素等のアントラキノン系色素、シソ色素、アカキャベツ色素、アカダイコン色素、ムラサキイモ色素、ムラサキトウモロコシ色素、ブドウ果皮色素、エルダーベリー色素、ブドウ果汁色素、ブルーベリー色素等のアントシアニン系色素、カカオ色素、タマリンド色素、カキ色素、コウリャン色素等のフラボノイド系色素、ベニバナ黄色素、ベニバナ赤色素等のカルコン系色素、ウコン色素、ベニコウジ色素、ベニコウジ黄色素、クチナシ赤色素、クチナシ青色素、ビートレッド、スピルリナ色素等がある。
【００１２】
食用天然色素のなかでも、クロロフィル系色素やカロテノイド系色素は、鮮やかな色を呈し、安定で退色し難いため、特に好ましい。
【００１３】
本発明の着色生分解性プラスチックには、さらに酸化防止剤及び光安定化剤の少なくとも一種が含有されていることがさらに好ましい。酸化防止剤が含有されていれば、生分解性プラスチックの酸化による劣化を防ぐことができるとともに、それに含有されている色素が酸化されて変色や退色することを防止することもできる。また、光安定剤が含有されていれば、生分解性プラスチックの光による酸化劣化を防ぐことができるとともに、それに含有されている色素が光酸化されて変色や退色することを防止することもできる。
【００１４】
ここで、酸化防止剤としては特に限定はなく、例えば、２，３−ジブチル−４−メチルフェノール、ｎ−オクタデシル−３−（３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロピオネート 等のフェノール系酸化防止剤、ジラウリル−３，３’−チオジプロピオネート、ジミリスチル−３，３’−チオジプロピオネート 等のイオウ系酸化防止剤、トリスノニルフェニルホスファイト、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト 等のリン系酸化防止剤等が挙げられる。酸化防止剤が天然から採取されるルチンであれば、人に対する安全性がさらに高くなり、環境汚染のおそれもさらに少なくなることから、特に好適である。
【００１５】
また、光安定化剤としては特に限定はなく、サリチル酸系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤等の紫外線吸収剤や、ヒンダードアミン系光安定化剤、ベンゾエート系光安定化剤等が挙げられる。
【００１６】
より具体的にはサリチル酸系紫外線吸収剤として、サリチル酸フェニル（Ｓｅｅｓｏｒｂ ２０１ 日石カルシウム）、サリチル酸ｐ−ｔ−ブチルフェニル（スミソーブ ９０ 住友化学、Ｖｉｏｓｏｒｂ ９０ 共同薬品）が挙げられる。
【００１７】
また、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤として、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン（Ｖｉｏｓｏｒｂ １００ 共同薬品）、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン（Ｕｖｉｎｕｌ Ｍ−４０ ＢＡＳＦ）、２−ヒドロキシ−４−オクトキシベンゾフェノン（Ｖｉｏｓｏｒｂ １３０ 共同薬品）、２，２′−ジヒドロキシ−４−４′−ジメトキシベンゾフェノン（Ｕｖｉｎｕｌ ３０４９ ＢＡＳＦ）、２，２′−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン（Ｃｙａｓｏｒｂ ＵＶ−２４ ＡＣＣ）２−ヒドロキシ−４−メトキシ−５−スルホベンゾフェノン（Ｕｖｉｎｕｌ ＭＳ４０ ＢＡＳＦ）、２，２′−ジヒドロキシ−４−４′−ジメトキシ−５−スルホベンゾフェノンＮａ塩（Ｕｖｉｎｕｌ ＤＳ４９ ＢＡＳＦ）が挙げられる。
【００１８】
さらに、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としては、２−（２′−ヒドロキシ−５′−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール（ＪＦ−７７ 城北化学工業）、２−（２′−ヒドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール（Ｔｉｎｕｖｉｎ ３２０ チバガイギー）、２−（２′−ヒドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール（Ｔｉｎｕｖｉｎ ３２６ チバガイギー）、２−（２′−ヒドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ−アミルフェニル）ベンゾトリアゾール（Ｔｉｎｕｖｉｎ ３２８ チバガイギー）が挙げられる。
【００１９】
また、シアノアクリレート系紫外線吸収剤としては、２−エチルヘキシル−２−シアノ−３，３′−ジフェニルアクリレート（Ｕｖｉｎｕｌ ３０３９ ＢＡＳＦ）、エチル−２−シアノ−３，３′−ジフェニルアクリレート（Ｕｖｉｎｕｌ ３０３５ ＢＡＳＦ）が挙げられる。
【００２０】
さらに、その他紫外線吸収剤としては、４−ビス（ポリエトキシ）ｐ−アミノ安息香酸ポリエトキシエチルエステル（Ｕｖｉｎｕｌ Ｐ２５ ＢＡＳＦ）や、高分子型の２−（２′−ヒドロキシ−５′−メタクリロキシフェニル）−２Ｈ−ベンゾトリアゾール（ＲＵＶＡ−３９ 大塚化学）等が挙げられる。
【００２１】
また、ヒンダードアミン系光安定化剤としては、例えば、４−ベルゾイルオキシ−２，２，６，６−テトラメルチピペリジン、ビス−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）マロネート、ビス−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）フタレート、２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルベンゾエート、４−アミノ−２，２，６，６−テトラメチル−ピペリジン、２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペジル）セパケート、ビス−（２，２，６，６−テトラメチル−４−メチルピペリジル）セパケート、ジ−（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）−２−ｎ−ブチル−２−（３，５−ジ−ｔブチル−４−ヒドロキシベンジル）マロネート、ビス−（２，２，６，６−テトラメチル−４−カルボニルオキシピペリジノ）−ｐ−ジメチルベンジル、２，２，４，４−テトラメチル−７−オキサ−３，２０−ジアザ−２１−オキソ−ジスビロ［５・１・９・１９］ヘネイコン、ピス−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジニル）セパケート、ジメチルスクシネート、２−（４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジニル）エチノール縮合物、［（６−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）イミノ］−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル−（４−（２，２，６，６−テトラメチルピペリジニル）イミノ）−ヘキサメチレン−（４−（２，２，６，６−テトラメチルピペリジニル）イミノ）］等が挙げられる。
【００２２】
さらに、ベンゾエート系光安定化剤としては２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル−３，５−ジ−ｔ−ブチル４ヒドロキシルベンゾエート等が挙げられる。
【００２３】
本発明の着色生分解性プラスチックには、層状ケイ酸塩が分散されていることも好ましい。こうであれば、一般的に不安定である天然色素が層状粘土鉱物の層間に挿入されたり、表面に吸着したりして安定化し、天然色素の変色を遅くすることができる。ここで、層状ケイ酸塩としては、２：１型粘土鉱物を主とするものが挙げられ、スメクタイト、バーミキュライト、マイカ等が代表的なものである。スメクタイトの例としては、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイトが挙げられる。バーミキュライトとしては、ジオクタヘドラルバーミキュライト、トリオクタヘドラルバーミキュライト等が挙げられ、マイカの例としては、テニオライト、四珪素マイカ、マスコバイト、イライト、セリサイト、フロゴバイト、バイオタイト等が挙げられる。これらの珪酸塩は天然鉱物でもよく、水熱合成、溶融法、固相法などにより合成されるものであってもよい。また、それらをアルキルカチオン等の界面活性剤で処理したものであってもよい。こうしたアルキルカチオンとして、例えばアルキルアンモニウム、アルキルホスフォニウム等が挙げられ、アルキルアンモニウムにはオクダデシルアンモニウム、オクタデシル−トリメチルアンモニウム等が挙げられ、アルキルホスフォニウムにはヘキサデシルトリｔ−ブチルホスフォニウム、オクチルｔ−ブチルホスフォニウム等が挙げられる。なお、こうした、層状ケイ酸塩と天然色素と生分解性プラスチックとの混合は、これら三つを同時に混合してもよく、これらのうち二つを混合してから、さらに残りの一種を混合してもよい。また、層状粘土鉱物は可視光の波長域よりも小さな粒径のものが均一に分散していること（いわゆるナノコンポジット化されていること）が好ましい。こうであれば、着色生分解性プラスチックの透明性を維持することができるとともに、機械的な強度も大きくなるからである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施例１〜８を説明する。
【００２５】
（実施例１）
実施例１の着色生分解性プラスチックは、蛍光天然色素としてのリボフラビンがポリ乳酸に含有されているものであり、以下のように調製された。
【００２６】
＜マスターバッチの調整＞
ポリ乳酸（ユニチカ（株）製、商品名：テラマックＴＥ４０００、）５００ｇにリボフラビン（ナカライテスク（株）製）を０．０５ｇ加え、中型二軸押出機（テクノベル（株）製、ＫＺＷ１５−３０ＴＧＮ）により溶融混練し、マスターバッチ１を得た。この際の設定温度は、上流側から下流側にかけて、４箇所で１７０°Ｃ、２００°Ｃ、２００°Ｃ、２００°Ｃに設定した。
【００２７】
＜着色生分解性プラスチックの成形＞
さらに、このマスターバッチ１を１００ｇ量り採り、マスターバッチ１を調製するために用いたポリ乳酸と同じポリ乳酸１００ｇに加え、射出成形機（住友重機械工業（株）製 ＳＥ１８Ｓ）により１８０°Ｃで射出成形して、実施例１に係るダンベル形状及び直方体形状の試験片を作成した。
【００２８】
（実施例２）
実施例２の着色生分解性プラスチックは、食用天然色素としてのβ−カロテンがポリ乳酸に含有されているものであり、以下のように調製された。
【００２９】
＜マスターバッチの調整＞
ポリ乳酸（実施例１と同じもの。以下同様）５００ｇにβ−カロテンを０．５ｇ加え、実施例１と同様の方法で溶融混錬し、マスターバッチ２を得た。
【００３０】
＜着色生分解性プラスチックの調整＞
さらに、このマスターバッチ２を１００ｇ量り採り、ポリ乳酸１００ｇに混合し、実施例１と同様の方法で射出成形して、実施例２に係るダンベル形状及び直方体形状の試験片を作成した。
【００３１】
（実施例３）
実施例３の着色生分解性プラスチックは、蛍光天然色素としてのリボフラビン及びβ−カロテンがポリ乳酸に含有されているものであり、以下のように調製された。
【００３２】
実施例１で使用したマスターバッチ１及び実施例２で使用したマスターバッチ２をそれぞれ１００ｇづつ量り採り、それらを実施例１と同様の方法により、実施例３に係るダンベル形状及び直方体形状の試験片を作成した。
【００３３】
（実施例４）
実施例４の着色生分解性プラスチックは、食用天然色素としての銅クロロフィリンナトリウム（ナカライテスク（株）製）を０．０５ｇ加え、実施例１と同様の方法により、ダンベル形状及び直方体形状の試験片を作成した。
【００３４】
（実施例５）
実施例５の着色生分解性プラスチックは、食用天然色素としてのコチニール色素がポリ乳酸に含有されているものである。すなわち、ポリ乳酸５００ｇにコチニール色素（キリヤ化学（株）製）を５ｇ加え、実施例１と同様の方法により、ダンベル形状及び直方体形状の試験片を作成した。
【００３５】
（実施例６）
実施例６の着色生分解性プラスチックは、青色の食用天然色素がポリ乳酸に含有されているものである。すなわち、ポリ乳酸５００ｇに青色の食用天然色素（キリヤ化学（株）製、商品名「キリヤスブルーＳＰ」）を０．５ｇ加え、実施例１と同様の方法により、ダンベル形状及び直方体形状の試験片を作成した。
【００３６】
（実施例７）
実施例７の着色生分解性プラスチックは、食用天然色素としてのコチニール色素とともに酸化防止剤としてのルチンがポリ乳酸に含有されているものであり、以下のように調製された。
【００３７】
実施例１で使用したものと同じポリ乳酸５００ｇにコチニール色素（キリヤ化学（株）製）５ｇとルチン（キリヤ化学（株）製）５ｇを加え、実施例１と同様の方法により、ダンベル形状及び直方体形状の試験片を作成した。
（実施例８）
実施例８の着色生分解性プラスチックは、層状ケイ酸塩が分散されたポリ乳酸に蛍光天然色素としてのリボフラビンが含有されているものであり、以下のように調製された。
【００３８】
ナノオーダーの層状ケイ酸塩が均質に分散されたポリ乳酸（ユニチカ（株）製、商品名：テラマックＴＥ６１１０）５００ｇにリボフラビン０，０５ｇを加え、実施例１と同様の方法により、ダンベル形状及び直方体形状の試験片を作成した。
【００３９】
＜評価＞
（可視光及び紫外線の照射試験）
上記実施例１〜８に係る着色生分解性プラスチックについて、蛍光灯の光をあてて目視により色を観察した。さらに、実施例１〜３、８の着色生分解性プラスチックについては、ブラックライト（東芝ライテック（株）製、商品名：ブラックライト蛍光ランプ ＦＬ１５ＢＬＢ−Ａ）を使用して紫外線を照射し、目視により色を観察した。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
表１に示すように、実施例１〜８では、それぞれに含まれる色素の色に着色したポリ乳酸樹脂とされており、優れた均質性を示した。なお、実施例７には、ルチンによってコチニール色素の酸化が防止されため、色素の退色が防止される。また、実施例１〜３では紫外線の照射により、蛍光灯下での色とは異なる蛍光を発した。これにより、実施例１〜３に係る着色生分解性プラスチックでは、色の変化による意外性の演出が可能であることが分かる。さらに、これら実施例１〜３に係る着色生分解性プラスチックを食品容器等に用いた場合、紫外線の照射によって発せられる蛍光を光センサーや目視によって検知し、これにより生分解性樹脂のみを分別することができる。また、リボフラビンとβ−カロテンとを両方含む実施例３では、それぞれを単独で含む実施例１や実施例２よりも遥かに明るい蛍光が観察された。
【００４２】
（蛍光スペクトル測定）
上記実施例１〜３について、紫外線照射下における蛍光スペクトル測定を行った。その結果、表２に示すように、リボフラビンを含有する実施例１では、４９５ｎｍに蛍光のピークが認められた。また、β−カロテンを含有する実施例２では、４１２ｎｍに蛍光のピークが認められた。さらに、リボフラビン及びβ−カロテンを両方含む実施例３では、４９５ｎｍ及び４０４ｎｍに蛍光のピークが認められた。
【００４３】
【表２】

【００４４】
（吸収スペクトル測定）
上記実施例１〜６について、吸収スペクトル測定を行った。その結果を表２に示す。
【００４５】
この結果からも、天然色素によるポリ乳酸の着色が可能であることが分かる。

Claims (10)

1. 天然色素が生分解性プラスチックに含有されていることを特徴とする着色生分解性プラスチック。
2. 天然色素は蛍光性を有する蛍光天然色素であることを特徴とする請求項１記載の着色生分解性プラスチック。
3. 蛍光天然色素はリボフラビンであることを特徴とする請求項２記載の着色生分解性プラスチック。
4. 二種以上の蛍光天然色素が含有されていることを特徴とする請求項２記載の着色生分解性プラスチック。
5. 天然色素は食用天然色素であることを特徴とする請求項１記載の着色生分解性プラスチック。
6. 食用天然色素はクロロフィル系色素であることを特徴とする請求項５記載の着色生分解性プラスチック。
7. 食用天然色素はカロテノイド系色素であることを特徴とする請求項５記載の着色生分解性プラスチック。
8. 酸化防止剤及び光安定化剤の少なくとも一種が生分解性プラスチックに含有されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の着色生分解性プラスチック。
9. 酸化防止剤はルチンであることを特徴とする請求項８記載の着色生分解性プラスチック。
10. 層状ケイ酸塩が生分解性プラスチックに分散されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の着色生分解性プラスチック。