JP2005226017A

JP2005226017A - 自然分解性樹脂組成物及び自然分解性成形品

Info

Publication number: JP2005226017A
Application number: JP2004037519A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kawana; 美宏川名; Tomokazu Fujiki; 智和藤木
Original assignee: Iris Ohyama Inc
Current assignee: Iris Ohyama Inc
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】分解速度を安全な成分で調節することができる添加剤タイプの自然分解性樹脂組成物及び自然分解性成形品を提供する。
【解決手段】（Ａ）熱可塑性樹脂：９０〜５重量％、（Ｂ）遷移金属の配位化合物：０．０１〜１重量％及び（Ｃ）木粉：１０〜９５重量％の配合量の自然分解性樹脂組成物とする。この組成物を成形材料として用いる。これらの成分以外に、芳香族ケトン、二重結合を有する不飽和化合物、相溶化剤を配合することが好ましい。
【選択図】無し

Description

本発明は、使用寿命が終わって廃棄された後に環境中で分解されて無害なものに変えられる自然分解性樹脂組成物及びその組成物を成形した自然分解性成形品に関する。

地球環境への問題意識の高揚と共に、自然界に廃棄されたプラスチックが腐らずに環境中に残ることが社会問題となっている。そのため、使用中は従来のプラスチックと同じように機能するが、使用後は日光、水、微生物などによって分解される自然分解性プラスチックが関心を呼んでいる。

自然分解性プラスチックとしては、ポリ乳酸のように合成されたプラスチック自体が自然分解性を有するものや、通常のプラスチックに添加剤として配合することによりプラスチックを自然分解性にする添加剤タイプのものがある。

添加剤タイプの自然分解性プラスチックは、基材となる通常のポリエチレンやポリプロピレンなどのプラスチックがそのまま使用できる。そのため、これまでのプラスチックの成形方法や機械強度などのデータがそのまま使えるため、成形品の信頼性が高いと共に、安価に供給できる利点がある。

添加剤タイプの自然分解性樹脂組成物については、例えば下記の特許文献がある。
米国特許第３９４１７５９号

しかしながら、添加剤タイプの自然分解性プラスチックは、基材のプラスチックを添加剤の酸化作用などでポリマー鎖を切断することにより低分子量化して分解するため、環境条件や形状によって急激に分解が進行し、分解速度が速すぎる場合がある。そのため、分解速度の調節をする成分を配合する必要が生じる場合があるが、分解速度の調節にはなるべく安全なものが好ましいことはいうもでもない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、分解速度を安全な成分で調節することができる添加剤タイプの自然分解性樹脂組成物を提供することを目的とする。

また、本発明は、かかる自然分解性樹脂組成物を成形して得られる自然分解性成形品を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、添加剤タイプの自然分解性樹脂組成物に対して木粉が分解速度を抑制する機能を有することを知見した。即ち、木粉を酸化触媒としての遷移金属の配位化合物と共に熱可塑性樹脂に配合することにより、理由は不明であるが、木粉が遷移金属の配位化合物の熱可塑性樹脂に対する酸化作用を阻害し、分解速度を低下させ、分解速度を調節できる働きを有すること、木粉は天然由来の安全な素材であり、かつ従来より充填剤として用いられているため、基材の機械特性などをある程度低下させるものの多量に配合することが可能であり、これにより、分解速度調節範囲が広いことを見出した。

このような自然分解性を与えるために、これらの成分の配合量は、（Ａ）熱可塑性樹脂の配合量が９０〜５重量％の範囲、（Ｂ）遷移金属の配位化合物の配合量が０．０１〜１重量％の範囲、（Ｃ）木粉の配合量が１０〜９５重量％の範囲とすることが好ましい。

遷移金属の配位化合物の酸化作用の促進機能を有する芳香族ケトンを配合することにより、分解反応を促進することができる。また、不飽和化合物を配合することにより、遷移金属の配位化合物の酸化作用でポリマー鎖を切断する過酸化物を生じるため、分解反応を促進することができる。更に、木粉を高配合する場合は、熱可塑性樹脂と木粉間の相溶性を高める相溶化剤を配合することが好ましい。

従って、請求項１記載の発明は、（Ａ）熱可塑性樹脂、（Ｂ）遷移金属の配位化合物、及び（Ｃ）木粉が配合されていることを特徴とする自然分解性樹脂組成物を提供する。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の自然分解性樹脂組成物において、（Ａ）熱可塑性樹脂の配合量が９０〜５重量％の範囲、（Ｂ）遷移金属の配位化合物の配合量が０．０１〜１重量％の範囲、（Ｃ）木粉の配合量が１０〜９５重量％の範囲であることを特徴とする自然分解性樹脂組成物を提供する。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の自然分解性樹脂組成物において、更に、（Ｄ）芳香族ケトンが配合されていることを特徴とする自然分解性樹脂組成物を提供する。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の自然分解性樹脂組成物において、更に、（Ｅ）二重結合を有する不飽和化合物が配合されていることを特徴とする自然分解性樹脂組成物を提供する。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の自然分解性樹脂組成物において、更に、（Ｆ）相溶化剤が配合されていることを特徴とする自然分解性樹脂組成物を提供する。

請求項６記載の発明は、（Ａ）熱可塑性樹脂、（Ｂ）遷移金属の配位化合物、及び（Ｃ）木粉が配合された自然分解性樹脂組成物を成形して得られた成形品であることを特徴とする自然分解性成形品を提供する。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の自然分解性成形品において、前記成形品が、ガーデン用品であることを特徴とする自然分解性成形品を提供する。

以下、本発明の自然分解性樹脂組成物及び自然分解性成形品の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
本発明の自然分解性樹脂組成物は、必須成分として、（Ａ）熱可塑性樹脂、（Ｂ）遷移金属の配位化合物、及び（Ｃ）木粉が配合されている。

（Ａ）成分の熱可塑性樹脂は、自然分解性樹脂組成物のマトリクスを形成するための基材であり、酸化作用を受けて低分子量化する成分である。熱可塑性樹脂としては、例えば低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンなどのポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、これらの共重合樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、メタクリレートなどを例示することができる。これらの中でも、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂が好ましい。自然分解性樹脂組成物における熱可塑性樹脂の配合量は、９０〜５重量％、特に７０〜１０重量％の範囲とすることが好ましい。

（Ｂ）成分の遷移金属の配位化合物は、酸化触媒として機能し、光や熱で過酸化物やヒドロペルオキシド（過酸化水素の誘導体）を生成し、熱可塑性樹脂や後述する不飽和化合物の酸化分解を促進する機能を有する。

遷移金属としては、鉄、コバルト、マンガン、銅、ニッケル、バナジウム、クロムなどを例示することができ、これらの遷移金属の１種を単独で又は２種以上を併用して用いることができる。遷移金属の原子価はいずれであってもよい。配位化合物を形成する配位子としては、ＯＨ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、ＮＯ_２ ⁻などの無機配位子、シュウ酸イオン、カルボニル基、クエン酸イオン、ニトロシル、ポルフィリン、ＥＤＴＡ、脂肪属カルボン酸イオンなどの有機配位子を例示することができる。脂肪属カルボン酸としては、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、マロン酸、安息香酸、フタル酸及びこれらの誘導体を例示することができる。遷移金属の配位化合物は、熱可塑性樹脂への溶解性から、有機配位子を含むことが好ましい。好ましい遷移金属の配位化合物としては、熱可塑性樹脂への溶解性に優れるステアリン酸鉄又はヒドロキシステアリン酸鉄を挙げることができる。

（Ｂ）成分の遷移金属の配位化合物の配合量は、０．０１〜１重量％、特に０．０５〜０．５重量％の範囲が好ましい。

また、遷移金属として、鉄の配位化合物を用いる場合は、鉄以外の遷移金属の配位化合物を併用することが好ましい。鉄以外の遷移金属の配位化合物は、酸化触媒として機能し、熱可塑性樹脂の酸化を促進すると共に、鉄が過酸化物やヒドロペルオキシドを生成して還元されたときに、鉄以外の遷移金属が還元されることにより鉄を酸化して鉄の酸化作用を復元させた後、鉄以外の遷移金属が速やかに酸化されて元の酸化状態に復帰するもので、この酸化還元作用の繰り返しにより、鉄の酸化作用を促進する機能を有する。鉄以外の遷移金属の配位化合物の好ましい例として、ステアリン酸銅を挙げることができる。鉄以外の遷移金属の配位化合物の配合量は、０．００１〜０．１重量％の範囲、特に、０．００５〜０．０６重量％の範囲とすることが好ましい。

（Ｃ）成分の木粉としては、木材の切削屑、研磨屑、切断屑、木材のチップの粉砕物などを利用することができる。木材の種類には制限がなく、例えばヒノキ、スギ、ツガ、マツなどの針葉樹、カツラ、クリ、ブナなどの広葉樹を用いることができる。その粒径は５〜６００μｍの範囲とすることが好ましい。

（Ｃ）成分の木粉の配合量は、１０〜９５重量％の範囲、特に、３０〜９０重量％の範囲とすることが好ましい。木粉を配合することにより、遷移金属の配位化合物の熱可塑性樹脂に対する酸化作用を抑制し、分解が開始してからの分解速度の調節が可能となる。また、木粉を配合することにより、成形品に木質感を付与することが可能となる。更に、ある程度機械的特性などを低下させるものの充填剤として熱可塑性樹脂に対して多量に配合できるため、配合量の多少により、分解速度の調節範囲が広いという特徴がある。

本発明の自然分解性樹脂組成物には、（Ｄ）成分として、遷移金属の配位化合物の酸化作用を促進する機能を有する芳香族ケトンを配合することが好ましい。芳香族ケトンとしては、ベンゾフェノン、アントラキノン、アントロン、これらの誘導体を例示することができる。芳香族ケトンの配合量は、０．０１〜０．１重量％の範囲、特に０．０２〜０．０８重量％の範囲とすることが好ましい。

また、本発明の自然分解性樹脂組成物には、（Ｅ）成分として、二重結合を有する不飽和化合物を配合することが好ましい。不飽和化合物は、遷移金属の配位化合物の酸化作用で過酸化物やヒドロペルオキシドを生成し、これら過酸化物やヒドロペルオキシドの酸化作用で熱可塑性樹脂のポリマー鎖を切断させる酸化促進機能を有する。不飽和化合物としては、天然ゴム、イソプレンゴムなどのゴム、大豆油、トウモロコシ油、オリーブ油、落下生油などの天然不飽和脂肪酸を例示することができる。二重結合を有する不飽和化合物の配合量は、０．１〜５重量％の範囲、特に０．５〜１．５重量％の範囲とすることが好ましい。

木粉を７０重量％以上の高配合とする場合は、（Ｆ）成分として、木粉と熱可塑性樹脂間の相溶性を高める相溶化剤を配合することが好ましい。相溶化剤として、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィンを不飽和カルボン酸で変性した化学変性ポリオレフィンを例示することができる。相溶化剤の配合量は、０．１〜１０重量％、特に１〜５重量％の範囲が好ましい。

本発明の自然分解性樹脂組成物においては、上記成分以外に、分解開始時期を調節するために、酸化防止剤を配合することができる。酸化防止剤としては、ベンゼンプロパン酸、３，５−ビス（１，１−ジメチルエチル）−４−ヒドロキシオクタデシルエステル等のヒンダードフェノール系酸化防止剤、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、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト、ビス（２，４，ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペンタエリスリトールホスファイト、ビス（２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェニル）ペンタエリスリトールホスファイト、２，２−メチレンビス（４，６−ジ−ｔ−ブチルフェニル）オクチルホスファイト、テトラキス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−４，４‘−ビフェニレン−ジ−ホスホナイト等のリン系酸化防止剤を例示することができる。

本発明の自然分解性樹脂組成物は、上記成分を混合溶融し、成形材料として用いることができる。成形方法としては、木粉を配合しているため溶融粘度が高いが、射出成形、押出成形、真空成形、インフレーション成形などの通常の成形法を採用することができる。

なお、木粉を７０〜９５重量％の配合量で配合する場合は流動性に乏しくなるため、次のようにして成形原料樹脂を得ることが好ましい。成形原料樹脂の調製は、熱可塑性樹脂、木粉、相溶化剤等を上記配合量で回転翼を有するヘンシェルミキサー等の高速ミキサーに投入し、混練し、１００℃以上、好ましくは１５０℃以上の温度に攪拌エネルギーで加熱し、ゲル化させる。得られた混練物を回転円盤式ミキサー、リボン式ミキサー等のミキサーで攪拌し、冷却し、木粉が成形用樹脂でコーティングされ相互に結合した不定形な平均８ｍｍ程度の粒径の粒状体を得る。この粒状体を粉砕機で粉砕し、粒径が１〜１０ｍｍ程度の成形原料樹脂の粒状体を得ることができる。このようにして得られた成形原料樹脂の粒状体は、木粉が成形用樹脂でコーティングされ相互に結合した不定形な粒状体である。

成形工程では、原料の木粉の配合量が多く、樹脂の配合量が少なく流動性に乏しいため、通常の押出成形機では成形が困難であり、コニカル型異方向回転型押出機を用いることが好ましい。このようにして木粉が高配合された棒状、板状、パイプ状、異形の押出成形体を得ることができる。

自然分解性樹脂組成物を成形して得られる自然分解性成形品としては、特に制限されないが、木粉を配合したことによる木質感を有することから、例えば各種電機機器の筐体、自動車の各種部材、家具類、ガーデン用品を挙げることができる。ガーデン用品としては、プランター、プランターの受け皿、植木鉢、植木鉢の受け皿、ホースリール、ガーデン用バケツ、ラティス（格子模様の仕切）、デッキ、フェンス、ベンチ、ガーデン用の照明具の傘や支持部材などを例示することができる。

本発明の自然分解性樹脂組成物は、使用中は従来のプラスチックと同じように機能するが、使用後は環境によって分解される特性を有するため、例えばガーデン用品などに用いて利用可能である。
本発明の自然分解性成形品は、使用中は従来のプラスチックと同じように機能するが、使用後は環境によって分解される特性を有するため、例えばガーデン用品などに用いて利用可能である。

Claims

（Ａ）熱可塑性樹脂、（Ｂ）遷移金属の配位化合物、及び（Ｃ）木粉が配合されていることを特徴とする自然分解性樹脂組成物。
請求項１記載の自然分解性樹脂組成物において、
（Ａ）熱可塑性樹脂の配合量が９０〜５重量％の範囲、（Ｂ）遷移金属の配位化合物の配合量が０．０１〜１重量％の範囲、（Ｃ）木粉の配合量が１０〜９５重量％の範囲であることを特徴とする自然分解性樹脂組成物。
請求項１記載の自然分解性樹脂組成物において、
更に、（Ｄ）芳香族ケトンが配合されていることを特徴とする自然分解性樹脂組成物。
請求項１記載の自然分解性樹脂組成物において、
更に、（Ｅ）二重結合を有する不飽和化合物が配合されていることを特徴とする自然分解性樹脂組成物。
請求項１記載の自然分解性樹脂組成物において、
更に、（Ｆ）相溶化剤が配合されていることを特徴とする自然分解性樹脂組成物。
（Ａ）熱可塑性樹脂、（Ｂ）遷移金属の配位化合物、及び（Ｃ）木粉が配合された自然分解性樹脂組成物を成形して得られた成形品であることを特徴とする自然分解性成形品。
請求項６記載の自然分解性成形品において、
前記成形品が、ガーデン用品であることを特徴とする自然分解性成形品。