JP2005511885A

JP2005511885A - 分解を制御可能な包装材料製造用のポリマー組成物及び方法

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Publication number: JP2005511885A
Application number: JP2003552860A
Authority: JP
Inventors: ヴァシレヴジョルジエヴイヴァン; イヴァノヴアンゲロヴクラジミル
Original assignee: ヴァシレヴジョルジエヴイヴァン; イヴァノヴアンゲロヴクラジミル
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2005-04-28
Also published as: ES2280542T3; BG106225A; DE60217553T2; CA2470306A1; WO2003051989A1; US20050085571A1; DE60217553D1; EP1497367B1; EP1497367A1; BG64509B1; AU2002311109A1

Abstract

本ポリマー組成物は、化学、食品及び他の産業の製品の包装に用いられる。ポリマー組成物から得られる包装材料は、広範囲の用途を有し、水媒体中での包装の分解を制御可能で、環境の清潔さを確保し、材料のリサイクルが可能である。包装材料用ポリマー組成物は、ポリビニルアルコール及び水を含有し、本発明に従い、ポリ酢酸ビニルディスパージョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース及びグルコースをも含み、重量％での成分比が：ポリビニルアルコール32〜84、ポリ酢酸ビニルのディスパージョン10〜57、メチルセルロース3.0〜5.8、カルボキシメチルセルロース2.0〜4.2、グルコース0.5〜2.3、及び水0.5〜6.0である。ポリマー組成物からの包装材料の製造方法は、乾燥混合物又は粘性塊の調製及び成形を含む。本発明によれば、成形の前又は後に、材料を四ホウ酸ナトリウム水溶液及びホルムアルデヒド水溶液で連続的に処理する。

Description

本発明は、化学物質、食品及び他の製品の包装に用いられる包装材料用のポリマー組成物に関するものである。また、本発明は、水媒体中での分解を制御可能な包装材料の製造方法に関するものでもある。

ポリマーをベースとした現代の包装材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等の熱可塑性ポリマー及びコポリマーを主として含んでいる。

変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール／ポリ酢酸ビニル、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、デキストリン、小麦スターチ、ポテトスターチから包装材料を作製することが知られている。

ＰＣＴ／ＵＳ９８／２４１６６、即ち、１９９９年５月２７日に公開された国際公開第９９／２５７６２号は、（重量％で）：小麦スターチ70〜95、加水分解されたポリビニルアルコール9〜14、植物性油脂0.7〜2.0、非有機成分（二酸化チタン等）0.1〜0.4、デキストリン3〜5、及び水6.0〜8.5を含む包装材料を開示している。

この公知組成物の欠点は：自然分解の場合、酸性及び崩壊プロセスの状態があることである。該組成物は、平らな包装用にのみ使用することができ、容積のある包装用には使用できないため、適用分野が制限されている。

１９８３年５月１８日に公開されたＥＰ００７９２４８号は、洗剤用の包装材料を開示しており、該包装材料は、ポリビニルアルコールをベースとした水溶性フィルム及びポリテトラフルオロエチレン粉末の組合せである。この材料は、用途が制限されている。その上、洗浄水溶液中での崩壊が、1乃至2分までの短時間に調整されている。

１９９８年１２月１６日に公開されたＥＰ０８８４３５２号は、水溶性フィルムからなる材料を開示しており、該材料は、スルホン酸で変性されたポリビニルアルコール100部及び没食子酸又はＣ_1-5アルキルエステル0.05〜20部を含む。この材料は、農薬、酸含有物質及び塩素含有化学物質用の包装の製造、並びに、繊維及び非繊維物品の製造に用いられる。この組成物は、食品の包装には使用できない。その上、水媒体中で分解した後、酸性及び崩壊プロセスが起こる。水媒体中での分解時間は短く、14〜158秒である。

ＰＣＴ／ＪＰ９３／０１１１４、即ち、１９９４年３月３日に公開された国際公開第９４／０４６５６号は、イタコン酸で変性されたポリビニルアルコールをベースとした洗剤用の水溶性包装フィルムを開示しているが、該包装フィルムは、適用できるポリマー、モノマー及びコポリマーが限られており、カルボキシ基を含む。

この公知の包装材料は、用途が（洗剤の包装に）限られており、水媒体中での分解時間が短く調整されており、30〜50秒である。

本発明の目的は、適用範囲が広く、水媒体中での包装の分解を制御可能で、生理的に無害な包装材料を提供し、環境への優しさを確保し且つ材料をリサイクルすることにある。

分解を制御可能な前記包装材料用ポリマー組成物は、ポリビニルアルコール及び水を含有し、また、本発明によれば、該ポリマー組成物は、ポリ酢酸ビニルのディスパージョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース及びグルコースをも含み、その（重量％での）比率が：ポリビニルアルコール32〜84；ポリ酢酸ビニルのディスパージョン10〜57；メチルセルロース3.0〜5.8；カルボキシメチルセルロース2.0〜4.2；グルコース0.5〜2.3、及び水0.5〜6.0である。

前記ポリビニルアルコールの重合度は、1200〜2000である。該ポリビニルアルコールは、加水分解でモノマーに分解せず、バクテリアの作用下でも分解しない。該ポリビニルアルコールは、生理的に無害であり、食品産業における包装への使用、及び医薬目的での使用が認められている。

本発明によれば、前記ポリマー組成物に含まれる前記ポリ酢酸ビニルディスパージョンは、以下の特性：乾燥残留物48〜56％；分子量14 000〜32 000；見かけ粘度50〜200mN.s/m²を有する。
ポリ酢酸ビニルは、それから水を除去した場合でさえ、人体に対して無害である。強制配向の場合、前記材料の引張強さが9〜10MPaまで上昇する。

本発明によれば、前記メチルセルロースは、前記ポリマー組成物に、崩壊及び微生物に対するより優れた耐性を付与する。エステル化の度合（メトキシル数23〜57）によって、この成分は、水媒体中での包装の分解調節に影響を及ぼす。

ポリマー組成物から、水媒体中での分解を制御可能な包装材料を得るための前記方法は、乾燥混合物又は粘性塊の調製及び成形を含む。本発明によれば、該成形の前又は後に、前記材料を四ホウ酸ナトリウム水溶液及びホルムアルデヒド水溶液で連続的に処理する。

前記水溶液中の四ホウ酸ナトリウムの含有率は、5〜20重量％である。

前記水溶液中のホルムアルデヒドの含有率は、5〜40重量％である。

前記溶液による処理の所要時間は、5〜900秒である。

本発明の方法の一実施態様では、ホルムアルデヒド溶液で前記材料を処理した後に、該材料を、再度、四ホウ酸ナトリウム溶液で処理する。

前記方法の好適実施態様は、8〜15重量％の濃度の四ホウ酸ナトリウム水溶液；20〜35重量％の濃度のホルムアルデヒド水溶液、及び15〜20重量％の濃度の四ホウ酸ナトリウム水溶液による前記材料の連続処理からなる。

前記機能性溶液中の四ホウ酸ナトリウム及びホルムアルデヒドの濃度、並びに処理時間を変えることで、上記包装の分解をコントロールすることができる。分解のコントロール目的に関して、機能性溶液による処理時間は、包装フィルム及び中空物品の成形が行われる温度にも作用される。70℃から190℃の温度で、処理時間が長くなる。

公知の方法を、前記乾燥混合物又は粘性塊の調製、及び前記材料の成形に用いる。前記粘性塊中の含水率は、前記乾燥混合物の25〜40重量％である。

前もってセットされた温度、圧力、湿度及び工程所要時間で、撹拌棒を備えた混合機中で前記乾燥混合物を調製し、前記ポリマー組成物の成分を指定のオーダーで加える。得られた乾燥混合物を冷却及び梱包する。

前もってセットされた温度及び工程所要時間で、撹拌棒を備えた混合機中で前記粘性のある塊を調製し、前記ポリマー組成物の成分を指定のオーダーで規定量の脱塩水に加える。冷却後、適当な容器に該粘性塊を詰め込む。該粘性塊を、ローラー及びカレンダー中で加工する。

ロール成形による前記ポリマー組成物の成形を70℃〜100℃の温度で行った場合、水媒体中での包装の分解時間がより短くなり、24時間以下になる。

押出成形により前記ポリマー組成物の成形を行い、温度を140℃〜190℃にセットした場合、結果として、水媒体中での分解時間が168時間〜6ヶ月に調節される。

本発明による前記ポリマー組成物は、錯体溶液と組み合わせて凝集物を生成させることによって、60℃以下の温度で水溶液から該ポリマー組成物を回収し、引き続き、トンネルドライヤー中において60〜70℃の温度できれいな空気をブローすることでリサイクルできる。

本発明による前記ポリマー組成物の利点は、以下のようである：この材料製の包装は、環境清浄に対する要件を満足している。それらは、水媒体中で分解する。油、酸、塩基及び他の化学的に活性な物質と接触した際に、前記ポリマー組成物は、交換反応を始めることがない。前記ポリマー組成物製の包装は、水含有液体中での耐久性を3時間〜6ヶ月の期間内に制御することが可能である。それらは生理的に無害で、それらの用途は、例えば、化学物質、食品及び他の製品といった包装される原材料及び物質のタイプに関して制限がない。前記ポリマー組成物製の既製の包装は、機能的に使用した状態、及び自然又は強制分解の後でさえ、ｐＨが6.8〜7.2の限界値内に留まる。

例１．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール82、ポリ酢酸ビニルディスパージョン10、メチルセルロース3、カルボキシメチルセルロース2、グルコース1.2、及び脱塩水1.8から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1400であった。
前記乾燥混合物を用い、20〜25重量％の水を加えて、粘性のある塊を調製し、該塊に70℃〜100℃の温度でロール成形を施した。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ／ 5％の四ホウ酸ナトリウム溶液で3〜5秒間処理；
ｂ／ 10％のホルムアルデヒド溶液で5〜10秒間処理；
ｃ／ 10％の四ホウ酸ナトリウム溶液で10〜15秒間処理．
機能性溶液による総ての処理の後に、前記ポリマーフィルムを20℃〜25℃の温度で、脱塩水で洗浄した。
幅0.01〜0.04mmの前記ポリマーフィルムを用いて、乾燥条件での貯蔵に好適な使い捨て包装を製造した。使用後、該包装は、2〜3時間以内で冷水に完全に溶解する。

例２．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール70、ポリ酢酸ビニルディスパージョン19、メチルセルロース4、カルボキシメチルセルロース3、グルコース1.4、及び脱塩水2.6から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1200であった。
前記乾燥混合物に80℃〜110℃の温度でロール成形を施した。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ／ 5％の四ホウ酸ナトリウム溶液で15〜20秒間処理；
ｂ／ 20％のホルムアルデヒド溶液で30〜35秒間処理；
ｃ／ 15％の四ホウ酸ナトリウム溶液で60〜75秒間処理．
機能性溶液による総ての処理の後に、前記ポリマーフィルムを20℃〜25℃の温度で、脱塩水で洗浄した。
幅1.2〜2.1mmの前記ポリマーフィルムから、真空成形で、使い捨て包装、例えば、カップ、プレート、マット等を製造した。それらは、水含有液体中で24時間の耐久性を有している。使用後、該包装は、水媒体中で徐々に溶解し、72〜80時間以内で完全に分解した。

例３．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール65、ポリ酢酸ビニルディスパージョン21、メチルセルロース4.2、カルボキシメチルセルロース3.6、グルコース2.2、及び脱塩水4.0から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1300であった。
異なる加熱ゾーンの温度を次のような温度：150、155、160、152、163及び167℃にして、前記乾燥混合物に押出成形を施した。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ／ 5％の四ホウ酸ナトリウム溶液で18〜25秒間処理；
ｂ／ 20％のホルムアルデヒド溶液で60〜75秒間処理．
前記包装は、水含有液体中で48時間の耐久性を有していた。使用後、該包装は、水媒体中で徐々に溶解し、56〜100時間以内で完全に分解した。

例４．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール60、ポリ酢酸ビニルディスパージョン26、メチルセルロース3.9、カルボキシメチルセルロース3.9、グルコース2.3、及び脱塩水3.9から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1400であった。
異なる加熱ゾーンの温度を次のような温度：150、155、162、155、165及び170℃にして、前記乾燥混合物に押出成形を施した。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ／ 10％の四ホウ酸ナトリウム溶液で30〜35秒間処理；
ｂ／ 20％のホルムアルデヒド溶液で75〜85秒間処理．
前記包装は、水含有液体中で72時間の耐久性を有していた。使用後、該包装は、水媒体中で徐々に溶解し、168時間以内に完全に分解した。

例５．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール55、ポリ酢酸ビニルディスパージョン32、メチルセルロース4.6、カルボキシメチルセルロース4.0、グルコース2.3、及び脱塩水2.1から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1500であった。
異なる加熱ゾーンの温度を次のような温度：155、160、165、158、165及び170℃にして、前記乾燥混合物に押出成形を施した。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ／ 10％の四ホウ酸ナトリウム溶液で50〜60秒間処理；
ｂ／ 22％のホルムアルデヒド溶液で115〜120秒間処理．
前記包装は、水含有液体中で168時間の耐久性を有していた。使用後、該包装は、水媒体中で徐々に溶解し、190〜200時間以内で完全に分解した。

例６．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール48、ポリ酢酸ビニルディスパージョン37、メチルセルロース4.7、カルボキシメチルセルロース4.1、グルコース2.3、及び脱塩水3.9から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1600であった。
異なる加熱ゾーンの温度を次のような温度：155、160、165、155、170及び172℃にして、前記乾燥混合物に押出成形を施す。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ／ 15％の四ホウ酸ナトリウム溶液で90〜110秒間処理；
ｂ／ 25％のホルムアルデヒド溶液で120〜140秒間処理；
ｃ／ 20％の四ホウ酸ナトリウム溶液で30〜45秒間処理．
前記包装は、水含有液体中で2週間の耐久性を有していた。使用後、該包装は、水媒体中で徐々に溶解し、3週間以内に完全に分解した。

例７．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール43、ポリ酢酸ビニルディスパージョン42、メチルセルロース4.9、カルボキシメチルセルロース4.1、グルコース2.3、及び脱塩水3.7から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1600であった。
異なる加熱ゾーンの温度を次のような温度：160、165、168、160、175及び175℃にして、前記乾燥混合物に押出成形を施す。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ／ 15％の四ホウ酸ナトリウム溶液で120〜130秒間処理；
ｂ／ 30％のホルムアルデヒド溶液で190〜200秒間処理．
前記包装は、水含有液体中で1ヶ月の耐久性を有していた。使用後、該包装は、水媒体中で徐々に溶解し、45日以内に完全に分解した。

例８．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール55、ポリ酢酸ビニルディスパージョン32、メチルセルロース4.6、カルボキシメチルセルロース4.0、グルコース2.3、及び脱塩水2.1から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1600であった。
異なる加熱ゾーンの温度を次のような温度：155、160、165、158、165及び170℃にして、前記乾燥混合物に押出成形を施した。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ） 15％の四ホウ酸ナトリウム溶液で150〜180秒間処理；
ｂ） 30％のホルムアルデヒド溶液で240〜250秒間処理；
ｃ） 20％の四ホウ酸ナトリウム溶液で120〜150秒間処理．
前記包装は、水含有液体中で2ヶ月の耐久性を有していた。使用後、該包装は、水媒体中で徐々に溶解し、75日以内に完全に分解した。

例９．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール35、ポリ酢酸ビニルディスパージョン49、メチルセルロース5.5、カルボキシメチルセルロース4.2、グルコース2.3、及び脱塩水4.0から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は1900であった。
得られた乾燥混合物を、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ／ 10％の四ホウ酸ナトリウム溶液で60〜120秒間処理；
ｂ／ 28％のホルムアルデヒド溶液で50〜60秒間処理；
ｃ／ 20％の四ホウ酸ナトリウム溶液で180〜220秒間処理．
機能性溶液による総ての処理の後に、前記ポリマー材料を20℃〜25℃の温度で、脱塩水で洗浄し、85℃〜90℃の温度で乾燥した。
異なる加熱ゾーンの温度を次のような温度：165、170、180、175、185及び185℃にして、機能性溶液で処理された前記乾燥混合物に押出成形を施した。
得られたポリマー材料を自動ブラスト機で加工して、3ヶ月までのシェルフライフを有する製品の貯蔵に用いられるボトル、ビン及び他の３-ｄ包装を製造した。この期間の後、該包装は、水媒体中で徐々に分解し、120日以内に完全に分解する。

例１０．
以下の成分（重量％で）：ポリビニルアルコール30、ポリ酢酸ビニルディスパージョン52、メチルセルロース5.8、カルボキシメチルセルロース4.2、グルコース2.3、及び脱塩水5.7から、乾燥混合物を調製した。
前記ポリビニルアルコールの重合度は2000であった。
得られたポリマーフィルムを、以下のようにして機能性溶液で処理した：
ａ） 20％の四ホウ酸ナトリウム溶液で150〜180秒間処理；
ｂ） 40％のホルムアルデヒド溶液で180〜200秒間処理；
ｃ） 20％の四ホウ酸ナトリウム溶液で860〜900秒間処理．
機能性溶液による総ての処理の後に、前記乾燥混合物を20℃〜25℃の温度で、脱塩水で洗浄し、85℃〜90℃の温度で乾燥した。
次に、異なる加熱ゾーンの温度を次のような温度：170、175、180、170、185及び190℃にして、上記のようにして得られた乾燥混合物に押出成形を施した。
得られたポリマー材料を自動ブラスト機で加工して、6ヶ月までのシェルフライフを有する製品の貯蔵に用いられるボトル、ビン及びチューブを製造した。この期間の後、該包装は、水媒体中で徐々に分解し、6〜7ヶ月以内で完全に分解する。

表１は、包装に用いられる、本発明によるポリマー組成物及び公知の材料の物理的及び機械的特性（平均値）を示している。

ＰＣ−本発明に従うポリマー組成物
ＨＤＰＥ−高密度ポリエチレン
ＬＤＰＥ−低密度ポリエチレン
ＰＰ−ポリプロピレン
ＰＶＣ−硬質ポリ塩化ビニル
ＰＳ−ポリスチレン
ＰＥＴＰＨ−ポリエチレンテレフタレート

Claims

ポリビニルアルコール及び水を含有する水媒体中での分解を制御可能な、包装材料製造用のポリマー組成物において、
該ポリマー組成物が、ポリ酢酸ビニルのディスパージョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース及びグルコースをも含み、
該成分が、重量％で以下の比率：
ポリビニルアルコール32〜84、ポリ酢酸ビニルのディスパージョン10〜57、メチルセルロース3.0〜5.8、カルボキシメチルセルロース2.0〜4.2、グルコース0.5〜2.3、及び水0.5〜6.0
であることを特徴とするポリマー組成物。
前記ポリビニルアルコールの重合度が1200〜2000であることを特徴とする請求項１に記載のポリマー組成物。
乾燥混合物又は粘性塊の調製及び成形を含む、請求項１に記載のポリマー組成物からの包装材料の製造方法において、
前記成形の前又は後に、前記材料を四ホウ酸ナトリウム水溶液及びホルムアルデヒド水溶液で連続的に処理することを特徴とする包装材料の製造方法。
前記水溶液中の四ホウ酸ナトリウムの含有率が5〜20重量％であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記水溶液中のホルムアルデヒドの含有率が5〜40重量％であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記水溶液による処理時間が5〜900秒であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
ホルムアルデヒド溶液で前記材料を処理した後に、該材料を、再度、四ホウ酸ナトリウム溶液で処理することを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記成形された材料を、8〜15重量％の濃度の四ホウ酸ナトリウム水溶液、20〜35重量％の濃度のホルムアルデヒド水溶液、及び15〜20重量％の濃度の四ホウ酸ナトリウム水溶液で連続的に処理することを特徴とする請求項３又は７に記載の方法。
ロール成形による前記ポリマー組成物の成形を70℃〜100℃の温度で実施し、水媒体中での分解時間をより短くして確実に24時間以下にすることを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記ポリマー組成物の押出成形を140℃〜190℃の温度で実施し、制御された水媒体中での分解時間を確実に168時間〜6ヶ月の期間内にすることを特徴とする請求項３に記載の方法。