JP2007177083A

JP2007177083A - 光分解性樹脂組成物の製造方法および該組成物からなる使い捨て容器

Info

Publication number: JP2007177083A
Application number: JP2005377506A
Authority: JP
Inventors: Choru Chu Na; チョルチュナ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】過量の炭酸カルシウムとステアリンを主成分とする脂肪酸とからなる光分解性樹脂組成物を提供する。
【解決手段】該組成物は４０〜６５重量％の炭酸カルシウムと、２０〜５０重量％のポリプロピレンと、５〜１５重量％のポリエチレンと、３〜５％のステアリンと、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレインとを含む。本発明の光分解性樹脂組成物、およびこの組成物からなる使い捨て容器は、光分解性に優れているのみならず、人体には全く無害で且つ環境汚染を引き起こさないという効果を奏する。

Description

本発明は、光分解性樹脂組成物の製造方法および該組成物からなる使い捨て容器に関する。より詳しくは、ポリプロピレン樹脂組成物に脂肪酸の結晶核剤を添加し、炭酸カルシウムの含量を６５％まで増大させることにより、人体に無害であり、且つ光分解性に優れた環境親和的な光分解性樹脂組成物を製造する方法、および該組成物を成形することによって形成される使い捨て容器に関する。

一般に、プラスチックとは、加熱、加圧、またはこの両方により成型が可能な材料、またはこの種の材料からなる樹脂製品を意味する。１８６８年に世界初のプラスチックであるセルロイドが発明されて以来、数多くのプラスチックが開発されてきており、今日に至ってはあらゆる分野に適用されている。

プラスチックは、現代社会が求める物理的な特性、低価格、製造および加工の容易性、並びに半永久的な寿命のため、その需要が益々増大している。
特に、現代社会においては、使い捨て用品を多く使用しているため、プラスチックの需要が益々増大している。

ところが、このような需要に伴う大量の廃プラスチックは、長時間が経過しても分解されないという特性のため、プラスチックによる環境汚染問題が台頭し始めている。すなわち、プラスチックを埋め立てると深刻な土壌汚染を引き起こし、焼却するとダイオキシンなどの大気汚染物質を放出するため、処理可能な量が非常に制限されるなどである。

従来、このような問題点を解決するためには、脂肪族ポリエステル樹脂を主成分とするプラスチックを使用する。
しかしながら、脂肪族ポリエステル樹脂は、他の樹脂に比べて高価であるため、使い捨ての用途には向いていないという不具合がある。

また、樹脂に生分解可能な天然高分子を含ませて製造することにより、生分解性を向上したプラスチックが知られている。
具体的な例として、特許文献１には、ポリエチレンに澱粉、無水マレイン酸、無水メタクリル酸、マレイミド、アクリル酸、およびメタクリル酸からなる、澱粉が結合した生分解性ポリエチレン組成物およびその製造方法が提案されている。

しかしながら、上記生分解性ポリエチレン組成物は、澱粉とポリエチレンとの結合が効率よく行われず、またカビが繁殖するため、流通上に不都合があった。
また、光分解可能なポリエチレンまたはポリプロピレン樹脂に炭酸カルシウムのような無機充填剤を含む光分解性樹脂組成物が知られている。

上記組成物において炭酸カルシウムの含量を増大すれば、光分解されるべき樹脂量が少なくなるため分解時間が短縮される。さらに表面から樹脂が分解し始めると、炭酸カルシウムが大気中または地中の水分と反応して溶解する。この溶解した部分が微細空間を形成することにより、大気中または地中の水分と接触できる表面積が増大し、それにより樹脂の分解が一層促進され、光分解性が向上する。

しかし、合成樹脂と炭酸カルシウムとの含量とが、組成物の全重量に対して４０％を超えると、合成樹脂との反応性が劣化する。その結果、炭酸カルシウムが容器から脱離しや
すくなったり、成型時に樹脂組成物が伸びやすくなったりするため加工性が低下する。また、該組成物から容器を作製する場合は、割れが生じるという不都合があった。
韓国特許公告第１９９６−００１２４４５号

そこで本発明者は、ポリプロピレン樹脂に添加する炭酸カルシウムの含量を高めて光分解性を一層向上し、且つ分解時に環境汚染を引き起こさない無毒性樹脂組成物を開発するために鋭意研究を重ねてきた。その結果、結晶核剤の脂肪酸の改質剤を使用することにより、ポリプロピレン樹脂の融化作用をし易くし、さらに結晶化速度を早めるとともに結晶を微細且つ均質にすることができる。また、該改質剤は樹脂と炭酸カルシウムとの反応において結合剤として作用するため、炭酸カルシウムの含量を増大してもポリプロピレン樹脂の加工性が低下せず、容器製造の際に割れが生じにくいという事実を見いだし、本発明を完成するに至った。従って、本発明の目的は、過量の炭酸カルシウムと、ステアリンを主成分とする脂肪酸とからなる光分解性ポリプロピレン樹脂組成物を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記組成物の製造方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、上記方法により製造された組成物から成型された使い捨て容器を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、４０〜６５重量％の炭酸カルシウムと、２０〜５０重量％のポリプロピレンと、５〜１５重量％のポリエチレンと、３〜５％のステアリンと、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレインとを含むことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光分解性樹脂組成物において、ポリエチレンが、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、および高密度ポリエチレンから選ばれた少なくとも１種のポリエチレンであることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、３〜５重量％のステアリンと、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレインとを混合し、温度を５０〜６０℃、６０〜６５℃、および７０〜７１．５℃の順に変化させ、段階的に反応させて結晶化させるステップと、ステップで得られた結晶体に４０〜６５重量％の炭酸カルシウムを添加して混合し、１１０〜１３０℃にて反応させて粒子化させるステップと、ステップで得られた粒子に、２０〜５０重量％のポリプロピレンと５〜１５重量％のポリエチレンとを添加して混合し、温度を６０〜７０℃、１２０〜１３０℃、および２５０〜２６０℃の順に変化させ、段階的に反応させ、さらにペレット化するステップとを含むことを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光分解性樹脂組成物の製造方法において、ステップにおける炭酸カルシウムが、３００〜５００メッシュの炭酸カルシウム粉体であることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の方法により製造された組成物を１８０〜２２０℃で溶融させた後に成形することにより形成されることを要旨とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、４０〜６５重量％の炭酸カルシウム、２０〜５０重量％のポリプロピレン、５〜１５重量％のポリエチレン、３〜５重量％のステアリン、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレイン（ＳｔｅｒｏｉｄＯｌｅｉｎ）を含む光分解性樹脂組成物を提供する。

また、他の目的を達成するために、本発明は、（ａ）３〜５重量％のステアリンと、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレインとを混合し、温度を５０〜６０℃、６０〜６５℃、および７０〜７１．５℃の順に変化させ、これにより段階的に反応させて結晶化させるステップと、（ｂ）ステップ（ａ）で得られた結晶体に４０〜６５重量％の炭酸カルシウムを添加して混合し、１１０〜１３０℃にて反応させ粒子化させるステップ、および（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた粒子に、２０〜５０重量％のポリプロピレンと５〜１５重量％のポリエチレンとを添加して混合し、温度を６０〜７０℃、１２０〜１３０℃、および２５０〜２６０℃の順に変化させ、これにより段階的に反応させ、さらにペレット化するステップとを含む光分解性樹脂組成物の製造方法を提供する。

さらに、本発明は、上記方法で製造された組成物を１８０〜２２０℃で溶融し、それを成型した光分解性の使い捨て容器を提供する。

本発明の光分解性樹脂組成物、および該組成物からなる使い捨て容器は、光分解性に優れているのみならず、人体には全く無害であり、且つ環境汚染を引き起こさないという効果を奏する。

本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。なお、本願において使われる技術用語および科学用語に対して特に定義の記載がなければ、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が通常に理解している意味をもつ。

また、従来技術と同じ技術的構成および作用に関する繰り返し説明は省略することにする。
本発明では、段階的な熱処理により脂肪酸を結晶体にし、それを結晶核剤として用いる。この結晶核剤と過量の炭酸カルシウムとを混合し、その混合物に熱処理を施すことにより小粒子を形成する。さらに、この小粒子とポリプロピレン（ＰＰ）およびポリエチレン（ＰＥ）とを混合し、その後、再び段階的な熱処理を施す。これにより、無毒性で且つ優れた光分解性を有する光分解性樹脂組成物を製造することができる。

言い換えれば、本発明は、脂肪酸という結晶核剤を改質剤として使うことにより、ポリプロピレンやポリエチレン樹脂のような結晶性プラスチックの融化作用をし易くし、さらに結晶化速度を早めるとともに、結晶を微細且つ均質にする。また、該改質剤は樹脂と炭酸カルシウムとの反応において結合剤として作用する。したがって、炭酸カルシウムのような無機質充填剤の使用量を全重量に対して６５％まで増大しても、成型時に溶融樹脂が伸びることがない。このため、得られた樹脂組成物の加工性が低下せず、また製造容器に割れが生じない。該樹脂組成物は、炭酸カルシウムの使用量を増大させる一方で、樹脂使用量を少なくすることにより、自然的に行われる光分解の度合いを、用途に応じて調節できるという特性を有する。

このとき、本発明では、好ましくは、４０〜６５重量％の炭酸カルシウムと、２０〜５０重量％のポリプロピレンと、５〜１５重量％のポリエチレンと、３〜５重量％のステアリンと、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレインとを使用する。

本発明において、炭酸カルシウムの使用量が６５％を超えると、樹脂の使用量が不足して加工性が低下する。この結果、製造容器に割れが生じやすくなる。また、炭酸カルシウムの使用量が４０重量％未満であると、本発明の上記の効果が得られにくくなる。また、ポリプロピレンの使用量が、５０重量％を超えると分解が起こりにくく、ポリプロピレン
の使用量が、２０重量％未満である場合には、十分な量の炭酸カルシウムを添加することができなくなる。ポリエチレンの場合、ポリプロピレンの使用量に比べて５〜１５重量％の範囲で使用すると、耐衝撃性に優れるとともに硬度が保たれるためである。

上記ポリエチレンとしては、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬｉｎｅａｒＬｏｗＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、および高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から選ばれた少なくとも１種のポリエチレンを使う。

これは、本発明における通常の知識を有する当業者であれば誰でもできる自明なことである。
結晶核剤の主原料としてのステアリン（ステアリン酸グリセロールエステル）と、補助的なステアリン酸またはステロイドオレインとの合計使用量は、総重量に対して８重量％を超えると、使用量に比して僅かな効果しか得られない。同使用量が４重量％未満であると、上記使用範囲における炭酸カルシウムの小粒子化、および合成樹脂とのペレット化が難しくなる。

本発明における炭酸カルシウムとしては、結晶核剤と合成樹脂との微細且つ均一な反応性と経済性のため、平均粒度３００〜５００メッシュの粉体を使うことが好ましい。これは、炭酸カルシウムの平均粒度が３００メッシュ以下である場合は、炭酸カルシウムの混合に困難を生じ、炭酸カルシウムの平均粒度が５００メッシュを超える場合は、容器製品の強度が低下したり、炭酸カルシウムが部分的に容器から脱離したりすることがあるためである。

上記炭酸カルシウムとしては、炭酸塩の原石を３００メッシュ以上に粉砕し、その後不純物を除去して得た純度９０％以上の炭酸カルシウムを使うことが好ましい。
一方、本発明では、以下の工程を実施することにより、上記光分解性樹脂組成物全体を１００重量％として、光分解性樹脂組成物を製造する。

第１の工程：脂肪酸の結晶核体の製造
３〜５重量％のステアリン、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレインを混合する。該混合物を、５０〜６０℃、６０〜６５℃、および７０〜７１．５℃の順に変化させることにより、段階的に反応させ、結晶化させる。

このとき、熱処理温度は、７１．５℃を超えないようにし、５０℃から徐々に温度を上昇させて反応を誘導することにより、ステアリンとステアリン酸またはステロイドオレインとが溶解することなく結晶化されるようにする。

第２の工程：炭酸カルシウムの粒子化
第１の工程で得られた結晶体に、炭酸カルシウム４０〜６５重量％を添加し、混合し、１１０〜１３０℃にて反応させ、粒子化させる。

このとき、各粒子内の不純物を揮発させて除去するため、１１０〜１３０℃の温度範囲内で熱処理を実施する。より好ましくは、１２０℃にて加熱を行う。
第３の工程：樹脂組成物のペレット化
上記第２の工程で得られた粒子に、ポリプロピレン２０〜５０重量％とポリエチレン５〜１５重量％とを添加し、混合し、温度を６０〜７０℃、１２０〜１３０℃、および２５０〜２６０℃の順に変化させることにより、段階的に反応させる。その後得られた反応物を冷却し、ペレット化する。

上記工程における段階的な加熱は、ロータリー加熱炉を使用して効率よく実施することが好ましい。
上述した光分解性樹脂ペレットは、１８０〜２２０℃で溶融し、射出成型または圧着成型することにより、光分解性の使い捨て容器を製造する。

このとき、射出成型および圧着成型は、用途に合わせて通常に知られている各種の方法を用いて行えばよく、これにより所望のサイズの容器を製造することができる。

以下、本発明の具体的な実施例について詳しく説明する。しかし、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の思想と範囲内で各種の変形または修正が可能であることは当業者にとって自明である。

実施例１：光分解性樹脂組成物の製造
３００ｇのステアリン、および１００ｇのステアリン酸（食品級）を混合し、この混合物を５４．５℃、６５℃、および７１．５℃の順に温度変化させ、それにより段階的に反応させて結晶体を得た。この結晶体と５２０ｇの炭酸カルシウムとを混合し、この混合物を１２０℃にて反応させて小粒子を得た。この小粒子に、３４０ｇのポリプロピレン（ＰＰ３ＭＡ６３Ｋ０４８）と１００ｇのポリエチレン（ＬＬＤＰＥ−ＭＡ６２Ｄ０４５−２２００Ｊ）とを添加し、混合し、これを６０℃、１２０℃、および２５８℃の順に温度を変化させ、段階的に反応させた後、ペレットを得た。

このとき、ペレット長を２〜３ｍｍの大きさに調製した。
実施例２：光分解性の食品容器の製造
実施例１で得たペレットを射出成型機のシリンダーに装填し、２００℃で軟化・溶融した。その後、金型に入れて射出成型し、冷却して１９７×１３７×７０（ｍｍ）の使い捨て食品容器を作製した。

このとき、射出圧力としては、１, ０００ｋｇｆ／ｃｍ２を保つようにした。
実験例１：光分解性の容器の物理／機械的特性
本実験例は、実施例２の食品容器の物理的および機械的特性を把握するため、所定の測定基準によってメルトフローインデックス、比重、成型収縮率、降伏点の引張強度、および屈曲弾性率を測定した。

その結果を、下記の表１に示した。

実験例２：光分解性の容器の化学的特性
本実験例は、実施例２で得た食品容器の人体への安全性を確認するために行った。

このため、韓国食品研究所に依頼し、食品医薬安全庁の食品衛生法食品公典「第６. 器具および容器包装の基準規格」に沿った材質実験と溶出実験を行った。
この結果、下記の表２に示すように、本発明の食品容器は、国内規格に比べて遥かに優れた容器特性を示すことが分かる。

実験例３：光分解性実験
実施例２で得た食品容器試片を１０℃の温度雰囲気下で放置した場合、約８, ５００時間後に完全に自然分解したことを確認することができた。

Claims

４０〜６５重量％の炭酸カルシウムと、２０〜５０重量％のポリプロピレンと、５〜１５重量％のポリエチレンと、３〜５％のステアリンと、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレインとを含む光分解性樹脂組成物。
ポリエチレンが、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、および高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から選ばれた少なくとも１種のポリエチレンである請求項１に記載の光分解性樹脂組成物。
（ａ）３〜５重量％のステアリンと、１〜３重量％のステアリン酸またはステロイドオレインとを混合し、温度を５０〜６０℃、６０〜６５℃、および７０〜７１．５℃の順に変化させ、段階的に反応させて結晶化させるステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）で得られた結晶体に４０〜６５重量％の炭酸カルシウムを添加して混合し、１１０〜１３０℃にて反応させて粒子化させるステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた粒子に、２０〜５０重量％のポリプロピレンと５〜１５重量％のポリエチレンとを添加して混合し、温度を６０〜７０℃、１２０〜１３０℃、および２５０〜２６０℃の順に変化させ、段階的に反応させ、さらにペレット化するステップとを含む光分解性樹脂組成物の製造方法。
ステップ（ａ）における炭酸カルシウムが、３００〜５００メッシュの炭酸カルシウム粉体である請求項３に記載の光分解性樹脂組成物の製造方法。
請求項３または４に記載の方法により製造された組成物を１８０〜２２０℃で溶融させた後に成形することにより形成される光分解性の使い捨て容器。