JP2023039831A - 生分解性樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】生分解性樹脂の分解速度を向上できる生分解性樹脂組成物を提供する。【解決手段】生分解性樹脂及び多糖類を含み、かつ多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するもの、又は不溶性であるものである、生分解性樹脂組成物。【選択図】なし
Description
本発明は、生分解性樹脂組成物に関する。
生分解性樹脂は、土壌中や水中等の微生物の分解能力により分解されるプラスチックをいう。また、生分解性樹脂は、土壌中の分解性が良好である点に加え、一般に、焼却しても石油系樹脂よりも二酸化炭素等の温暖化ガスの発生が少なく、焼却時に発生するカロリーも少ないので、地球環境に優しい材料である。
近年、生分解性樹脂に関して、様々な開発が行われている。
例えば、特許文献１では、生分解速度を向上可能な樹脂成型体として、生分解性樹脂を含む成型基体と、成型基体の表面に形成された塗装被膜とからなり、塗装被膜は、微生物の増殖を促進させる増殖促進剤を含む樹脂成型体が開示されている。
特許文献１は、微生物の増殖を促進させる増殖促進剤として、炭水化物、アミノ酸、及びそれらの両方を使用可能であるとしており、例えば多糖類等を含む炭水化物を生分解性樹脂と共に塗装被膜に配合し、これによって、樹脂の生分解速度を向上できると開示している。
しかしながら、生分解性樹脂の分解速度を更に向上させることが、依然として求められている。
本発明の目的は、生分解性樹脂の分解速度の向上を改善しようとするものである。
上記の目的を達成する本発明は、以下のとおりである。
〈態様１〉
生分解性樹脂及び多糖類を含み、かつ
前記多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するもの、又は不溶性であるものである、
生分解性樹脂組成物。
〈態様２〉
前記多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するものである、態様１に記載の組成物。
〈態様３〉
前記多糖類が、側鎖状の構造を有している、態様１又は２に記載の組成物。
〈態様４〉
前記生分解性樹脂が、生分解性ポリエステル樹脂から選択される、態様１～３のいずれか一項に記載の組成物。
〈態様５〉
前記生分解性樹脂と前記多糖類との合計の質量に対する前記多糖類の割合（前記多糖類／（前記生分解性樹脂＋前記多糖類））が、１．０質量％～５０質量％である、態様１～４のいずれか一項に記載の組成物。
〈態様６〉
生分解性樹脂で構成されている成型体基体、及び
前記成型体基体の表面を被覆している態様１～５のいずれか一項に記載の組成物、
を有する、生分解性成型体。
生分解性樹脂及び多糖類を含み、かつ
前記多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するもの、又は不溶性であるものである、
生分解性樹脂組成物。
〈態様２〉
前記多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するものである、態様１に記載の組成物。
〈態様３〉
前記多糖類が、側鎖状の構造を有している、態様１又は２に記載の組成物。
〈態様４〉
前記生分解性樹脂が、生分解性ポリエステル樹脂から選択される、態様１～３のいずれか一項に記載の組成物。
〈態様５〉
前記生分解性樹脂と前記多糖類との合計の質量に対する前記多糖類の割合（前記多糖類／（前記生分解性樹脂＋前記多糖類））が、１．０質量％～５０質量％である、態様１～４のいずれか一項に記載の組成物。
〈態様６〉
生分解性樹脂で構成されている成型体基体、及び
前記成型体基体の表面を被覆している態様１～５のいずれか一項に記載の組成物、
を有する、生分解性成型体。
本発明によれば、生分解性樹脂の分解速度を更に向上する生分解性樹脂組成物を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、発明の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。
《生分解性樹脂組成物》
本発明の生分解性樹脂組成物（以下、単に「本発明の組成物」とも称する）は、
生分解性樹脂及び多糖類を含み、かつ
多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するもの、又は不溶性であるものである、
生分解性樹脂組成物
である。
本発明の生分解性樹脂組成物（以下、単に「本発明の組成物」とも称する）は、
生分解性樹脂及び多糖類を含み、かつ
多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するもの、又は不溶性であるものである、
生分解性樹脂組成物
である。
生分解性樹脂は、土壌中や水中（以下、単に「土壌中」と称する）において、そこに生息する微生物により分解されうる。より具体的には、微生物が、分泌又は細胞融解により細胞外酵素を土壌中に放出する。この細胞外酵素の働きにより、生分解性樹脂は、低分子に分解され、そして、完全に分解された場合には、酸素、窒素、水素、炭素等の無機物又はそれらのガスに変換される。低分子に分解された生分解性樹脂（例えば、フラクトースやグルコース等の糖類やアミノ酸）は、微生物の餌となりうる。そして、微生物は、餌を得ることで、成長し、更に増殖する。その結果、微生物からの細胞外酵素も増加することとなり、これによって、生分解性樹脂の生分解が盛んになる。
これまでに、微生物の増殖を促進させ、微生物による生分解性樹脂の分解速度を向上させるために、炭水化物、アミノ酸、及びそれらの両方を生分解性樹脂に配合する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
本発明者らの鋭意研究によれば、単に任意の炭水化物、アミノ酸、及びそれらの両方を生分解性樹脂と同時に配合するだけでは、微生物による生分解性樹脂の分解速度の向上には不十分であることが分かった。そこで、本発明者らの更なる鋭意研究によって、特有の多糖類、すなわち、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するもの、又は不溶性であるものである多糖類を用いることで、生分解性樹脂の分解速度を向上できることが見出されて、本発明の完成に至った。
また、理論に限定されるものではないが、上述した特有の多糖類を用いることによって本発明の効果を発揮できる理由としては、以下のように分析される。すなわち、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化する多糖類、又は不溶性である多糖類は、生分解性樹脂と混合して土壌の中に埋められる際には、土壌中の水分に簡単に溶けることなく、生分解性樹脂と共存しながら、微生物の餌になり、そこで増殖された微生物によって生分解性樹脂がより早く分解されると考える。その一方で、例えば１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに溶解する多糖類を用いる場合には、土壌中の水分を吸収して溶解し、生分解性樹脂から流出して生分解性樹脂から離れてしまうので、生分解性樹脂近辺の微生物の増殖効果は得られにくいと考える。
〈多糖類〉
多糖類とは、１０個以上の単糖がグリコシド結合で結びついたものを指す。
多糖類とは、１０個以上の単糖がグリコシド結合で結びついたものを指す。
本発明に用いる多糖類は、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するものであってもよく、不溶性であるものであってよいが、前者の方が好ましい。
ここで、「ゲル化」とは、多糖類の分子同士が絡み合い、網目状のネットワークを構築し、このネットワーク中に水が保持されて、多糖類水溶液全体が流動性を失っている状態をいう。
また、「不溶」とは、多糖類が完全に溶けていない状態を指し、より具体的には、多糖類が全く溶けていなくて懸濁若しくは沈殿の態様で存在している状態、又は多糖類が一部のみ溶けている状態を指す。なお、「不溶」に対して、多糖類が水中に完全に溶けており、透明の溶液になる状態は、「可溶」と定義する。
本発明において、多糖類は、直鎖状、側鎖状、分岐状、又は球状の構造を有していることができるが、これらの中で、多糖類は、側鎖状の構造を有していることが好ましい。ここで、直鎖状の構造とは、単糖が直鎖状に結合して形成されており、側鎖を有さない多糖類の構造を指す。側鎖状の構造とは、直鎖状の主鎖に対して、少なくとも１つの側鎖を持つ構造を指す。分岐状の構造とは、直鎖状の主鎖に対して、１つ以上の側鎖があり、かつ任意の側鎖において、更に１つ以上の側鎖が存在するように分岐する構造を指す。また、球状の構造とは、分岐状の構造から形成されている球状の構造を指す。
本発明において、多糖類の分子量は、特に限定されず、例えば５万以上、１０万以上、１５万以上、２５万以上、３０万以上、４０万以上、５０万以上、又は１００万以上であってよく、また３００万以下、２５０万以下、２００万以下、又は１００万以下であってよい。
本発明において、多糖類の具体例としては、例えば、タマリンドシードガム（「タマリンドガム」とも称する）、グァーガム、セルロース、キサンタンガム、キトサン、又はでんぷん等が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の組成物において、多糖類の含有量は、特に限定されず、組成物の全質量に対して、例えば、１．０質量％以上、５．０質量％以上、１０質量％以上、１５質量％以上、２０質量％以上、２５質量％以上、又は３０質量％以上であってよく、また、５０質量％以下、４５質量％以下、４０質量％以下、又は３５質量％以下であってよい。また、これらの含有量の範囲内であれば、複数の多糖類を組み合わせてもよい。
〈生分解性樹脂〉
本発明において、生分解性樹脂としては、特に限定されず、任意の生分解樹脂から選択されてよい。
本発明において、生分解性樹脂としては、特に限定されず、任意の生分解樹脂から選択されてよい。
生分解性樹脂は、生分解性ポリエステル樹脂から選択されてよく、より具体的には、生分解性ポリエステル樹脂として、ポリエチレンサクシネート、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アジペートテレフタレート、ポリブチレンサクシネートテレフタレート、ポリブチレンサクシネートカーボネート、ポリブチレンアジペートテレフタレート、ポリアジペートテレフタレート、及びポリテトラメチレンアジペートテレフタレート、並びにこれらの組み合わせからなる群等が挙げられるが、これらに限定されない。
また、本発明に用いられるその他の生分解性樹脂として、例えば、ポリ乳酸；グリコール酸、グリセリン酸、３－ヒドロキシ酪酸、酒石酸、及びクエン酸等のヒドロキシカルボン酸、コハク酸、及びアジピン酸等の多価カルボン酸、ラクトン、及びこれらのモノマーの共重合体からなるポリエステル；でんぷん、セルロース（例えば、セルロールアセテート、セルローストリアセテート等）、キトサン、プルラン等の多糖類系高分子材料；及びポリビニルアルコール等が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の組成物において、生分解性樹脂の含有量は、特に限定されず、組成物の全質量に対して、例えば、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、又は９０質量％以上であってよく、また、９９質量％以下、９５質量％以下、９０質量％以下、８０質量％以下、又は７０質量％以下であってよい。
また、本発明の組成物において、生分解性樹脂と上述した多糖類との合計の質量に対する上述した多糖類の割合（多糖類／（生分解性樹脂＋多糖類））は、例えば１．０質量％以上、３．０質量％以上、５．０質量％以上、１０質量％以上、２０質量％以上、又は３０質量％以上であってよく、また５０質量％以下、４０質量％以下、３０質量％以下、２０質量％以下、又は１０質量％以下であってよい。
〈その他の成分〉
本発明の組成物は、上述した生分解性樹脂及び多糖類のほかに、本発明の効果を損なわない限り、更に、他の成分を随意に含んでよい。
本発明の組成物は、上述した生分解性樹脂及び多糖類のほかに、本発明の効果を損なわない限り、更に、他の成分を随意に含んでよい。
その他の成分として、例えば、バイオスティミュラント等の微生物の餌になれる添加物が挙げられる。ここで、バイオスティミュラントとしては、より具体的には、例えば、上述した多糖類以外の多糖類、オリゴ糖、二糖類、及び単糖類等の炭水化物、アミノ酸、腐植質、有機酸資材(例えば、腐植酸・フルボ酸等)、海藻、海藻抽出物、ペプチド、微量ミネラル、ビタミン、並びに微生物資材(例えば、枯草菌、トリコデルマ菌、酵母等)等が挙げられるが、これらに限定されない。また、その他の成分として、例えば、塗料、顔料、可塑剤、耐電防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の各種添加剤、改質剤、又は充填剤等も挙げられるが、これらに限定されない。
〈生分解性組成物の製造方法〉
本発明の組成物は、特に限定されず、例えば、生分解性樹脂及び多糖類を一定の質量比で混錬することによって、製造することができる。
本発明の組成物は、特に限定されず、例えば、生分解性樹脂及び多糖類を一定の質量比で混錬することによって、製造することができる。
混錬は、例えばコニカル混錬、又はミキサー混錬等によって行うことができる。混錬する際の温度は、特に限定されず、用いる生分解性樹脂及び多糖類の種類に合わせて、生分解性樹脂の融点よりも高い温度で適宜調整してよく、例えば９０℃以上、１００℃以上、１１０℃以上、又は１２０℃以上であってよく、また２００℃以下、又は１５０℃以下であってよい。また、混錬する時間は、特に限定されず、用いる生分解性樹脂及び多糖類の量に合わせて、適宜調整してよい。
上述した混錬の他に、本発明の組成物は、例えば生分解性樹脂の表面に、多糖類をバーコーター等によって塗工することによっても製造することができる。
《生分解性成型体》
本発明はまた、生分解性成型体を提供することができる。
本発明はまた、生分解性成型体を提供することができる。
本発明の生分解性成型体は、
生分解性樹脂で構成されている成型体基体、及び
前記成型体基体の表面を被覆している上述した本発明の組成物、
を有する。
生分解性樹脂で構成されている成型体基体、及び
前記成型体基体の表面を被覆している上述した本発明の組成物、
を有する。
本発明の生分解性成型体が土壌の中に埋められる際には、微生物はまず、成型体基体の表面を被覆している本発明の組成物を分解して、そして成型体基体に到達してそれを構成している生分解性樹脂を分解することができる。
本発明の組成物は、従来の生分解性樹脂の微生物による分解速度を向上することができるため、本発明の組成物を用いる生分解性成型体は、従来の成型体に比べて微生物による分解速度を向上させることができる。
したがって、本発明の生分解性成型体は、以下に示すように様々な用途を有しうる。
１．農林水産業用資材としての用途
農林水産業用資材としては、より具体的には、例えば、マルチフィルム、育苗ポット、セルトレイ、ランナーピン、ルーツポーチ、農薬・肥料被覆材、害虫くん煙用シート、釣り糸、漁網等が挙げられるが、これらに限定されない。
農林水産業用資材としては、より具体的には、例えば、マルチフィルム、育苗ポット、セルトレイ、ランナーピン、ルーツポーチ、農薬・肥料被覆材、害虫くん煙用シート、釣り糸、漁網等が挙げられるが、これらに限定されない。
２．土木・建設資材としての用途
土木・建設資材としては、より具体的には、例えば、断熱材、土木工事型枠、土留め等緑化用シート、土嚢、植生ネットグリーンバッグ等が挙げられるが、これらに限定されない。
土木・建設資材としては、より具体的には、例えば、断熱材、土木工事型枠、土留め等緑化用シート、土嚢、植生ネットグリーンバッグ等が挙げられるが、これらに限定されない。
３．野外レジャー製品としての用途
野外レジャー製品としては、より具体的には、例えば、ゴルフ、釣、マリンスポーツ、登山等のディスポーザブル製品等が挙げられるが、これらに限定されない。
野外レジャー製品としては、より具体的には、例えば、ゴルフ、釣、マリンスポーツ、登山等のディスポーザブル製品等が挙げられるが、これらに限定されない。
４．食品包装用フィルム・容器としての用途
食品包装用フィルム・容器としては、より具体的には、例えば、生鮮食品のトレー、インスタント食品容器、ファストフードの容器、弁当箱等が挙げられるが、これらに限定されない。
食品包装用フィルム・容器としては、より具体的には、例えば、生鮮食品のトレー、インスタント食品容器、ファストフードの容器、弁当箱等が挙げられるが、これらに限定されない。
５．衛生用品としての用途
衛生用品としては、より具体的には、例えば、紙オムツ、生理用品等が挙げられるが、これらに限定されない。
衛生用品としては、より具体的には、例えば、紙オムツ、生理用品等が挙げられるが、これらに限定されない。
６．事務用品・日用品・文具・雑貨類としての用途
事務用品・日用品・文具・雑貨類としては、より具体的には、例えば、ペンケース、芯ケース、髭剃り、歯ブラシ、コップ、ゴミ袋等が挙げられるが、これらに限定されない。
事務用品・日用品・文具・雑貨類としては、より具体的には、例えば、ペンケース、芯ケース、髭剃り、歯ブラシ、コップ、ゴミ袋等が挙げられるが、これらに限定されない。
以下に実施例を挙げて、本発明について更に詳しく説明を行うが、本発明はこれらに限定されるものではない。
《実施例１～７、並びに比較例２及び３》
〈各実施例及び比較例用サンプルの準備〉
生分解性樹脂として、三菱ケミカル株式会社製のＦＯＲＺＥＡＳ（登録商標）ＤＭ９Ｂ０１（ＢｉｏＰＢＳ（登録商標）をベースにした生分解性樹脂コンパウンド；ペレット状；白色；融点８４℃）を用いた。
〈各実施例及び比較例用サンプルの準備〉
生分解性樹脂として、三菱ケミカル株式会社製のＦＯＲＺＥＡＳ（登録商標）ＤＭ９Ｂ０１（ＢｉｏＰＢＳ（登録商標）をベースにした生分解性樹脂コンパウンド；ペレット状；白色；融点８４℃）を用いた。
多糖類として、表１に示す各種のものを用いた。また、各多糖類が、ゲル化するものか、不溶性であるものか、又は可溶性であるものかについて、多糖類を１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させて、評価した。表１では、「水への溶解性」との項目の列に、該当する箇所を「ゲル化」、「不溶性」、又は「可溶性」と示す。
生分解性樹脂及び多糖類を、質量比（生分解性樹脂：多糖類）が７０：３０となるように、コニカル混錬機で混錬し、生分解性樹脂組成物を得た。なお、混錬条件は、以下のとおりである：
（混錬条件）
装置：縦型コニカル二軸混錬押出機
混錬時間：１０分
回転数：１００ｒｍｐ
混錬温度：１２０℃（なお、実施例３の場合のみ１２５℃で行った（１２０℃で混錬しようした際に装置のトルク値が上昇したので、１２５℃で混錬した。下記の熱プレスも混錬の温度条件に合わせた。））
（混錬条件）
装置：縦型コニカル二軸混錬押出機
混錬時間：１０分
回転数：１００ｒｍｐ
混錬温度：１２０℃（なお、実施例３の場合のみ１２５℃で行った（１２０℃で混錬しようした際に装置のトルク値が上昇したので、１２５℃で混錬した。下記の熱プレスも混錬の温度条件に合わせた。））
得られた生分解性樹脂組成物を、以下の条件で熱プレスして、大きいさ４ｃｍ×４ｃｍのフィルム上サンプルを得た。なお、各フィルムの厚さは、表１に示す。
（熱プレス条件）
装置：熱プレス機
時間：３０秒
圧力：３０ＭＰａ
温度：１２０℃（なお、実施例３の場合のみ１２５℃で行った）
（熱プレス条件）
装置：熱プレス機
時間：３０秒
圧力：３０ＭＰａ
温度：１２０℃（なお、実施例３の場合のみ１２５℃で行った）
《比較例１》
多糖類を配合しないこと以外は、上記の実施例と同様にして、比較例１のサンプルを準備した。
多糖類を配合しないこと以外は、上記の実施例と同様にして、比較例１のサンプルを準備した。
《微生物による分解評価》
市販の苗ポットに土壌（ハイポネックスジャパン社製のハイポネックス（登録商標））を入れて、適宜に水を加えた後、２３℃６０％ＲＨ（相対湿度）の環境下で、上記で得られた各サンプルを埋めた。１週間毎に取り出して分解の有無について、目視観察を行った。
市販の苗ポットに土壌（ハイポネックスジャパン社製のハイポネックス（登録商標））を入れて、適宜に水を加えた後、２３℃６０％ＲＨ（相対湿度）の環境下で、上記で得られた各サンプルを埋めた。１週間毎に取り出して分解の有無について、目視観察を行った。
各実施例及び比較例のサンプルの２週間後の分解の結果は、以下の基準によって評価し、表１に示す。
（分解の評価基準）
Ｓ：フィルムが完全に消失した（すなわち、完全に微生物によって分解された）状態；
Ａ：フィルムの形状が崩壊されている状態；
Ｂ：フィルムの形状はあるが、分解が始まっている状態；
Ｃ：変化はない状態。
（分解の評価基準）
Ｓ：フィルムが完全に消失した（すなわち、完全に微生物によって分解された）状態；
Ａ：フィルムの形状が崩壊されている状態；
Ｂ：フィルムの形状はあるが、分解が始まっている状態；
Ｃ：変化はない状態。
表１から明らかであるように、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するもの、又は不溶性であるものである多糖類を用いた実施例１～７はいずれも、多糖類を含まない比較例１、並びにそれ以外の多糖類を用いた比較例２及び３に比べて、生分解性樹脂の分解速度を更に向上できたことが分かった。
Claims (6)
- 生分解性樹脂及び多糖類を含み、かつ
前記多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するもの、又は不溶性であるものである、
生分解性樹脂組成物。 - 前記多糖類が、１０質量％の濃度で２５℃の水に溶解させたときに、ゲル化するものである、請求項１に記載の組成物。
- 前記多糖類が、側鎖状の構造を有している、請求項１又は２に記載の組成物。
- 前記生分解性樹脂が、生分解性ポリエステル樹脂から選択される、請求項１～３のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記生分解性樹脂と前記多糖類との合計の質量に対する前記多糖類の割合（前記多糖類／（前記生分解性樹脂＋前記多糖類））が、１．０質量％～５０質量％である、請求項１～４のいずれか一項に記載の組成物。
- 生分解性樹脂で構成されている成型体基体、及び
前記成型体基体の表面を被覆している請求項１～５のいずれか一項に記載の組成物、
を有する、生分解性成型体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021147139A JP2023039831A (ja) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 生分解性樹脂組成物 |
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-
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- 2021-09-09 JP JP2021147139A patent/JP2023039831A/ja active Pending
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