JP2023146286A - 農業資材用熱可塑性樹脂組成物及び農業資材 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る農業資材用熱可塑性樹脂組成物(以下では単に「樹脂組成物」とも記す。)は、澱粉(A)と、生分解性樹脂(B)と、粘度調整剤(C)と、を含み、かつ、可塑剤(D)を含まないことを特徴とする。澱粉(A)及び粘度調整剤(C)を特定の含有量に調整し、かつ、可塑剤(D)を含まないことで、得られる樹脂組成物は、成形性が良好であり、生分解可能であると共に、成形品の表面のべたつきを抑制することができる。
第一段階は、加水分解または酸化分解により樹脂組成物の成形品である農業資材(育苗ポットやマルチフィルムなど)を構成する樹脂を低分子量化する。
次いで第二段階は、低分子量化した樹脂からなる農業資材の個片を土壌中の微生物が分解する。
農業資材を保管する間または農業資材を使用している間も樹脂の低分子量化が進行するため、第一段階での加水分解制御が重要となる。加水分解の因子として樹脂の結晶性が挙げられる。結晶領域に比べ非晶領域の方が、加水分解が進行しやすいため、結晶性を高めることで加水分解を抑制することが可能になる。
一般的に熱可塑性樹脂組成物に添加剤などを加えるとその粒子が結晶核となり、結晶の生成が促進されるため(造核効果)、結晶性が向上し、加水分解抑制効果が得られる。
澱粉(A)は、土壌中又は水中に存在する様々な微生物の働き(生分解性)を促進するものである。澱粉(A)は、特に限定されず、一般的に入手することができる澱粉を使用することができる。例えば、コーンスターチ、小麦澱粉、米澱粉、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉、タピオカ澱粉などが挙げられる。なかでも、粒径が20μm程度に揃っているコーンスターチを用いると、樹脂組成物からなる農業資材の厚さを均一化でき(表面の凹凸を低減でき)、厚さの薄い部分の発生を抑制でき、結果として農業資材の破損を抑制できるため好ましい。これらは一種単独で用いても二種以上を組み合わせて用いてもよい。
生分解性樹脂(B)は、土壌中又は水中に存在する様々な微生物の働きによって分解されるものである。生分解性樹脂(B)は、特に限定されず、一般的に入手することができる生分解性樹脂を使用することができる。例えば、ポリカプロラクトン、脂肪族ポリエステル系樹脂、または脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂などが挙げられる。これらの生分解性樹脂は一種単独で用いても二種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、脂肪族ポリエステル系樹脂及び脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂を生分解性樹脂として併用する場合、脂肪族ポリエステル系樹脂の含有量は、脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂の含有量以上であることが好ましい。ベース樹脂である脂肪族ポリエステル系樹脂と展延性を有し成形性に富んだ脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂を混合することにより、樹脂組成物の成形性、及びその成形品である農業資材の強度を確保することができる。脂肪族ポリエステル系樹脂と脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂との含有比(質量部)としては、例えば、1~3:1であることが好ましく、1.5~2:1であることがより好ましい。
具体的には、1,4ブタンジオールとコハク酸から得られるポリブチレンサクシネート(PBS)(例えば、PPT MCCバイオケム社製「BioPBS」(商品名))、PBSにアジピン酸を共重合したポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)等が挙げられる。
具体的には、1,4-ブタンジオールとアジピン酸とテレフタル酸との共重合体であるポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)(例えば、ビー・エー・エス・エフ社製「エコフレックス」(商品名))等が挙げられる。
粘度調整剤(C)は、樹脂組成物の粘度を調整して成形性を向上させるものであり、成形加工性の指標である樹脂組成物の溶融張力を上昇させる。粘度調整剤(C)、特に限定されず、一般的に入手することができるものを使用することができる。例えば、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、エポキシ化合物、酸無水物化合物、セルロース繊維、シリカ系フィラー等が挙げられる。好ましい一実施形態においては、グリーンプラスチックのポジティブリストに記載されている化合物を用いることができ、例えば、セルロースマイクロファイバー(CMF)及びカルボジイミド化合物(CDI)を用いることができる。セルロースマイクロファイバーとは、パルプを熱水等で処理し、加水分解して脆弱化したのち、高圧ホモジナイザー等の粉砕法により解繊したセルロースにおける解繊工程を少なくすることで得られる比較的大サイズのセルロース繊維を指す。セルロースマイクロファイバー及びカルボジイミド化合物を含むことにより樹脂組成物の粘度を高め、かつ、強度を確保できる。
本実施形態の農業資材用熱可塑性樹脂組成物には、澱粉(A)の可塑化のために通常使用される可塑剤(D)を含まない。本明細書において、「可塑剤(D)を含まない」とは、可塑剤(D)が実質的に含まれないことを意味し、具体的には、可塑剤(D)の含有量が樹脂組成物100質量部に対して0~5質量部であることを意味する。
樹脂組成物は、必要に応じてその他の添加剤等の成分(可塑剤(D)を除く)を任意に含むことができる。その他の添加剤としては、例えば、分散剤、滑剤(高級脂肪酸金属塩、ワックス類等)、ハイドロタルサイト、界面活性剤、帯電防止剤、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、充填剤、顔料などが挙げられる。他の任意成分の選択およびその使用量は、本発明の一実施形態の課題を解決できる範囲内であれば特に限定されない。複数の添加剤を組み合わせて使用してもよい。また、樹脂組成物は、本発明の一実施形態の効果を阻害しない範囲内で生分解性樹脂以外の樹脂を一部含んでもよい。
脂肪酸の例としては、例えば、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸、オレイン酸、エルカ酸、リノール酸、モンタン酸等が挙げられる。
金属としては、第1族、第2族、第12族、及び第13族の元素が好ましく、第1族又は第2族の元素がより好ましい。具体例としては、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、バリウムなどが挙げられる。
上述の農業資材用熱可塑性樹脂組成物において、押出時の加工性は、1時間連続して生産した際にストランド切れの発生が5回以下であり、1~5回であってもよく、ストランド切れが発生しないことが好ましい。
上述の農業資材用熱可塑性樹脂組成物において、JIS K7199:1999におけるせん断速度243s-1における溶融粘度は、生分解性樹脂(B)の融点以上、融点+40℃以下の温度において、得られる成形品の強度及び樹脂組成物の流動性と成形性の観点から、1000Pa・s以上5000Pa・s未満であることが好ましく、1500Pa・s以上4500Pa・s未満であることがより好ましい。
本実施形態に係る農業資材用熱可塑性樹脂組成物は、様々な農業資材に利用することができる。特に、この樹脂組成物は育苗ポット用として好適に使用できる。育苗ポットとは、畑に種を直接まいて育てるのではなく、容器中である程度成長するまで種苗を育てるために使用されるポットである。本実施形態の樹脂組成物を用いた成形品は、土壌中で適切に生分解するので、種苗が成長したのちに育苗ポットから種苗を取り出して移植する必要はなく、育苗ポットのまま土壌中に移植可能である。
本実施形態の樹脂組成物は、生分解性樹脂(B)が溶融する温度で澱粉(A)及び粘度調整剤(C)を混練することで製造できる。具体的には、例えば、生分解性樹脂(B)と、澱粉(A)と、粘度調整剤(C)と、更に必要に応じて各種添加剤を加え、ニーダー、ロールミル、スーパーミキサー、ハイスピードミキサー、ボールミル、サンドミル、アトライター、又はバンバリーミキサーのような回分式混練機、単軸押出機、二軸押出機、ローター型二軸混練機等で混合及び溶融混練し、ペレット状、粉体状、顆粒状あるいはビーズ状の樹脂組成物とすることができる。混練力が強く、その後の成形加工が容易なことから、単軸押出機又は二軸押出機にてペレット状とすることが好ましい。
マスターバッチの場合、マスターバッチを製造した後に、農業資材の主剤樹脂として、例えばマスターバッチの製造に使用したのと同じ生分解性樹脂(B)を希釈樹脂として用い、マスターバッチを配合して農業資材を製造することができる。マスターバッチの含有量としては主剤樹脂である生分解性樹脂(B)100質量部に対して、マスターバッチを1~50質量部含有することが好ましく、1~20質量部含有することがより好ましい。
このとき希釈樹脂として用いる生分解性樹脂(B)は、マスターバッチの製造に使用したものと同じであってもよいし、異なるものであってもよいが、同じ生分解性樹脂であるほうが、熱可塑性樹脂組成物と樹脂の相溶性が優れるために好ましい。
コンパウンドの場合、コンパウンドを製造した後に、コンパウンドをそのまま使用して、上述の方法で農業資材を製造することができる。
本実施形態の農業資材は、上述の農業資材用熱可塑性樹脂組成物を成形することにより得ることができる。農業資材としては、例えば、育苗ポット、マルチフィルム、容器、農業用ネットが挙げられる。
育苗ポットは、上述した目的で用いられる容器である。育苗ポットの成形加工方法は、特に限定されないが、例えば、加熱及び可塑化させた樹脂組成物を押し出し、それを冷却固化させずに直接金型内に入れて空気を送るブロー成形、及び、加熱及び可塑化させた樹脂組成物のシート又はフィルムを金型上に配置し金型の内側から真空吸引して成形する真空成形等が適している。
マルチフィルム(マルチングフィルム)は、作物の株元を覆うフィルムである。上述の樹脂組成物からフィルムを成形加工する方法は、特に限定されないが、押出機を用いてTダイにて押出したフィルムをキャストロールで冷却固化する押出成形、又はインフレーション成形機により成形する方法等が適している。
上述の樹脂組成物は、粘度調整剤(C)により溶融張力を上昇させているため、ドローダウン(予備成形された樹脂が自重に耐えられず重力方向に垂れ下がる現象)を抑制することができる。
上述の樹脂組成物を用いて成形した成形品の表面の、JIS K7125における動摩擦係数μDは、0.5未満であればよく、0.3~0.5未満でもよく、0.3未満であることが好ましい。上述の樹脂組成物を用いることにより、べたつきを抑制した成形品を得ることができる。
上述の樹脂組成物を用いて成形した成形品を地中に6か月間埋めたとき、成形品は分解が進み所々穴が開いていればよく、成形品が分解しバラバラになっていることが好ましい。上述の樹脂組成物を用いることにより、生分解速度を適切に調整した成形品を得ることができる。
また、表中の配合量は、質量部で示している。尚、表中の空欄は配合していないことを表す。
なお、澱粉の平均粒径の測定方法は以下の通りである。
日立製作所社製の走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて視野倍率100倍にて澱粉の粒子の観察を行い、無作為に100個の粒子を観察し、それぞれの粒子の外形の最も離れた2点間の距離を画面上のミクロンマーカの長さをもとに測定し、平均して求めた。
(澱粉(A))
A-1:ケミスター420(グリコ栄養食品社製、とうもろこし由来澱粉、平均粒径:15μm)
A-2:ケミスター310(グリコ栄養食品社製、キャッサバ由来澱粉、平均粒径:50μm)
A-3:FP(グリコ栄養食品社製、馬鈴薯由来澱粉、平均粒径:100μm)
B-1:BioPBS FZ91(PTT MCCバイオケム社製 脂肪族ポリエステル樹脂:PBS樹脂)
B-2:エコフレックスC1200(ビー・エー・エス・エフ社製 脂肪族芳香族ポリエステル樹脂:PBAT樹脂)
B-3:Ingeо Biopolymer 6252D(ネイチャーワークス社製 脂肪族ポリエステル樹脂:PLA樹脂)
C-1:KCフロックW-50(セルロースマイクロファイバー、平均繊維長:50μm)
C-2:カルボジライトHMV-15CA(日清紡ケミカル社製、カルボジイミド化合物)
D:DG(日油社製、多価アルコール、グリセリン)
[実施例1]
(農業資材用熱可塑性樹脂組成物(コンパウンド)の製造)
澱粉(A)として(A-1)5質量部、生分解性樹脂(B)として(B-1)94.5質量部、粘度調整剤(C)として(C-1)0.5質量部を混合し、二軸押出機(日本製鋼所社製)にて190℃で押出し、造粒し農業資材用熱可塑性樹脂組成物を得た。
得られた農業資材用熱可塑性樹脂組成物を、ブロー成形又は真空成形をし、育苗ポットを得た。
表1に示す材料と配合量(質量部)にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様の方法で農業資材用熱可塑性樹脂組成物及び育苗ポットをそれぞれ得た。
農業資材用熱可塑性樹脂組成物の押出時の加工性を評価した。評価基準は下記の通りとし、〇及び△を実用可能とした。
[評価基準]
〇:1時間連続して生産した際にストランド切れが発生しない。
△:1時間連続して生産した際にストランド切れが1~5回発生する。
×:1時間連続して生産した際にストランド切れが6回以上発生する。
JIS K7199:1999に従って150℃でせん断速度243s-1における農業資材用熱可塑性樹脂組成物の溶融粘度を測定した。評価基準は下記の通りとし、〇及び△を実用可能とした。
[評価基準]
○:溶融粘度が1500Pa・s以上
△:溶融粘度が1000~1500Pa・s未満
×:溶融粘度が1000Pa・s未満
ダイレクトブロー成形機(日本プラコン株式会社製)にて150℃で2個1組の育苗ポットを3組連続して作製し、1組目の育苗ポット1個あたりの重量と3組目の育苗ポット1個あたりの重量の差(重量差)及びを育苗ポット1個あたりの重量を作製時の成形性として評価した。なお、本評価において、「ブロー成形ができる」とは、重量差が1組目の育苗ポット1個あたりの重量に対して30%未満であることをいう。評価基準は下記の通りとし、◎、〇及び△を実用可能とした。
[評価基準]
◎:ブロー成形ができ、育苗ポット1個あたりの重量が0.9g以上
○:ブロー成形ができ、育苗ポット1個あたりの重量が0.8~0.9g未満
△:ブロー成形ができ、育苗ポット1個あたりの重量が0.7~0.8g未満
×:ブロー成形できない
T-ダイ成形機にて180℃で縦30cm×横30cm×厚み0.45mmのシートを成形した。成形したシートを110℃まで加熱し真空成形機にて育苗ポットを成形し、作製時の成形性を評価した。評価基準は下記の通りとし、◎、〇及び△を実用可能とした。
[評価基準]
◎:真空成形ができ、育苗ポットに垂れに由来する外観不良部がない。
○:真空成形ができ、育苗ポットに僅かに垂れに由来する外観不良部がある。
△:真空成形ができ、育苗ポットに垂れに由来する外観不良部が確認できる。
×:真空成形できない。
ブロー成形性評価時に作製した育苗ポットの強度評価を行った。評価基準は下記の通りとし、〇及び△を実用可能とした。
[評価基準]
○:育苗ポットにたわみが発生せず自立している。
△:育苗ポットにたわみが発生するが自立している。
×:育苗ポットが自重に耐えられず自立できない。
真空成形性評価時に作製した10個の育苗ポットそれぞれに1kgの土を入れ、5mの高さから落とすことで育苗ポットの脆さを評価した。評価基準は下記の通りとし、〇及び△を実用可能とした。
[評価基準]
○:10個中1個も育苗ポットが破壊しない。
△:10個中1~3個破壊が起こる。
×:10個中4個以上破壊が起こる。
ブロー成形性評価時に作製した育苗ポット側面の動摩擦係数をJIS K7125に従って測定することで育苗ポットのべたつきの評価を行った。評価基準は下記の通りとし、〇及び△を実用可能とした。
[評価基準]
○:動摩擦係数μDが0.3未満
△:動摩擦係数μDが0.3以上0.5未満
×:動摩擦係数μDが0.5以上
ブロー成形性評価時に作製した育苗ポットを地中に埋め、6か月後に掘り起こすことで生分解性を評価した。評価基準は下記の通りとし、〇及び△を実用可能とした。
[評価基準]
○:育苗ポットが分解しバラバラになっている
△:育苗ポットの分解が進み所々穴が開いている
×:育苗ポットが原型を留めている
Claims (10)
- 澱粉(A)と、生分解性樹脂(B)と、粘度調整剤(C)と、を含み、かつ、可塑剤(D)を含まない農業資材用熱可塑性樹脂組成物であって、
前記澱粉(A)の含有量が前記農業資材用熱可塑性樹脂組成物100質量部中5~60質量部であり、前記粘度調整剤(C)の含有量が前記農業資材用熱可塑性樹脂組成物100質量部中0.01~1質量部である、農業資材用熱可塑性樹脂組成物。 - 前記澱粉(A)の含有量が前記農業資材用熱可塑性樹脂組成物100質量部中10~30質量部である、請求項1記載の農業資材用熱可塑性樹脂組成物。
- 前記澱粉(A)の平均粒径が5~50μmである、請求項1または2記載の農業資材用熱可塑性樹脂組成物。
- 前記粘度調整剤(C)がセルロースファイバー及びカルボジイミドからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1~3いずれか1項に記載の農業資材用熱可塑性樹脂組成物。
- 前記生分解性樹脂(B)が、脂肪族ポリエステル系樹脂と、脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂と、を含み、
前記脂肪族ポリエステル系樹脂の含有量は、前記脂肪族芳香族ポリエステル系樹脂の含有量以上である、請求項1~4いずれか1項に記載の農業資材用熱可塑性樹脂組成物。 - せん断速度243s-1における溶融粘度が、前記生分解性樹脂(B)の融点以上、融点+40℃以下の温度において、1000Pa・s以上5000Pa・s未満である、請求項1~5いずれか1項に記載の農業資材用熱可塑性樹脂組成物。
- ブロー成形または真空成形に用いられる、請求項1~6いずれか1項に記載の農業資材用熱可塑性樹脂組成物。
- 育苗ポット用である、請求項1~7いずれか1項に記載の農業資材用熱可塑性樹脂組成物。
- 請求項1~8いずれか1項に記載の農業資材用熱可塑性樹脂組成物からなる農業資材。
- 育苗ポットである、請求項9記載の農業資材。
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