JP2613834B2 - 生分解性ポリウレタン複合体の製造方法 - Google Patents

生分解性ポリウレタン複合体の製造方法

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兵衛 畠山
重雄 廣瀬
邦雄 中村
健 小橋川
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
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  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、生分解性ポリウレタン
複合体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】これまでに生産されてき
た合成高分子は、古くから存在する天然高分子とは異な
り、自然の循環システムには組み入れにくいため、廃棄
プラスチックは地球環境の劣化を引き起こし大きな問題
となっている。一方、綿、麻、木材、でんぷん等の植物
性成分は廃棄されれば土壌中の微生物によって自然に分
解され、再び炭酸ガスや肥料として植物に取り込まれ
る。
【0003】特開昭63−22840号公報によれば、
製材工場から排出されるオガ屑(平均粒径:約0.25
mm)100重量部に、水1000重量部、グリセリン
のエチレンオキシド付加物とトリレンジイソシアネート
との予備反応物(プレポリマー)20重量部及びブロッ
クイソシアネート10重量部を常温で混合し、この混合
物をプレスして、オガ屑を含むポリウレタンシートを得
る方法が記載されている。この方法により得られたポリ
ウレタンシートは、多量のオガ屑を含むことから、すぐ
れた生分解性を示すものではある。しかし、このポリウ
レタンシートに含まれるオガ屑は、実質上ポリイソシア
ネートと反応したものではなく、ポリウレタンに対する
充填剤としての作用を示すにすぎない。従って、このポ
リウレタンは、弾性率や圧縮強度等の機械物性において
未だ満足し得るものではない。さらに、この方法では、
特別のプレポリマーを原料としているために、ポリウレ
タンの製造コストも高くなるという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、生分解性及
び機械物性にすぐれるとともに、安価に製造することの
できるポリウレタンの製造方法を提供することをその課
題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、(a)ヒドロキシル
基を含有する植物質微粉末及び/又は短繊維を、(b)
糖蜜と、(c)2又は3価のアルコールとの混合液中に
添加分散させ、得られた分散液に、(d)ポリイソシア
ネートを添加し、反応させることからなり、 (i) 該植物質微粉末の平均粒径が200μm以下で
あること、 (ii) 該植物質短繊維の太さが200μm以下で、
その長さが5mm以下であること、 (iii) 該植物質微粉末及び/又は短繊維の使用量
が、前記ポリウレタン原料成分(a)、(b)、(c)
及び(d)の合計量に対して、1〜30重量%であるこ
と、 (iv) 該糖蜜の使用量が、前記ポリウレタン原料成
分(a)、(b)、(c)及び(d)の合計量に対して
0.5〜30重量%であること、 (v) 該ポリイソシアネートの使用量が、前記ポリウ
レタン原料成分(a)、(b)、(c)及び(d)の合
計量に対して10〜80重量%であること、を特徴とす
る生分解性ポリウレタン複合体の製造方法が提供され
る。
【0006】本発明において用いるヒドロキシル基含有
植物質微粉末としては、パルプ粉末、木粉末、茶殻粉
末、コーヒー豆殻粉末等の各種天然高分子粉末が挙げら
れる。この植物質高分子微粉末の平均粒径は、200μ
m以下、好ましくは175μm以下である。植物質高分
子微粉末の平均粒径が前記範囲より大きくなると、糖蜜
と多価アルコールとの混合液に対する均一分散性が悪く
なとともに、ポリイソシアネートとの反応性も悪くな
る。本発明において用いるヒドロキシル基含有植物質短
繊維としては、木綿繊維、麻繊維、バナナ繊維、パル
プ、木材、ヤシ殼繊維等の植物質天然高分子繊維が挙げ
られる。この植物質高分子繊維の太さは、200μm以
下、好ましくは175μm以下である。繊維の長さは5
mm以下、好ましくは3mm以下である。植物質高分子
短繊維の寸法が前記より大きくなると、糖蜜と多価アル
コールとの混合液に対する均一分散性が悪くなるととも
に、ポリイソシアネートとの反応性も悪くなる。
【0007】本発明で用いる糖蜜としては、精糖蜜も使
用し得るが、そのコストの点から、廃糖蜜が好ましく使
用される。本発明で用いる2又は3価のアルコールとし
ては、例えば、エチレングレコール、ジニチレングリコ
ール、1.4−ブタンジオール、1.6−ヘキサンジオ
ール、ネオベンチルグリコール、トリメチロールブロパ
ン、グリセリン、トリエタノールアミン等の低分子量ポ
リオール:ポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、ポリテトラメチレングリコール、エチレンオ
キシド/プロピレンオキシド共重合体等のポリエーテル
ポリオール:ポリカプロラクトン、ポリ−β−メチル−
δ−ブチロラクトン、ジオールと二塩基酸からのポリエ
ステル、ポリカーボネートジオール等が挙げられる。
【0008】本発明で用いるポリイソシアネートとして
は、脂肪族系ポリイソシアネート、脂環族系ポリイソシ
アネートおよび芳香族系ポリイソシアネートの他、それ
らの変性体が包含される。脂肪族系ポリイソシアネート
としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートが
挙げられ、脂環族系ポリイソシアネートとしては、例え
ば、イソホロンジイソシアネートが挙げられる。芳香族
系ポリイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイ
ソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニ
ルメタンジイソシアネート、ポリメリックジフェニルメ
タンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシ
アネート、トリス(イソシアネートフェニル)チオホス
フェート等が挙げられる。ポリイソシアネート変性体と
しては、例えば、ウレタンプレポリマー、ヘキサメチレ
ンジイソシアネートビューレット、ヘキサメチレンジイ
ソシアネート、トリマー、イソホロンジイソシアネート
トリマー等が挙げられる。
【0009】本発明によりポリウレタン複合体を製造す
るには、先ず、糖蜜と2又は3多価のアルコールとの混
合液を調製する。この場合、糖蜜の使用割合は、ポリウ
レタン複合体原料成分の合計量に対して、0.5〜30
重量%、好ましくは3〜25重量%である。また、2又
は3多価のアルコール1重量部に対して0.5〜10重
量部、好ましくは1〜5重量部である。糖蜜の使用割合
が多すぎると、該アルコールに均一溶解させるのが困難
になるとともに、得られるポリウレタン複合体の強度等
の物性が低下するので好ましくない。一方、糖蜜の使用
割合が少なすぎると、ポリウレタン複合体の製造コスト
の上昇を招くとともに、得られるポリウレタン複合体の
弾性率等の物性が低下するので好ましくない。
【0010】次に、本発明では、前記糖蜜と多価アルコ
ールとの混合液に対して、植物質微粉末及び/又は短繊
維(以下、単に高分子とも言う)を添加し、均一に分散
させて分散液を得る。高分子の使用割合は、ポリウレタ
ン複合体原料成分の合計量に対して、1〜30重量%、
好ましくは5〜20重量%である。また、糖蜜と多価ア
ルコールの合計量100重量部に対して3〜100重量
部、好ましくは5〜50重量部の割合である。高分子の
使用割合が多すぎると、高分子の均一分散が困難になる
とともに、得られるポリウレタン複合体の強度等の物性
が低下するので好ましくない。一方、少なすぎると、得
られるポリウレタン複合隊の微生物分解性が低下すると
ともに、弾性率が低下するので好ましくない。
【0011】本発明では、前記のようにして得られた高
分子分散液に、ポリイソシアネートを添加混合し、ウレ
タン化反応を行わせる。反応温度は、10〜150℃、
好ましくは20〜120℃であり、圧力は常圧又は加圧
が採用される。ポリイソシアネートの使用割合は、高分
子及び多価アルコールに含まれる全ヒドロキシル基の当
量数に対し、そのイソシアネート基当量数で0.8〜2
倍当量、好ましくは1〜1.5倍当量である。一般的に
は、ポリウレタン原料成分の合計量に対して、10〜8
0重量%、好ましくは15〜60重量%である。本発明
においては、高分子分散液には、ウレタン化反応用の触
媒を添加するのが好ましく、このような触媒としては、
スズ系やアミン系等の従来公知のものを用いることがで
きる。
【0012】本発明によりポリウレタンを製造する場
合、高分子分散液にポリイソシアネートを添加混合した
混合物を成形材料として用い、これを所要形状に成形し
た後、ウレタン化反応を行うことにより、所要形状のポ
リウレタン複合体成形品とすることができる。また、高
分子分散液中に発泡剤として水を適量添加することによ
り、発泡成形品とすることができる。成形品の形状は、
シート状、板体状、柱状、容器状等の種々の形状である
ことができる。本発明の製造方法により得られるポリウ
レタン複合体は、高分子:1〜30重量%、好ましくは
5〜20重量%、糖蜜:0.5〜30重量%、好ましく
は3〜25重量%、多価アルコール:0.5〜30重量
%、好ましくは3〜25重量%、ポリイソシアネート:
10〜80重量%、好ましくは15〜60重量%の、各
成分に由来する成分組成を有する。また、ポリウレタン
の密度は、発泡剤の添加量に応じ変化するが、一般的に
は、0.01〜1.2g/cm、好ましくは0.02
〜1.0g/cmである。
【0013】
【発明の効果】本発明のポリウレタン複合体は、その成
分組成からわかるように、生分解性の非常にすぐれたも
のであり、しかもポリウレタン中に含まれる高分子自体
もウレタン化反応をしてポリウレタン複合体に組込まれ
ることから、機械的物性においても非常にすぐれたもの
である。また、本発明のポリウレタン複合体は、糖蜜を
含むことから、剛性にすぐれるとともに、その製造コス
トが安価であるという利点を有する。
【0014】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
【0015】実施例1 エチレングリコール11.25gとポリエチレングリコ
ール400(分子量400)3.75gとからなる混合
物に糖蜜15gを強撹拌下に溶解した。この溶液に微粉
末パルプ(平均粒径:30μm)15gを加えよく撹拌
して混合物を得た。さらに、得られた混合物に、シリコ
ン系整泡剤0.5g、水0.5g、スズ系触媒7滴加え
よく撹拌する。次に、クルードMDI51.2gを加え
て、撹拌し、発泡が始まった時点で撹拌を停止した。発
泡が充分進行した後、さらに生成物を一夜放置した。こ
のようにして得られたポリウレタンフォームについて、
物性試験を行ったところ、次の結果が得られた。 密 度;0.027g/cm 圧縮強度;31kPa 弾性 率;450kPa
【0016】実施例2 実施例1において、微粉末パルプのかわりに微結晶セル
ロース(平均粒径:20μm)15gを用い、実施例1
と同様にしてポリウレタンフォームを得た。その物性は
次の通りである。 密 度;0.022 g/cm 圧縮強度;33kPa 弾性 率;480kPa
【0017】実施例3 実施例1において、微粉末パルプのかわりに木粉微粉末
(平均粒径:175μm)10gを用い、実施例1と同
様にしてポリウレタンフォームを得た。その物性は次の
通りである。 密 度;0.029g/cm 圧縮強度;27kPa 弾性 率;350kPa
【0018】実施例4 実施例1において、微粉末パルプのかわりにコーヒー豆
殼微粉末(平均粒径:150μm)15gを用い、実施
例1と同様にしてポリウレタンフォームを得た。その物
性は次の通りである。 密 度;0.028g/cm 圧縮強度;44kPa 弾性 率;620kPa
【0019】実施例5 実施例1において、微粉末パルプのかわりに綿短繊維
(太さ:20μm、長さ500μm)5gを用い、実施
例1と同様にしてポリウレタンフォームを得た。その物
性は次の通りである。 密 度;0.037g/cm 圧縮強度;92kPa 弾性 率;1.3MPa
【0020】実施例6 実施例1において、微粉末パルプのかわりに竹微粉末
(平均粒径:175μm)15gを用い、実施例1と同
様にしてポリウレタンフォームを得た。その物性は次の
通りである。 密 度;0.026g/cm 圧縮強度;25kPa 弾性 率;310kPa
【0021】実施例7 実施例1において、微粉末パルプのかわりにデンプン微
粉末(平均粒径:20μm)15gを用い、実施例1と
同様にしてポリウレタンフォームを得た。その物性は次
の通りである。 密 度;0.021 g/cm 圧縮強度;22kPa 弾 性率;280kPa
【0022】実施例8 実施例1において、微粉末パルプのかわりにココヤシ殻
繊維間充填物質(コイヤダスト)微粉末(平均粒径:1
60μm)5gを用い、実施例1と同様にしてポリウレ
タンフォームを得た。その物性は次の通りである。 密 度;0.023g/cm 圧縮強度;30kPa 弾性 率;360kPa
【0023】比較例1 実施例1において、微粉末パルプとして、平均粒径が約
0.25mmのものを用いた以外は同様にして実験を行
った。この場合に得られたポリウレタンフォームは、以
下に示す物性を有するもので、本発明品に比べると、性
能の劣ったものであった。 密 度;0.025g/cm 圧縮強度;20kPa 弾性 率;250kPa
【0024】比較例2 実施例1において、微粉末パルプを添加しない以外は実
施例1と同様にして実験を行った。この場合に得られた
ポリウレタンフォームは、以下に示す物性を有するもの
で、本発明品に比べると、性能の劣ったものであった。 密度:0.023g/cm 圧縮強度:10kPa 弾性率:50kPa
【0025】比較例3 実施例1において、糖密を添加しない以外は実施例1と
同様にして実験を行った。この場合に得られたポリウレ
タンフォームは、以下に示す物性を有するもので、本発
明品に比べると、性能の劣ったものであった。 密度:0.022g/cm 圧縮強度:15kPa 弾性率:102kPa
【0026】比較例4 実施例1において、エチレングリコールとポリエチレン
グリコールの混合物を添加しない以外は実施例1と同様
にして実験を行った。この場合に得られたポリウレタン
フォームは、以下に示す物性を有するもので、本発明品
に比べると、性能の劣ったものであった。 密度:0.026g/cm 圧縮強度:6kPa 弾性率:30kPa
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小橋川 健 沖縄県那覇市松山2丁目23番地17号 株 式会社トロピカルテクノセンター内 審査官 中島 庸子 (56)参考文献 特開 平5−186556(JP,A) 特開 昭63−295615(JP,A) 特開 昭53−28086(JP,A) 特開 平6−248042(JP,A) 特開 昭48−71457(JP,A) 特開 昭53−9850(JP,A) 特開 平5−93030(JP,A) 特開 平1−289823(JP,A) 特表 昭58−502151(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)ヒドロキシル基を含有する植物質
    微粉末及び/又は短繊維を、(b)糖蜜と、(c)2又
    は3価のアルコールとの混合液中に添加分散させ、得ら
    れた分散液に、(d)ポリイソシアネートを添加し、反
    応させることからなり、 (i) 該植物質微粉末の平均粒径が200μm以下で
    あること、 (ii) 該植物質短繊維の太さが200μm以下で、
    その長さが5mm以下であること、 (iii) 該植物質微粉末及び/又は短繊維の使用量
    が、前記ポリウレタン原料成分(a)、(b)、(c)
    及び(d)の合計量に対して、1〜30重量%であるこ
    と、 (iv) 該糖蜜の使用量が、前記ポリウレタン原料成
    分(a)、(b)、(c)及び(d)の合計量に対して
    0.5〜30重量%であること、 (v) 該ポリイソシアネートの使用量が、前記ポリウ
    レタン原料成分(a)、(b)、(c)及び(d)の合
    計量に対して10〜80重量%であること、 を特徴とする生分解性ポリウレタン複合体の製造方法。
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