JP2826634B2 - 生分解性と光分解性を有するビニル系共重合体とその製造方法 - Google Patents

生分解性と光分解性を有するビニル系共重合体とその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生分解性と光分解
性を有するビニル系共重合体とその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、生分解性重合体としては、ポリカ
プロラクトンやポリβ−ヒドロキシ酪酸等の脂肪族ポリ
エステル樹脂が知られている。これらの脂肪族ポリエス
テル樹脂は、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチ
レン、ポリアクリレート、ポリ塩化ビニル等の汎用樹脂
と比べると、熱特性や機械的物性に劣るため、それら汎
用樹脂との混合物として使用される。しかし、脂肪族ポ
リエステル樹脂と汎用樹脂とを混合する場合、両者が均
質に相溶した混合物を得ることが困難である上、汎用樹
脂の混合割合に制限があり、多すぎると得られる混合物
の生分解性が悪化し、少なすぎる得られる混合物の熱特
性や樹脂的物性が悪化する。それ故、汎用樹脂の混合割
合は、通常、40〜60重量%の範囲に規定するのが一
般的である。このような脂肪族ポリエステル樹脂と汎用
樹脂との混合物からなるプラスチックに見られる前記問
題の解決のために、本発明者らは、先に、2−メチレン
−1,3,6−トリオキソカンとビニルモノマーとの共
重合体を提案した(特公平7−2833号)。このビニ
ル系共重合体は、従来の生分解性脂肪族ポリエステル樹
脂に比べて改善された機械的物性及び熱的特性を有する
ものであるが、その生分解性において未だ不満足のもの
であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、機械的物性
及び熱的特性にすぐれるとともに、すぐれた生分解性と
光分解性を有するビニル系共重合体及びその製造方法を
提供することをその課題とする。
【0004】
【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、下記一般式
【化1】 (式中、R1は置換基を有していてもよい2価脂肪族基
を示す)で表される構造単位を主鎖中に含むビニル系共
重合体において、下記一般式(2)
【化2】 (式中、R2は置換基を有していてもよい脂肪族基又は
芳香族基を示す)で表される構造単位を主鎖中に含有す
ることを特徴とする生分解性と光分解性を有するビニル
系共重合体が提供される。また、本発明によれば、前記
ビニル系共重合体を製造する方法において、請求項1〜
3のいずれかのビニル系共重合体を製造する方法におい
て、下記一般式(3)
【化3】 (式中、R1は置換基を有していてもよい2価脂肪族基
を示す)で表される環状ケテンアセタール化合物とビニ
ル化合物とをラジカル重合開始剤の存在下で共重合させ
るに際し、該ビニル化合物の一部として、下記一般式
(4)
【化4】 (式中、R2は置換基を有していてもよい脂肪族基又は
芳香族基を示す)で表されるビニルケトン化合物を用い
ることを特徴とするビニル系共重合体の製造方法が提供
される。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明のビニル系共重合体は、そ
の主鎖中に、下記一般式(1)で表されるエステル結合
を含む構造単位Aを含有する。
【化1】 (式中、R1は置換基を有していてもよい2価脂肪族基
を示す) 前記構造単位Aは、環状ケテンアセタール化合物をラジ
カル重合開始剤の存在下でビニルモノマーと反応させる
ことにより、共重合体の主鎖中に導入させることができ
る。この環状ケテンアセタール化合物は、分子中に重合
性二重結合と環状アセタール結合を有する従来公知の化
合物である。この化合物は、次の一般式で表すことがで
きる。
【化3】 (式中、R1は置換基を有していてもよい2価脂肪族基
を示す) 前記一般式(1)及び(3)における2価脂肪族基R1
には、鎖状もしくは環状のアルキレン基又は主鎖にエー
テル基を有する鎖状もしくは環状のアルキレン基が包含
される。アルキレン基中の炭素数は特に制約されない
が、通常、1〜22、好ましくは1〜12、より好まし
くは1〜8である。また、主鎖にエーテル基を有するア
ルキレン基(オキシアルキレン基)において、そのエー
テル基の数は特に制約されず、1つ又は複数であること
ができる。このようなオキシアルキレン基の具体例とし
ては、例えば、ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレ
ン、ポリオキシプロプレン、ポリオキシブチレン等が挙
げられる。前記2価脂肪族基は、置換基を有することが
できる。このような置換基としては、アルキル基、アリ
ール基、アルアルキル基、アルコキシ基、アリールオキ
シ基、アルアルキルオキシ基、アシル基、アシルオキシ
基、ヒドロキシル基、チオール基、カルボキシル基、ア
ルコキシカルボニル基、ケト基、アミノ基、ハロゲン等
の各種のものが挙げられる。前記環状ケテンアセタール
化合物の具体例を示すと、例えば、2−メチレン−1,
3,6−トリオキソカン、2−メチレン−1,3−ジオ
キソラン、2−メチレン−1,3−ジオキサン、2−メ
チレン−1,3−ジオキセパン、2−メチレン−4−フ
ェニル−1,3−ジオキソラン、4,7−ジメチル−2
−メチレン−1,3−ジオキセパン、5,6−ペンゾ−
2−メチレン−1,3−ジオキセパン、4−n−ヘキシ
ル−2−メチレン−1,3−ジオキソラン、4−n−デ
シル−2−メチレン−1,3−ジオキソラン、4,5−
ジカルボメトキシ−1,3−ジオキソラン等が挙げられ
る。
【0006】本発明のビニル系共重合体は、その主鎖中
に、下記一般式(2)で表される構造単位Bを含有す
る。
【化2】 (式中、R2は置換基を有していてもよい脂肪族基又は
芳香族基を示す) 前記構造単位Bは、ビニルケトン化合物をラジカル重合
開始剤の存在下でビニルモノマーと反応させることによ
り、共重合体中に導入させることができる。このビニル
ケトン化合物は、下記一般式(4)で表すことができ
る。
【化4】 (式中、R2は置換基を有していてもよい脂肪族基又は
芳香族基を示す) 前記一般式(2)及び(4)における2価脂肪族基R2
には、鎖状もしくは環状のアルキル基又は主鎖にエーテ
ル基を有する鎖状もしくは環状のアルキル基が包含され
る。アルキル基中の炭素数は特に制約されないが、通
常、1〜22、好ましくは1〜12、より好ましくは1
〜8である。また、主鎖にエーテル基を有するアルキル
基において、そのエーテル基の数は特に制約されず、1
つ又は複数であることができる。また、前記一般式
(2)及び(4)における芳香族基R1には、アリール
基及びアルアルキル基が包含される。アリール基の具体
例としては、フェニル基やナフチル基が挙げられ、アル
アルキル基の具体例としては、ベンジル基やフェネチル
基、ナフチルメチル基等が挙げられる。前記脂肪族基及
び芳香族基は、置換基を有することができる。このよう
な置換基としては、アルキル基、アリール基、アルアル
キル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルアルキ
ルオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、ヒドロキシル
基、チオール基、カルボキシル基、アルコキシカルボニ
ル基、ケト基、アミノ基、ハロゲン等の各種のものが挙
げられる。前記ビニルケトン化合物の具体例を示すと、
例えば、メチルビニルケトン、フェニルビニルケトン、
エチルビニルケトン、n−プロピルビニルケトン、i−
プロピルビニルケトン、n−ブチルビニルケトン、t−
ブチルビニルケトン等が挙げられる。
【0007】本発明のビニル系共重合体は、その主鎖中
に、下記一般式(5)で表される構造単位Cを含有す
る。
【化5】 〔式中、R3及びR4は水素又は置換基(但し、アシル基
を除く)を示す〕 前記構造単位Cは、下記一般式(6)で表されるビニル
化合物をラジカル重合開始剤の存在下でビニルモノマー
と反応させることにより、共重合体中に含有させること
ができる。
【化6】 〔式中、R3及びR4は水素又は置換基(但し、アシル基
を除く)を示す〕 前記一般式(5)及び(6)における置換基としては、
炭素数1〜4の低級アルキル基;フェニル基、トリル基
等のアリール基;アセチルオキシ基等のアシルオキシ基
の他、カルボキシル基、ニトリル基、アルコキシ基、ア
ミノ基、ハロゲン、複素環基等が挙げられる。R1は、
好ましくは水素又はメチル基である。前記ビニル化合物
の具体例を示すと、例えば、スチレン、酢酸ビニル、ア
クリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチル
メタクリレート、エチルメタクリレート、塩化ビニル、
塩化ビニリデン、N−ビニル−2−ピロリドン、エチレ
ン、プロピレン、ブチレン、アクリロニトリル等が挙げ
られる。
【0008】本発明のビニル系共重合体は、前記環状ケ
テンアセタール化合物とビニルケトン化合物を含む原料
ビニル化合物を、ラジカル重合開始剤の存在下、40〜
140℃の温度で反応させることにより製造される。ラ
ジカル重合開始剤としては、従来公知のもの、例えば、
ジ−t−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、
1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)3,3,5−ト
リメチルシロキサン等の有機過酸化物や2,2'−アゾ
ビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物等が用いられ
る。また、前記重合反応は、必要に応じ、不活性溶媒、
例えば、クロロベンゼン、トルエン、ベンゼン等の炭化
水素やハロゲン化炭化水素の存在下で行うこともでき
る。本発明で共重合モノマー成分として用いる環状ケテ
ンアセタールは、その重合反応に際しては、下記式で示
すように、ラジカル重合開始剤R’・の作用により開環
し、この開環した化合物がビニルモノマーと反応する。
【化7】 前記重合反応により、1,000〜100,000の数
平均分子量、好ましくは10,000〜90,000の
数平均分子量を有する線状構造のビニル系共重合体を得
ることができる。この共重合体は光分解性と生分解性を
有するもので、光照射後に生分解処理することにより、
効率よく分解することができる。
【0009】本発明において用いる原料モノマー成分の
割合を示すと、原料モノマー全量(環状ケテンアセター
ル化合物Aとビニルケトン化合物Bとビニル化合物Cと
の合計量)に対し、環状ケテンアセタール化合物A、ビ
ニルケトン化合物B及びビニル化合物Cの割合は、それ
ぞれ、1〜98モル%である。ビニルケトン化合物Bの
割合が高くなるほど得られる共重合体の光分解性は向上
し、環状ケテンアセタール化合物Aの割合が高くなるほ
ど生分解性は向上し、ビニル化合物Cの割合が高くなる
ほど得られる共重合体の熱的特性及び機械的物性は向上
する。本発明では、熱的特性及び機械的物性の点から、
ビニル化合物Cの割合は、10〜90モル%、好ましく
は20〜60モル%の範囲に規定し、環状ケテンアセタ
ール化合物Aとビニルケトン化合物Bの合計量を10〜
90モル%、好ましくは40〜80モル%の範囲に規定
するのがよい。また、光分解性と生分解性の両方の点か
ら、環状ケテンアセタール化合物Aとビニルケトン化合
物Bとのモル比A/Bは、0.01〜99、好ましくは
0.1〜90、より好ましくは0.5〜0.9の範囲に
規定するのがよい。原料モノマー成分の割合を前記のよ
うに規定することにより、熱的特性及び機械的物性にす
ぐれるとともに、良好な光分解性及び生分解性を有する
ビニル系共重合体を得ることができる。
【0010】本発明のビニル系共重合体は下記一般式で
表される繰返し構造単位を有する。
【化8】 A:前記一般式(1)の構造単位 B:前記一般式(2)の構造単位 C:前記一般式(5)の構造単位 x:1〜98 y:1〜98 z:1〜98 x+y+z=100
【0011】
【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。
【0012】実施例1 MTC2.5g、スチレン(St)2.0g、メチルビ
ニルケトン(MVK)0.577g、アゾビスイソブチ
ロニトリル(AIBN)0.153gg、ベンゼン8.
3mlをアンプル中で混合し、脱気封管した後、60℃
で48h加熱する。その後開管し、ジエチルエーテル中
に投入し、ポリマー沈殿2.84gを得た。このもの
は、1HNMRより前記式(8)におけるx:y:z=
27:33:40及びGPCよりその数平均分子量は1
7000であることが確認された。なお、前記MTC
は、次式で表される2−メチレン−1,3,6−トリオ
キソカンである。
【化9】
【0013】実施例2 MTC4.00g、酢酸ビニル(VAc)2.64g、
MVK0.577g、AIBN0.213g、ベンゼン
11.5mlをアンプル中で混合し、脱気封管した後、
60℃で48h加熱する。その後開管し、ジエチルエー
テル中に投入し、ポリマー沈殿3.00gを得た。この
ものは、1HNMRより前記式(8)におけるx:y:
z=37:41:22及びGPCよりその数平均分子量
は41000であることが確認された。
【0014】実施例3 実施例1及び2で得られたポリマーの光分解性を、光照
射後のポリマーの数平均分子量をGPCにより測定する
ことにより評価した。すなわち精製ポリマー10mgを
ベンゼン1ml中に溶解し、300W高圧水銀灯で7h
光照射した後のポリマーの数平均分子量をGPCで測定
した。その結果を下記表1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】実施例4 実施例1及び2で得られた光照射前のポリマーの生分解
性を酵素分解法で評価した。すなわち、精製ポリマー2
0mgをリン酸緩衝液1mlを加えて懸濁し、リパーゼ
(リゾープス・アルフィズス、13330ユニット)を
加え18h振とう後、孔径0.22μmのフィルターで
濾過したものについての可溶性有機物を全有機炭素量測
定装置(TOC)を用いて測定した。対照実験として酵
素を含まない場合について同様の操作を行った。その結
果を表2に示す。
【0017】
【表2】
【0018】実施例5 実施例3で得られた光照射後のポリマーの生分解性を実
施例4と同様して評価した。その結果を表3に示す。
【0019】
【表3】
【0020】
【発明の効果】これまでプラスチックは分解されずゴミ
問題として大きな環境間題を引き起こした。そこでこの
問題の解決策の一つとして登場したのが光分解性ポリマ
ーであるが、光分解性ポリマーは光照射後、分子量が減
少するものの生分解せず、上記環境問題を解決するに至
らなかった。本発明のビニル系共重合体は光照射により
分子量が減少し、また光照射前も土壌などの自然環境中
で完全に生分解され、しかも光照射後、分子量が減少し
た後も土壌などの自然環境中で完全に生分解されるもの
である。本発明のビニル系共重合体は、非分解性プラス
チック及びこれまでの光分解性プラスチックに見られる
ような公害問題を生ずることはない。また本発明のビニ
ル系共重合体は、農業分野ではマルチフィルム、植林用
の鉢や紐、農薬や肥料を入れる袋などに、水産業分野で
は漁網や釣り糸に利用できる。更に医薬分野では手術用
の糸や体内において薬品を徐々に放出する薬品支持体と
して利用できる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 216/00 - 216/38 C08G 63/00 - 63/91

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式 【化1】 (式中、R1は置換基を有していてもよい2価脂肪族基
    を示す)で表される構造単位を主鎖中に含むビニル系共
    重合体において、下記一般式(2) 【化2】 (式中、R2は置換基を有していてもよい脂肪族基又は
    芳香族基を示す)で表される構造単位を主鎖中に含有す
    ることを特徴とする生分解性と光分解性を有するビニル
    系共重合体。
  2. 【請求項2】 該一般式(1)で表される構造単位と該
    一般式(2)で表される構造単位とのモル比が0.01
    〜99である請求項1のビニル系共重合体。
  3. 【請求項3】 共重合体を構成するモノマー成分の合計
    量に対して、該一般式(1)で表される構造単位の含有
    量が1〜98モル%及び該一般式(2)で表される構造
    単位の含有量が1〜98モル%である請求項1又は2の
    ビニル系共重合体。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかのビニル系共重
    合体を製造する方法において、下記一般式(3) 【化3】 (式中、R1は置換基を有していてもよい2価脂肪族基
    を示す)で表される環状ケテンアセタール化合物とビニ
    ル化合物とをラジカル重合開始剤の存在下で共重合させ
    るに際し、該ビニル化合物の一部として、下記一般式
    (4) 【化4】 (式中、R2は置換基を有していてもよい脂肪族基又は
    芳香族基を示す)で表されるビニルケトン化合物を用い
    ることを特徴とするビニル系共重合体の製造方法。
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