JP3135154B2 - 多孔性フィルム - Google Patents

多孔性フィルム

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  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自然条件下において微
生物により容易に分解される多孔性フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】ポリオレフィン樹脂に代表されるプラス
チック類は化学的に安定であり、使用済みプラスチック
類は自然界において長時間にわたり原形を保つこと、ま
た、プラスチック類の密度が小さいため重量の割には体
積の大きい廃棄物であることから、その処理が大きな社
会問題になっている。
【0003】プラスチックの廃棄処理問題を解決するた
めに、でんぷん等の有機物を混合することが行われてい
る。この方法では、プラスチックの成形物の形は崩壊す
る傾向にあるが、樹脂自体の分解にはかなりの時間を要
する。
【0004】このために、自然界において細菌やかび等
の微生物により樹脂自体が容易に分解されるプラスチッ
クの開発が行われている。このようなプラスチックとし
て、ポリε−カプロラクトン、ポリグリコリドやポリ乳
酸に代表される化学合成されたポリエステル樹脂やポリ
ヒドロキシブチレート、ヒドロキシブチレート−ヒドロ
キシバリレート共重合体に代表される微生物生産ポリエ
ステル樹脂等が知られている。
【0005】また、上記のポリエステル樹脂を多孔化す
ることも知られている。例えば、結晶界面剥離法(特開
昭60−137402号公報)、および低分子量成分の
抽出法(特開昭62−164743号公報)によって多
孔化されたポリエステル樹脂が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
結晶界面剥離法による多孔フィルムは結晶化度が高く、
結晶が配向しているため、フィルムの長さ方向の破断強
度は大きいが、それと垂直な方向の破断強度が弱く、機
械強度のアンバランスなフィルムである。また、破断伸
度が低く、高結晶化度のため硬くしなやかさのないフィ
ルムである。さらに、上記の多孔フィルムは、結晶化度
が高いために多孔化による生分解性の向上はほとんど見
られず、分解速度は無孔性フィルムとほとんどかわらな
い。
【0007】また、低分子量成分の抽出法により得られ
る多孔フィルムは、多孔化による生分解性の向上は見ら
れるが、破断伸度および破断強度は十分ではないため
に、製品加工時や使用中に破損しやすいという問題があ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
に対し、加工中、使用中は十分な強度を有し、自然界に
廃棄された場合は細菌やかび等の微生物により短期間に
容易に水と炭酸ガスに分解され、環境に対して負荷の少
ないフィルムを得るために鋭意検討を重ねた結果、脂肪
族ポリエステル樹脂に炭酸カルシウム、硫酸バリウム等
の無機充填材を充填し、延伸して脂肪族ポリエステル樹
脂と無機充填材との間に界面剥離による孔を形成させる
ことで、分解速度が速くかつ強度の優れた多孔性フィル
ムを得ることに成功し、本発明を提案するに至った。
【0009】即ち、本発明は脂肪族ポリエステル樹脂1
00重量部と該脂肪族ポリエステル樹脂中に分散された
無機充填材30〜500重量部とよりなり、最大細孔径
が5μm以下の連通孔よりなる網状構造を有し、空隙率
が10〜70%であり、延伸により分子配向してなる多
孔性フィルムである。
【0010】本発明で用いられる脂肪族ポリエステル樹
脂は、分子鎖中に芳香環を含まない公知のポリエステル
樹脂が何等制限なく用いられる。例えば、化学合成され
た脂肪族ポリエステル樹脂、微生物により発酵合成され
た脂肪族ポリエステル樹脂及びこれらの混合物のいずれ
も使用可能である。化学合成された脂肪族ポリエステル
樹脂としては、ポリε−カプロラクトン等のラクトンの
開環重合体;ポリエチレンアジペート、ポリエチレンア
ゼレート、ポリテトラメチレンサクシネート等の二塩基
酸とジオールからなる飽和脂肪族ポリエステル樹脂;ポ
リブテンセバケート等の不飽和脂肪酸ポリエステル樹
脂;ポリラクチド、ポリグリコリド及びその共重合体等
の乳酸やグリコール酸の重合体;上記した脂肪族ポリエ
ステル樹脂のエステル結合の一部、例えば、50%以下
がアミド結合、エーテル結合、ウレタン結合等に置き換
えられた脂肪族ポリエステル樹脂等を挙げることができ
る。一方、微生物により生産される脂肪族ポリエステル
樹脂としては、ポリヒドロキシブチレート、ヒドロキシ
ブチレートとヒドロキシバリレートとの共重合体等をあ
げることができる。
【0011】これらの樹脂をフィルム状に成形するとき
の成形性、多孔性フィルムへの加工性、多孔性フィルム
の機械強度を勘案した場合、脂肪族ポリエステル樹脂の
重量平均分子量は10,000以上、好ましくは40,
000以上が好適である。
【0012】本発明において使用される無機充填材は、
公知のものが何ら制限なく使用できる。例えば、周期律
表第IIA族、第IIIA族、第IVA族及び第IVB族よりな
る群から選ばれた1種の金属の酸化物、水酸化物、炭酸
塩又は硫酸塩等を挙げることができる。これらの無機充
填材を具体的に例示すると、周期律表第IIA族の金属と
してはカルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカ
リ土類金属であり、第IIIA族の金属としてはホウ素、
アルミニウム等の金属であり、第IVA族の金属としては
シリコンであり、また、第IVB族の金属としてはチタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属が好適である。
これらの金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩又は硫酸塩は
特に限定されず用いうる。特に好適に使用される無機充
填剤をより具体的に例示すれば、酸化カルシウム、酸化
マグネシウム、酸化バリウム、酸化アルミニウム、酸素
ホウ素、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム等
の酸化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バ
リウム等の炭酸塩;水酸化マグネシウム、水酸化カルシ
ウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物;硫酸カルシウ
ム、硫酸バリウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩等であ
る。
【0013】これらの無機充填材は、必要に応じ撥水性
の表面処理剤により表面処理を施して使用することが好
ましい。特に無機充填材の平均粒径が小さいときは、無
機充填材を脂肪族ポリエステル樹脂中に均一に分散させ
難いために、表面処理することが好適である。撥水性の
表面処理剤としては、シロキサン系表面処理剤、シラン
系表面処理剤等を好適に使用することができる。シロキ
サン系表面処理剤としては変性ポリシロキサン、例え
ば、アミノ変性、エポキシ変性、カルボキシル変性等の
ポリシロキサンが好適に用いられる。また、シラン系表
面処理剤としては下記一般式で表されるモノアルキルシ
ランが好適に使用される。
【0014】SiRX3 (但し、Rは、炭素数1から30の直鎖状のアルキル
基、好ましくはアルキル基の水素の一部をフッ素で置換
したもの、例えば、CF3(CH2)n−(nは1から2
9の整数である。)等が好適であり、Xは、塩素または
臭素等のハロゲン原子、アルコキシ基、アミノ基等が適
している。)本発明に用いられる無機充填材は、平均粒
径が0.01〜10μmの範囲であることが、均一な孔
の分布した多孔性フィルムが得られるため、また、表面
の平滑な多孔性フィルムが得られるために好適である。
また、平均粒径が4μm以上の無機充填材を用いた場合
には、上記の表面処理剤を用いなくても脂肪族ポリエス
テル樹脂中に無機充填材を容易に分散させることができ
る。
【0015】本発明における脂肪族ポリエステル樹脂と
無機充填材との配合割合は、脂肪族ポリエステル樹脂1
00重量部に対して無機充填材30〜500重量部とな
るように選ぶ必要があり、50〜300重量部とするこ
とが好ましい。無機充填材の量が30重量部より少ない
場合は、脂肪族ポリエステル樹脂と無機充填材との間で
均一な界面剥離が生じず、厚みの均一な多孔性フィルム
を成形することができない。また、無機充填材の量が5
00重量部を越える場合は押出機等を用いてフィルム状
に成膜することが困難になるため好ましくない。
【0016】本発明の多孔性フィルムの空隙率は10〜
70%でなければならない。空隙率が10%以下であれ
ば無機充填材の周囲にできた空隙同士が連結されず、フ
ィルムの両面を連結する連通孔が形成されない。このた
めフィルムの表面積は増加せず、分解速度も増加しな
い。また、多孔性フィルムの特性である通気性や透湿性
も十分ではない。一方、空隙率が70%を越える場合
は、フィルムの機械的強度が不足し、加工工程において
フィルム破断や使用中の破れ等の問題を生じる。特に多
孔性フィルムの機械的物性及び分解性の両者を満足させ
るためには、空隙率は25〜65%であることが好まし
い。
【0017】本発明の多孔性フィルムは、脂肪族ポリエ
ステル樹脂と無機充填材との間に延伸によって界面剥離
させた5μm以下の最大細孔径(以下、Dmaxともい
う)の連通孔よりなる網状構造を有している。また、脂
肪族ポリエステル樹脂の部分は延伸によって分子配向さ
れてなる。
【0018】本発明の多孔性フィルムの厚みは、十分な
機械的強度と十分なしなやかさを発揮させるためには、
一般には0.02〜1.5mmであることが好ましい。
【0019】本発明の多孔性フィルムは、フィルムの片
面からもう一方の面に連通する連通孔を有するために通
気性を有している。通気性は、通常、100〜10,0
00秒/100ccの範囲であることが、後述する用途
に使用する場合に好適である。通気性は、空隙率と密接
な関係を有しており、空隙率が大きいときは通気性も大
きくなる。
【0020】また、本発明の多孔性フィルムは、成形加
工および使用中の破断を防ぐために十分な破断強度と破
断伸度を有することが好ましい。破断強度は、通常、
0.8〜1.5kg/mm2であることが好ましく、ま
た、破断伸度は200〜500%であることが好まし
い。従来の低分子量物質の抽出法で得られた多孔フィル
ムでは、このような高い破断強度及び破断伸度は得られ
ておらず、結晶界面剥離法による多孔フィルムでは、結
晶の配向方向に高い破断強度を有するが、結晶の配向方
向と直角方向の破断強度は低く、また、破断伸度が著し
く低い。
【0021】さらに、本発明の多孔性フィルムは、後述
する衣料や衛生材料等の用途に使用する場合には、十分
なしなやかさ、例えば、曲げ堅さで表して0.008〜
0.02gf・cm2/cmのしなやかさを有している
ことが好ましい。
【0022】本発明の多孔性フィルムは、次の方法によ
って好適に製造可能である。即ち、脂肪族ポリエステル
樹脂100重量部と無機充填材30〜500重量部を混
合し、次にフィルム状に溶融成形し、その後、少なくと
も一方向に面積倍率で1.5〜20倍延伸することによ
って製造することができる。
【0023】脂肪族ポリエステル樹脂と無機充填材は、
公知の方法、例えば、ヘンシェルミキサー等を用いて混
合される。次いで、シートに成形する方法は、一般にイ
ンフレーション成形法やT−ダイを用いる押出成形法が
好ましく利用される。また、引続く延伸加工は、テンタ
ー延伸機、エヤーインフレーション延伸機、マンドレル
延伸機等により少なくとも一軸方向に延伸される。二軸
延伸を行う場合は、縦方向及び横方向に逐次二軸延伸す
るか、あるいは同時に縦及び横方向に延伸する二軸延伸
法が採用される。延伸条件としては、一般に延伸温度が
常温以上、脂肪族ポリエステル樹脂の融点以下で実施さ
れ、延伸倍率としては縦及び横方向にそれぞれ 1.3
〜3.0倍とすることが、優れた強度特性、透湿度及び
耐水圧を得る上で好適である。また、一般にかかる延伸
加工後、熱処理を行うことやコロナ放電処理等の表面処
理を行うこともできる。
【0024】
【発明の効果】本発明の多孔性フィルムは、同様の組成
から得られる無孔フィルムに比べて生分解性が格段に優
れている。具体的には、本発明の多孔質フィルムは、分
解酵素溶液に浸漬した場合の重量減少速度が無孔フィル
ムの約1.5倍であった。また、本発明の多孔性フィル
ムは破断強度および破断伸度が大きいために、成形加工
および取扱い中に破断しにくく、また、十分なしなやか
さがある。
【0025】本発明の多孔性シートは上記のように自然
界で微生物等により優れた分解性を有するため、埋め立
てによる廃棄処理が可能である。また、上記のような優
れた機械的性質を有するために加工性が良好である。従
って、本発明の多孔性シートは、農業用フィルム、紙お
むつ用バックシート、各種包装材料、簡易衣料、医療用
シート、医療用衣料、衛生材料等の使い捨ての素材に有
用である。
【0026】
【実施例】以下、本発明を更に具体的に説明するために
実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。
【0027】尚、実施例及び比較例に示す物性は下記の
方法により測定した。
【0028】(1) 空隙率 比重測定法により測定。
【0029】空隙率=(d0−d1)/d00:多孔化前のフィルムの比重 d1:多孔化後のフィルムの比重 (2)最大細孔径 メタノールバブルポイント法にて測定。
【0030】(3)破断強度・破断伸度 ASTM−882に準じて測定。尚、表1中のMDはフ
ィルムの巻取り方向、TDはフィルムの巻取り方向と垂
直な方向を表す。
【0031】(4)通気性 JIS−P−8117(ガーレ通気度)に従って測定。
【0032】(5)しなやかさ カトーテック株式会社製純曲げ試験機(KES−FB
2)を用いて曲げかたさを測定。
【0033】(6)分解速度の評価 0.04規定のリン酸緩衝溶液1リットルにリパーゼ酵
素を3mg溶解させた。この水溶液中に100mgのフ
ィルムを浸漬し、37℃のオーブン中でフィルムの重量
減少により分解速度を評価した。分解速度はフィラー充
填量を考慮し、分解開始後3時間での樹脂成分の減少量
(mg)で示した。
【0034】以下の実施例、比較例で用いた脂肪族ポリ
エステル樹脂及び表面処理剤は以下の通りである。
【0035】脂肪族ポリエステル樹脂 PCL:ポリカプロラクトン P(HB−HV):ハイドロキシブチレートとハイドロ
キシバリレート共重合体(共重合体組成(モル比)8
0:20) PBS:ポリテトラメチレンサクシネート 表面処理剤 シロキサン系表面処理剤:信越シリコーン(株)製 K
PN−3504 シラン系表面処理剤:信越シリコーン(株)製 KBM
−7803 尚、表面処理剤はフィラー100重量部に対して0.5
重量部添加した。
【0036】実施例1 表1に示すような脂肪族ポリエステル樹脂と無機充填材
との組成物をスーパーミキサーで5分間混合した後、1
80℃で二軸押出機を用いてストランド状に押出した
後、ペレット状に切断した。
【0037】得られたペレットを、スクリュー径30m
mφ、L/D=24の押出機に取付けたリップ開度0.
8mm、幅150mmのTダイを用いて180℃で押出
し、内部が30℃の水が循環する直径100mmφの冷
却ロールに接触せしめ、0.8m/分で引き取りシート
状物を得た。このシート状物を、回転速度の異なる2対
の加熱ニップロール間で50℃で延伸倍率2.0倍に一
軸延伸した。更に該一軸延伸フィルムを一軸延伸方向と
垂直な方向に延伸温度50℃にて延伸倍率2.0倍にな
るようにテンター延伸機で延伸し、厚み40μmの多孔
性フィルムを得た。得られた多孔性フィルムは、いずれ
も最大細孔径が表1に示した値の連通孔よりなる網状構
造を有するものであった。得られた多孔性フィルムの物
性及び分解性を表1に示した。
【0038】比較例1 次の方法によって結晶界面剥離法による多孔フィルムを
製造した。ロール表面温度20℃のロール上に樹脂をス
クリュー径30mmφ、L/D=24の押出機に取り付
けたリップ開度4mmのTダイを用いて融点より50℃
高い温度で押し出し、引き取り速度10m/分でフィル
ムを製膜した。結晶化を進めるために、該フィルムを融
点より10℃下の温度で熱処理した。次に、このフィル
ムを回転速度の異なる2対の加熱ニップロール間で、長
さ方向に2.0倍に延伸し、結晶界面を剥離し、厚み4
0μmの多孔フィルムを得た。得られた多孔フィルムの
物性及び分解性を表1に併記した。
【0039】比較例2 次の方法によって抽出法による多孔フィルムを製造し
た。低分子脂肪族ポリエーテルと脂肪族ポリエステル樹
脂をスーパーミキサーにより混合した。フィルム製膜は
実施例と同様の方法により行い、厚み40μmのフィル
ムを得た。次にこのフィルムから低分子量ポリエーテル
をアセトンにて抽出し、多孔フィルムを得た。得られた
多孔フィルムの物性及び分解性を表1に併記した。
【0040】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 9/00 - 9/42 C08J 5/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】脂肪族ポリエステル樹脂100重量部と該
    脂肪族ポリエステル樹脂中に分散された無機充填材30
    〜500重量部とよりなり、最大細孔径が5μm以下の
    連通孔よりなる網状構造を有し、空隙率が10〜70%
    であり、延伸により分子配向してなる多孔性フィルム。
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