JP3295217B2 - ポリ(2−オキセタノン)組成物 - Google Patents

ポリ(2−オキセタノン)組成物

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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、環境中で微生物の作用
により分解するプラスチック材料であるポリ(2−オキ
セタノン)の溶融成形時、或は高温状態に曝された時の
熱分解を抑制するための熱安定組成物に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】2−オキセタノンから合成されるポリエ
ステルであるポリ(2−オキセタノン)は、微生物の作
用により環境中で分解されることが知られている。近年
の深刻な廃棄物問題の対策の一つとして、環境中で分解
するプラスチックが望まれており、ポリ(2−オキセタ
ノン)は、まさにその要望されているプラスチック材料
である。
【0003】2−オキセタノンからポリ(2−オキセタ
ノン)への重合反応式は、下式の通りである。
【0004】
【化1】
【0005】ポリ(2−オキセタノン)は生分解性が良
好な材料であるが、加熱による分解もまた起こりやすい
材料である。グレシャムらは、300gのポリ(2−オ
キセタノン)を200℃/80mmHgで熱分解し、2
75gの粗アクリル酸を得ている(T.L.Gresham,J.E.Ja
nsen, and F.W.Shaver, Journal of American Chemical
Society,70,998(1948))。ジャックスらは、ポリ(2
−オキセタノン)の熱分解を180〜220℃の範囲で
検討し、熱分解が分子鎖中でランダムに起こる反応と末
端から進行する反応があることを報告している(V.Jaac
ks,S.Iwabuti,and F.Galil, Kinetics and Mechanism o
f Polyreactions, Int. Symp. Macromol. Chem. Prep
r.,5,375(1969))。そして、これらの熱分解反応は、カ
ルボニル基のα位に存在する活性水素に起因することを
報告している。
【0006】一般に、ほとんどのプラスチック材料は、
程度に差はあるものの、熱分解が進行する。熱分解によ
って、プラスチックの分子量は低下し、それに伴い、成
形品の物性も低下する。特に、熱可塑性のプラスチック
材料は、溶融成形によって製品化されるため、熱分解し
やすい性質は大きな問題である。また、成形品の保存お
よび使用条件によっては、50〜70℃などの高温に長
時間曝される場合がある。例えば、夏期の車内および屋
外に保存あるいは設置使用される場合などである。その
ような際の成形品の熱劣化も大きな問題である。
【0007】そのため、それぞれのプラスチック材料に
関して、その分解原因に対応した特有の安定化方法が検
討、開発されている。しかしながら、ポリ(2−オキセ
タノン)は、その熱分解を抑制する安定化方法がまだ見
いだされていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ポリ(2−オキセタノ
ン)の熱分解を抑制し、フィルムなどへの溶融成形をよ
り容易にし、成形後の成形品の熱劣化の少ないポリ(2
−オキセタノン)組成物の開発を課題とした。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、ポリ(2−オキ
セタノン)に特定の有機化合物を添加することによっ
て、ポリ(2−オキセタノン)の熱分解を抑制すること
ができる事を見いだし、本発明を完成するに至った。
【0010】即ち、本発明は、ポリ(2−オキセタノ
ン)100重量部と、多価アルコール化合物(但し、糊
化物を除く)またはアミノ化合物0.1〜50重量部を
含有してなるポリ(2−オキセタノン)組成物である。
【0011】本発明において、ポリ(2−オキセタノ
ン)とは、基本的に2−オキセタノンの開環重合によっ
て得られる重合体であるが、単量体単位として2−オキ
セタノン以外の環状エステル化合物を0.1〜20重量
%で共重合している重合体も含む。該環状エステル化合
物としては、たとえば、β−ブチロラクトン、ピバロラ
クトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、お
よびε−カプロラクトンなどである。以下、上記の共重
合体も含めて単にポリ(2−オキセタノン)と記す。当
該ポリ(2−オキセタノン)は、数平均分子量および重
量平均分子量が通常10000以上の重合体である。
【0012】多価アルコール化合物とは、一分子中に二
つ以上の水酸基を有する化合物であり、かつカルボン酸
基を有さない化合物である。具体的に例示すると、例え
ば、ぶどう糖、デキストリン、シクロデキストリン、サ
ッカロース、澱粉などの糖類;セルロース、エチルセル
ロースなどのセルロース類;グリセリン、トリメチロー
ルプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリト
ール、ジペンタエリスリトール、ポリエチレングリコー
ルなどの脂肪族多価アルコール類が挙げられる。これら
の多価アルコール化合物のなかでも、糖類やセルロース
類が生分解性に優れているという点で好ましい。
【0013】これらの多価アルコール化合物のなかで、
グリセリンなどの液状物質や低分子量のポリエチレング
リコールのような融点の低い多価アルコール化合物は、
それらを含有する組成物から成形した成形品から浸出し
てくる場合があるので、成形品の用途や使用条件によっ
ては、多価アルコール化合物の添加量を制限して使用す
ることが望ましい場合がある。
【0014】本発明に於て、アミノ化合物とは、その分
子内に一級アミノ基を少なくとも一つ有する化合物であ
る。好適なアミノ化合物を具体的に例示すれば、尿素、
グリシン、リシン、キトサンなどの天然に存在するアミ
ノ化合物がそれ自身が生分解性を有するという点で好ま
しいものとして挙げられる。これらのなかでも尿素は、
特に熱安定性効果に優れている点でより好ましい化合物
である。
【0015】多価アルコール化合物とアミノ化合物で
は、総体的には2−オキセタノンの熱分解抑制効果に明
確な差異は認められないが、成形時の臭気発生などの点
で多価アルコール化合物がより好適に使用される。
【0016】上記した多価アルコール化合物またはアミ
ノ化合物のポリ(2−オキセタノン)への添加量は、添
加後のポリ(2−オキセタノン)の安定性、加工性、機
械的物性の変化を勘案して、それぞれ用途などに合わせ
て選択する事ができるが、ポリ(2−オキセタノン)1
00重量部に対して0.1〜50重量部が好適に実施し
うる範囲である。0.1重量部未満の添加量では、添加
物によるポリ(2−オキセタノン)の安定化効果は非常
に小さい。一方、50重量部を超える添加量では、安定
化効果よりもポリ(2−オキセタノン)組成物の加工性
の低下、機械的物性の低下などが生じる。但し、一般的
に、該添加剤が分子中に水酸基、一級アミノ基以外の極
性基を含む化合物である場合、或は添加剤が液状もしく
は80℃以下の低融点化合物である場合には、その添加
量はより少ない範囲で実施する事が好ましい。尚、上記
多価アルコール化合物とアミノ化合物は併用してもよ
く、その場合、両者の合計量が上記範囲に入るように添
加する。
【0017】上記の多価アルコール化合物またはアミノ
化合物をポリ(2−オキセタノン)へ添加する方法に関
しては、通常の配合技術、混合技術が用いられる。例え
ば、スーパーミキサー、リボンブレンダー、バンバリー
ミキサー、エクストルーダーなどの混合装置を用いた添
加混合が可能である。又、上記多価アルコール化合物が
固体状であれば、これら固体上に2−オキセタノンの重
合開始剤、例えば第4級アンモニウムカルボキシレート
類やアルカリ金属カルボキシレートのクラウンエーテル
錯体類などを担持させ、これらの担持開始剤を用いて2
−オキセタノンのシード重合により得た多価アルコール
化合物含有ポリ(2−オキセタノン)を本発明の組成物
とすることができる。
【0018】2−オキセタノンのシード重合とは、例え
ば以下の方法でポリ(2−オキセタノン)を製造する方
法である。即ち、上記多価アルコール化合物担持開始剤
にガス状、液状あるいは溶液状の2−オキセタノンを接
触させることによりポリ(2−オキセタノン)を多価ア
ルコール化合物表面に析出させ、重合用シードを製造す
る。この重合用シードをそのまま、あるいはさらに上記
開始剤を担持させて用いて2−オキセタノンの沈澱重合
を行い、粒子状のポリ(2−オキセタノン)を製造する
方法である。この2−オキセタノンのシード重合におい
て、アミノ基は2−オキセタノンの重合を抑制したり、
あるいは副反応などを起こすため、アミノ化合物はシー
ド重合には用いられない。
【0019】本発明の組成物は、その目的、用途に応じ
て、酸化防止剤、離型剤、、耐候剤、帯電防止剤、着色
剤、補強材、界面活性剤、無機充填材などの補助成分も
添加することができる。
【0020】本発明の組成物を溶融成形してフィルムな
どの成形品を製造する方法として、通常の成形方法が用
いられる。例えば押し出し成形法および射出成形法、ブ
ロー成形法、カレンダー成形法などが採用可能であり、
さらに、フィルム成形に関しては、ロール延伸法、テン
ター法、インフレーション法による一軸および二軸延伸
法も採用可能である。
【0021】本発明の組成物の成形は、その成形方法や
成形品の種類に依ってそれぞれ適当な成形条件が選択さ
れるが、通常、80℃〜250℃の温度範囲で行なわれ
る。
【0022】尚、本発明における組成物とは、前記各必
須成分及び任意成分からなる混合物のみならず、ペレッ
ト、さらには溶融成形体をも含む概念である。
【0023】
【作用】本発明の組成物中の多価アルコール化合物また
はアミノ化合物は、溶融成形時に、ポリ(2−オキセタ
ノン)の分子量低下を抑制する。この様な特性を発現す
る理由については未だ明確ではないが、下式に示したよ
うに、水酸基あるいはアミノ基がポリ(2−オキセタノ
ン)末端のカルボン酸基と反応し、エステル結合びアミ
ド結合を形成することが一つの要因であると考えられ
る。
【0024】
【化2】
【0025】この様なエステル化およびアミド化反応
が、ポリ(2−オキセタノン)分子末端から進行する熱
分解抑制しているものと推測される。また、多価アルコ
ール化合物は多価アミノ化合物は、分子中に複数の反応
性基を有しているため、複数のポリ(2−オキセタノ
ン)末端と反応することが可能であり、結果としてポリ
(2−オキセタノン)の分子量低下抑制に寄与している
と考えられる。
【0026】アルコール化合物やアミノ化合物は、水分
との親和性が高いため、上記のようなポリ(2−オキセ
タノン)末端との反応および複数のポリ(2−オキセタ
ノン)を結び付けるような作用なしには、エステル結合
の加水分解を促進する作用の方が優勢となることも有り
得る。一価のアルコール化合物に明確な分子量低下抑制
効果が認められないことも、この理由によるものと考え
られる。
【0027】
【発明の効果】本発明の組成物を用いることにより、溶
融成形時にポリ(2−オキセタノン)の分子量低下が抑
制され、物性的により良好な成形品が得られる。
【0028】本発明の組成物を用いて、種々の製品、例
えば、ゴミ袋、レジ袋などのフィルム類、紙おむつ、生
理用品などの衛生用品、マルチフィルム、結束テープ、
苗用ポット、漁網、海苔網などの農林漁業用資材、食品
トレー、卵パックなどの食品関係製品などの溶融成形が
可能である。本発明の組成物より成形された製品は、自
然環境中に放置された場合でも微生物によって分解さ
れ、また、コンポストプラントによって堆肥に変換され
る。
【0029】
【実施例】本発明を、実施例により、さらに詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
【0030】実施例1〜7、比較例1〜5 重量平均分子量453、400のポリ(2−オキセタノ
ン)100重量部に表1に示した多価アルコール化合
物、アミノ化合物、および比較例として、一価のアルコ
ール、酸無水物、カルボン酸化合物、代表的な塩化ビニ
ル樹脂の熱安定化剤であるステアリン酸鉛の5重量部を
添加し、CSI MAX ミキシングエクストルーダー
(カスタム サイエンティフィック インスツルメント
社製)を用いて、130℃で溶融混合しダイスから押し
出すことによりストランドを成形した。但し、比較例1
だけは、本発明に用いられる多価アルコール化合物、ア
ミノ化合物も含め一切の添加剤を添加しなかった。得ら
れたストランドは、サイズ排除クロマトグラフィーを用
いて分子量を測定した。得られた各組成物の重量平均分
子量は表1に併記した。表1の結果から、比較例の結果
と比べて実施例の各組成物の分子量は高く、添加した化
合物によりポリ(2−オキセタノン)の熱による分子量
低下が抑制された事が明かである。
【0031】
【表1】
【0032】実施例8、比較例6 馬鈴薯澱粉粒20.0gにテトラメチルアンモニウムア
セテートのアセトニトリル溶液(濃度2.065x10
ー7mol/μl)1.5ml(309.8μmol)、
およびアセトニトリル30mlを加え攪拌混合した。そ
の後、減圧下、4時間/40℃でアセトニトリルを気化
除去し、重合開始剤を担持した澱粉粒を調製した。
【0033】循環気相重合装置を用いて、2−オキセタ
ノンの気相重合を行った。重合装置部に重合開始剤を担
持した澱粉粒20.0gを入れ、これを機械的に攪拌し
た。2−オキセタノンの気化装置部を40℃の恒温槽中
に設置し、循環ポンプを始動した。循環気体としては空
気を用い、循環量は50ml/minとした。19.5
時間後、重合装置部内の内容物を取り出し、秤量した結
果、20.5gであり、澱粉粒担持開始剤によって新た
に生成したポリ(2−オキセタノン)は0.5gであっ
た。この様にして調製したポリ(2−オキセタノン)表
面処理澱粉粒0.625gにテトラメチルアンモニウム
アセテートのアセトニトリル溶液(濃度2.065x1
ー7mol/μl)375μl(77.4μmol)、
およびアセトニトリル5mlを加え攪拌混合した。その
後、減圧下、4時間/40℃でアセトニトリルを気化除
去し、重合開始剤を担持したポリ(2−オキセタノン)
表面処理澱粉粒を調製した。
【0034】攪拌装置およびコンデンサーを付属した5
00ml容量のガラス製セパラブル三口フラスコの内表
面およびプロペラ型攪拌羽根を、四フッ化エチレン樹脂
微粒子を含んだエアーゾールを用いてスプレーコーティ
ングした。このようにして内表面を無極性化処理したセ
パラブルフラスコ中に重合開始剤を担持したポリ(2−
オキセタノン)表面処理澱粉粒0.625gを添加し、
次に、2−オキセタノン50.0g(694mmol)
/イソプロピルクロライドロ250ml溶液を添加し
た。続いて、攪拌速度300rpmで攪拌を開始した。
このフラスコを35℃恒温水槽中に入れ温度コントロー
ルを行った。重合は15時間行い、その後、反応液を濾
過して、生成したポリ(2−オキセタノン)と溶剤およ
び未反応モノマーとを分離した。ポリ(2−オキセタノ
ン)は、さらに減圧下に含浸した溶剤および未反応モノ
マーを完全に除去した後に秤量した結果、重合率は99
%であった。サイズ排除クロマトグラフィーを用いて分
子量を測定した結果、重量平均分子量は265、700
であった。また、このポリ(2−オキセタノン)の澱粉
含有量は、1.25重量部であった。この澱粉含有ポリ
(2−オキセタノン)と、比較例として沈澱重合によっ
て製造した重量平均分子量470、900の無添加ポリ
(2−オキセタノン)のそれぞれ2gをクロロホルム1
50ccに溶解し、これを直径146mmのシャーレ中
に移し、キャストフィルムを作成した。得られた2枚の
キャストフィルムから試験片を切り出した。各試験片
は、130℃のオーブン中にいれ、表2に示した時間保
持した後取り出し、サイズ排除クロマトグラフィーを用
いて重量平均分子量を測定した。結果は、表2に併記し
た。表2の結果から、澱粉含有フィルムが、無添加フィ
ルムに比べて、高温状態に曝されたときの分子量低下が
小さいことが明かである。
【0035】
【表2】
【0036】実施例9〜13、比較例7、8 重量平均分子量453、400のポリ(2−オキセタノ
ン)100重量部に無水のぶどう糖を表3に示した量添
加し、実施例1〜7と同様にして、CSI MAX ミ
キシングエクストルーダーを用いて、130℃で溶融混
合しながらストランドを成形した。得られたストランド
は、サイズ排除クロマトグラフィーを用いて分子量を測
定した。得られた各組成物の重量平均分子量は表3に併
記した。
【0037】
【表3】

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリ(2−オキセタノン)100重量部
    と、多価アルコール化合物(但し、糊化物を除く)また
    はアミノ化合物0.1〜50重量部を含有してなるポリ
    (2−オキセタノン)組成物。
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