JP3355944B2 - 熱硬化型生分解性共重合体の製造方法 - Google Patents
熱硬化型生分解性共重合体の製造方法Info
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Description
生物などによる生分解可能な高分子化合物からなる熱硬
化型生分解性共重合体に係り、とくに各種印刷インキ、
磁気インキ等に用いられるバインダーや、コーティング
剤、ハードコート剤などの各種用途に有用な熱硬化型生
分解性共重合体の製造方法に関する。
いる廃棄物のうち、その多くをプラスチック製品を占め
ており、とくに半永久的に分解しない特性からきわめて
処理困難な素材として指摘されている。このような社会
的なニーズから、特開昭57−150393号公報、特
開昭59−220192号公報、特開平5−10573
6号公報、特開平5−148352公報、特開平5−1
79016号公報などに示されるような、土中の微生物
などによって自然分解可能な生分解性プラスチックが開
発されており、例えば英国・ゼネカ社の微生物ポリエス
テル系のバイオポール(商品名)、昭和高分子株式会社
の脂肪族ポリエステル系のビオノーレ(商品名)、さら
には株式会社島津製作所のポリ乳酸などを原料とする脂
肪族ポリエステル系のラクティー(商品名)、イタリア
・ノバモント社のでんぷんと変性PVAとを混合したマ
タービー(商品名)または米国エコスター社のノボン
(商品名)やデグラスター(商品名)などが商品化され
ている。
乳酸は透明性を有し、引っ張り強度などの機械的物性に
優れ、さらに原料コストが低く、廃棄後の処理が容易で
あることから注目されている。とくに、このポリ乳酸の
機械的特性、熱的特性などの性質はポリエチレンテレフ
タレート(PET)、ポリスチレンに比較的近いとされ
ており、これに対し上記の他の生分解性プラスチックは
ポリエチレンに比較的近いとされている。これはポリ乳
酸のガラス転移点が室温より高く、室温でガラス状態で
あることに起因されると考えられる。また自然環境下で
は、ポリ乳酸は加水分解を経て自然崩壊し、土中、水中
の微生物等によって乳酸、さらに炭酸ガス(二酸化炭
素)と水までに分解され、自然環境のサイクルに取り込
まれるという環境に適合した樹脂製品と言え、原料とな
る乳酸は安価なコーンスターチ、チーズホウェーなどを
発酵させることにより製造することが可能であり、その
低コストも有望であるとされている。
酸が光学活性炭素を有することから、乳酸ホモポリマー
であっても、乳酸のL体、D体が混合されたポリ(D,
L)−乳酸からなり、このポリ(D,L)−乳酸は従来
のポリ乳酸(ポリL−乳酸)に比べて結晶性が低く、ほ
とんどの汎用性溶剤に対して優れた溶解性を示すことか
ら、他の生分解性構成物と組み合わせて用いられる。例
えば用途として生分解性インキ用の樹脂バインダー、生
分解性を有するコーティング剤やハードコート剤などと
しての応用が期待されている。
性面で硬く脆い、衝撃に対して弱いという欠点を有して
おり、柔軟性の要求が高いインキバインダー、コーティ
ング剤、ハードコート剤などの分野ではその利用が制限
されている。さらにガラス転移点が60℃と比較的室温
に近く熱変形を受けやすいこと、未処理状態では耐衝撃
性がなく脆いことから、ポリ(D,L)−乳酸は素材と
して欠点を有するものである。この脆性の改良として
は、乳酸の環状二量体であるラクチドと、グリコリド、
ε−カプロラクトンやβ−メチル−δ−バレロラクトン
等との共重合化(ポリマー、20巻、1459頁(19
79),高分子学会予稿集、40(2)巻、358頁
(1981))や、ポリ乳酸とポリカプロラクトン、又
は可塑剤とのプレンド(高分子学会予稿集、43(3)
巻、1194頁(1994))、或いは二軸延伸加工
(材料、43(495)巻、1520頁(1994))
などの研究が報告されている。
法により得られる改質ポリ乳酸は、乳酸とその他の成分
がランダムに重合しているために、生分解性とその他の
物性の低下が予想される。さらにこれらの改質法で得ら
れるポリ乳酸は柔軟性こそ有するものであるが、熱可塑
性樹脂であり、また三次元構造ではないため、耐溶剤性
を持たないため、生分解性インキ用の樹脂バインダー、
生分解性を有するコーティング剤やハードコート剤など
への利用は困難である。なお、樹脂に耐溶剤性を付与す
る手法として、イソシアネート等の硬化剤を用いて架橋
させることが一般的であるが、架橋により樹脂の生分解
性が低下するため、生分解性という目的から外れるとい
う問題点を有する。
ンキ等に用いられるバインダーや、コーティング剤、ハ
ードコート剤などの各種用途に用いることが可能であ
り、溶剤溶解性を有し、熱硬化性とかつ熱硬化後の生分
解性を有するポリ乳酸、脂肪族ポリエステルを主成分と
する樹脂化合物の製造方法を提供することを目的とす
る。
成するためになされたものであり、請求項1に記載の発
明は、1. 分子量20000〜60000、水酸基価で0.5
〜3KOHmg/gであるポリ乳酸、及び脂肪族ポリエ
ステルと、前記ポリ乳酸及び脂肪族ポリエステルに対し
て1.5〜20重量%のイソシアナート化合物からなる
樹脂組成物を溶媒に溶解させ混合し、2. 前記溶剤を乾燥除去した後、3.前記樹脂組成物を加熱硬化させる、 ことによる、熱硬化型生分解性共重合体の製造方法 であ
る。
化型生分解性共重合体の製造方法において、ポリ乳酸及
び脂肪族ポリエステルの総重量のうち、脂肪族ポリエス
テルの割合が5〜40重量%であることを特徴とするも
のである。
化型生分解性共重合体の製造方法において、脂肪族ポリ
エステルが重縮合系脂肪族ポリエステルであることを特
徴とするものである。
化型生分解性共重合体の製造方法において、イソシアナ
ート化合物が下記一般式(1)、
肪族基である。)で示される脂肪族ジイソシアナート、
或いは該脂肪族ジイソシアナートをベースとするポリイ
ソシアナートであることを特徴とするものである。
本発明は、分子量20000〜60000、水酸基価で
0.5〜3KOHmg/gであるポリ乳酸と、脂肪族ポ
リエステルと、所定量のイソシアネート化合物とを溶媒
に溶解させ混合したものを、加熱により硬化してなる共
重合体の製造方法であり、熱硬化後の熱硬化物が生分解
性を有するものであり、この熱硬化物をバインダーとし
て、例えば印刷用インキ、またコーティング剤、ハード
コート剤などの各種印刷、コーティングの用途に用いる
ことができる。すなわち、本発明の製造方法による熱硬
化型生分解性共重合体はポリ乳酸の生分解性を損なうこ
となく、柔軟性、靱性、耐溶剤性などの各種物性を改良
したものであり、これに硬くて脆いポリ乳酸と、機械的
物性は低いが柔軟性に富む脂肪族ポリエステルとをイソ
シアナート化合物で連結することで、両者の物性的な欠
点を補い、かつ得られる組成物は汎用性溶媒に対する耐
溶剤性を備えてなるものである。また、本発明の熱硬化
型生分解性共重合体が不溶である汎用性溶媒は、例えば
酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケ
トン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、シク
ロヘキサノン等である。
次の一般式(2)で表される組成物を挙げることができ
る。
0000、水酸基価で0.5〜3KOHmg/g程度の
ものが好ましい。なお、架橋に末端水酸基を用いて行な
うため、分子量がこの範囲の数値よりも大きいと十分な
架橋効果が得られず、逆にこの範囲の数値よりも小さい
とイソシアナートを多量に用いなければならず、イソシ
アナートの添加量が多いと得られる熱硬化物はゴム状と
なり、物性、生分解性ともに不十分である。とくに本発
明のポリ乳酸に、グリセリン、ペンタエリトリトール、
ジペンタエリトリトール等の多官能アルコールとオクチ
ル酸スズなどの金属化合物を開始剤に用いて合成する長
鎖分岐を有するポリ乳酸を用いると、架橋反応による三
次元構造が十分に形成され易くなり、好ましいと言え
る。
しては、次の一般式(3)で表される組成物を挙げるこ
とができる。
のである。R2で表される二価脂肪族基は、炭素数1〜
12、好ましくは2〜8の鎖状アルキレン基が挙げられ
る。このアルキレン基としては、−(CH2)2、−(C
H2)4−などの炭素数2〜6の直鎖状低級アルキレン基
が好ましい。またR3で表される二価脂肪族基は、炭素
数2〜12、好ましくは2〜8の鎖状アルキレン基が挙
げられる。このアルキレン基としては、−(CH2)4、
−(CH2)6−などの炭素数2〜6の直鎖状低級アルキ
レン基が好ましいが、−(CH2)2CH(CH3)(C
H2)2−、−CH(CH3)(CH2)2−、−CH(C
H3)CH2−など側鎖を有するものであっても差し支え
はない。この脂肪族ポリエステルには、重縮合により合
成された縮重合系脂肪族ポリエステルが好ましい。これ
はジオールを過剰とすることで重合すると、分子鎖の両
末端に水酸基を導入することができるため、架橋効果を
最大限に生かすことが可能となる。
シアナート化合物は、硬化後も樹脂が生分解性を維持で
きるものであれば、基本的には構造や官能数は問わない
で用いることができるが、分解生成物の環境の影響を考
慮すると、次の一般式(1)で表される脂肪族イソシア
ナート、或いはこの脂肪族イソシアナートをベースにし
たポリイソシアナートを挙げることができる。
ある。このR1で表される二価脂肪族基は、炭素数2〜
12、好ましくは4〜6の鎖状アルキレン基が挙げられ
る。なかでもR3の炭素数が6であるジイソシアン酸ヘ
キサメチレンは、工業原料として安価にて入手可能で、
原料コストの面からその使用は好ましいものであり、ま
た、ジイソシアン酸ヘキサメチレンをベースとしたポリ
イソシアナートも同様に安価にて入手可能であり、用い
ても差し支えない。またR1の炭素数が4である1,4
−ジイソシアナートブタンは硬化物の生分解性が良好で
あることから、その使用はとくに好ましいものである。
合物に対してイソシアナートを用いて熱硬化させてなる
本発明の製造方法による熱硬化型生分解性共重合体は、
イソシアナートの添加量をポリ乳酸及び脂肪族ポリエス
テルにたいして1.5〜20重量%、好ましくは3〜1
0重量%の範囲にあることが望ましい。このイソシアナ
ートの添加量がこの範囲の数値より少ない場合は、十分
な架橋効果が得られず、逆に多い場合には熱硬化物がゴ
ム状となる。
ポリ乳酸及び脂肪族ポリエステルの総重量に対して、5
〜40重量%であり、好ましくは15〜25重量%の範
囲にあることが望ましい。脂肪族ポリエステルの添加量
がこの範囲の数値より少ない場合には、熱硬化物は硬
く、伸びの乏しいものとなり、また脂肪族ポリエステル
の添加量がこの範囲の数値より多い場合には、熱硬化物
は柔軟性に富むものの、弾性強度が不十分となるという
問題点を有する。
方法は以下のように実施することができる。所定量のポ
リ乳酸及び脂肪族ポリエステルを適当な、例えば酢酸エ
チル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、
トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、シクロヘキ
サノンなどから選択される溶媒に溶解させ混合し、次に
この混合物に所定量のイソシアナート化合物を添加し、
十分混合する。このとき、硬化時間を早めるために適当
量の、例えば二ラウリン酸ジ−n−ブチルスズ、トリエ
チルアミン、トリエチレンジアミン、ジブチルスズ2−
エチルヘキソエートなどから選択される金属触媒を添加
することも可能である。さらに得られた混合物から溶剤
を乾燥除去し、適切の温度で加熱し硬化させることによ
り本発明の熱硬化型生分解性共重合体が得られる。用途
に応じて混合物を印刷手段又はコーティング手段により
基材などに塗膜として形成し、混合物から溶剤を乾燥除
去し、適切の温度で加熱し硬化させるようにしてもよ
い。
重合体は、例えばインキのバインダーとして、顔料又は
染料、各種添加剤とともに混合し調合したインキをPE
T(ポリエチレンテレフタレート)フィルムに塗布する
と、この塗膜は強度、耐溶剤性に優れるものである。ま
た他にはフィルム、成型品、繊維、印刷インキ等に使用
される樹脂バインダーなどの各種用途に用いることが可
能であり、その際に補強剤、無機或いは有機フィラー、
着色剤、各種安定剤、滑剤ワックス類など公知の添加剤
を必要に応じて用いることも可能である。
細に説明する。なお、実施例において得られた熱硬化型
生分解性共重合体の種々の物性値は以下の方法により測
定し求めた。(機械的強度) 1.試験方法:寸法100×6×約0.2mmのポリマ
ーダンベルを作成し、この両端から引っ張り、機械的強
度を測定した。 2.試験条件:(1)テンシロンRTC−1250(オリエンテック社製) (2)初期試料長:50mm (3)引っ張り速度:50mm/min (生分解性評価)1.試験方法:恒温恒湿槽の中でコン
ポスト土壌を用いて、ポリマーのキャストフィルムをに
埋め込む埋め込み試験を20日間行なった。 2.試験条件:(1)市販のコンポストを用いて生ゴミから調整したコンポスト 土壌 (2)試料形態:50×50×約0.2mmのキャストフイルム (3)試験温度:60℃(湿度90%) (4)試験期間:20日間 (耐溶剤性評価) 1.試験方法:ガラスシャーレ上に少量の樹脂を置き、
試験溶媒中で樹脂を擦りつけながら、その耐溶剤性を観
察した。 2.試験条件:(1)試験溶剤:トルエン、2−ブタノン、メチルイソブチルケ トン (2)試料形態:約5×5×5mmの樹脂ペレット (3)試験温度:常温
0)2.4gとポリヘキサメチレンサクシネート(分子
量:約20000)0.6gを2−ブタノン20mlに
溶解させ混合し、次にジイソシアン酸ヘキサメチレン
(HMDI)157.9mg、さらに触媒として二ラウ
リン酸ジ−n−ブチルスズ34.0μlを添加し、十分
に混合した。この混合物をテフロンシート上にキャスト
し、100℃で30分間加熱し硬化させた。得られたフ
ィルムからポリマーダンベルを作成し、機械的強度を測
定したところ、弾性率196kgf/mm2、伸度11
1%、最大点応力3.8kgf/mm2であり、このフ
ィルムはフィルム成形可能で、柔軟性のある強靱なもの
であった。このフィルムを汎用性溶剤である、トルエ
ン、2−ブタノンに接触させたところ、これらに対して
不溶であり、このフィルムをコンポスト中のコンポスト
土壌に20日間埋設しておいたところ、フィルムが完全
に分解消失したことが確認された。
0)2.4gとポリヘキサメチレンサクシネート(分子
量:約20000)0.6gを2−ブタノン20mlに
溶解させ混合し、次にHMDI系ポリイソシアナート
(商品名:デュラネートTPA−100,旭化成工業社
製)157.9mg、さらに触媒として二ラウリン酸ジ
−n−ブチルスズ34.0μlを添加し、十分に混合し
た。この混合物をテフロンシート上にキャストし、10
0℃で30分間加熱し硬化させた。得られたフィルムか
らポリマーダンベルを作成し、機械的強度を測定したと
ころ、弾性率201kgf/mm2、伸度167%、最
大点応力3.6kgf/mm2であり、このフィルムは
フィルム成形可能で、柔軟性のある強靱なものであっ
た。このフィルムを汎用性溶剤である、トルエン、2−
ブタノンに接触させたところ、これらに対して不溶であ
り、このフィルムをコンポスト中のコンポスト土壌に2
0日間埋設しておいたところ、フィルムが完全に分解消
失したことが確認された。
(分子量:37000)2.4gとポリヘキサメチレン
サクシネート(分子量:約20000)0.6gを2−
ブタノン20mlに溶解させ混合し、次にジイソシアン
酸ヘキサメチレン(HMDI)157.9mg、さらに
触媒として二ラウリン酸ジ−n−ブチルスズ34.0μ
lを添加し、十分に混合した。この混合物をテフロンシ
ート上にキャストし、100℃で30分間加熱し硬化さ
せた。得られたフィルムからポリマーダンベルを作成
し、機械的強度を測定したところ、弾性率146kgf
/mm2、伸度230%、最大点応力2.6kgf/m
m2であり、このフィルムはフィルム成形可能で、柔軟
性のある強靱なものであった。このフィルムを汎用性溶
剤である、トルエン、2−ブタノンに接触させたとこ
ろ、これらに対して不溶であり、このフィルムをコンポ
スト中のコンポスト土壌に20日間埋設しておいたとこ
ろ、フィルムが完全に分解消失したことが確認された。
(分子量:37000)2.4gとポリヘキサメチレン
サクシネート(分子量:約20000)0.6gを2−
ブタノン20mlに溶解させ混合し、次にHMDI系ポ
リイソシアナート(商品名:デュラネートTPA−10
0,旭化成工業社製)157.9mg、さらに触媒とし
て二ラウリン酸ジ−n−ブチルスズ34.0μlを添加
し、十分に混合した。この混合物をテフロンシート上に
キャストし、100℃で30分間加熱し硬化させた。得
られたフィルムからポリマーダンベルを作成し、機械的
強度を測定したところ、弾性率196mgf/mm2、
伸度208%、最大点応力3.2kgf/mm2であ
り、このフィルムはフィルム成形可能で、柔軟性のある
強靱なものであった。このフィルムを汎用性溶剤であ
る、トルエン、2−ブタノンに接触させたところ、これ
らに対して不溶であり、このフィルムをコンポスト中の
コンポスト土壌に20日間埋設しておいたところ、フィ
ルムが完全に分解消失したことが確認された。
比較検証する。 <比較例1>ポリ乳酸(分子量:58000)3.0g
を2−ブタノン20mlに溶解させ混合し、次にジイソ
シアン酸ヘキサメチレン(HMDI)157.9mg、
さらに触媒として二ラウリン酸ジ−n−ブチルスズ3
4.0μlを添加し、十分に混合した。この混合物をテ
フロンシート上にキャストし、100℃で30分間加熱
し硬化させた。得られたフィルムからポリマーダンベル
を作成し、機械的強度を測定したところ、弾性率280
kgf/mm2、伸度2.6%、最大点応力5.0kg
f/mm2を示し、硬くて脆い性質の共重合体であっ
た。なお、このフィルムを汎用性溶剤である、トルエ
ン、2−ブタノンに接触させたところ、これらに対して
不溶であり、このフィルムをコンポスト中のコンポスト
土壌に20日間埋設しておいたところ、フィルムが完全
に分解消失したことが確認された。
0)2.4gとポリヘキサメチレンサクシネート(分子
量:約20000)0.6gを2−ブタノン20mlに
溶解させ混合し、この混合物をテフロンシート上にキャ
ストし、100℃で30分間加熱し硬化させた。得られ
たフィルムからポリマーダンベルを作成し、機械的強度
を測定したところ、弾性率210kgf/mm2、伸度
24%、最大点応力4.1kgf/mm2を示し、フィ
ルム成形は可能であるが、やや柔軟性が乏しい共重合体
であった。なお、このフィルムを汎用性溶剤である、ト
ルエン、2−ブタノンに接触させたところ、これらによ
って浸食を受け、溶解した。このフィルムをコンポスト
中のコンポスト土壌に20日間埋設しておいたところ、
フィルムが完全に分解消失したことが確認された。
0)2.4gとポリヘキサメチレンサクシネート(分子
量:約20000)0.6gを2−ブタノン20mlに
溶解させ混合し、この混合物をテフロンシート上にキャ
ストし、100℃で30分間加熱し硬化させた。得られ
たフィルムからポリマーダンベルを作成し、機械的強度
を測定したところ、弾性率213kgf/mm2、伸度
17%、最大点応力3.2kgf/mm2を示し、硬く
て脆い性質の共重合体であった。なお、このフィルムを
汎用性溶剤である、トルエン、2−ブタノンに接触させ
たところ、これらによって浸食を受け、溶解した。この
フィルムをコンポスト中のコンポスト土壌に20日間埋
設しておいたところ、フィルムが完全に分解消失したこ
とが確認された。
0000、水酸基価で0.5〜3KOHmg/gである
ポリ乳酸と、脂肪族ポリエステルと、所定量のイソシア
ネート化合物とを溶媒に溶解させ混合したものを、加熱
により硬化してなる共重合体であり、熱硬化後の熱硬化
物が生分解性とともに柔軟性、靱性、耐溶剤性などの各
種物性を有する。とくに耐溶剤性を有することから、こ
の熱硬化型生分解性共重合体をバインダーとして、例え
ば印刷用インキ、またコーティング剤、ハードコート剤
などの各種印刷、コーティングの用途に用いることがで
きる。さらにフィルム、成形加工品、ボトル、繊維等な
どの各種用途に用いることも可能であり、製品実用上の
十分な物性を示し、かつ生分解性を示す熱硬化型生分解
性共重合体を提供することができる。
分解性共重合体は、ポリ乳酸と脂肪族ポリエステルの混
合物をイソシアナートで硬化させることにより、容易に
製造することができる。
Claims (4)
- 【請求項1】1.分子量20000〜60000、水酸
基価で0.5〜3KOHmg/gであるポリ乳酸、及び
脂肪族ポリエステルと、前記ポリ乳酸及び脂肪族ポリエ
ステルに対して1.5〜20重量%のイソシアナート化
合物からなる樹脂組成物を溶媒に溶解させ混合し、2. 前記溶剤を乾燥除去した後、3.前記樹脂組成物を加熱硬化させる、 ことによる、熱硬化型生分解性共重合体の製造方法。 - 【請求項2】前記ポリ乳酸及び脂肪族ポリエステルの総
重量のうち、脂肪族ポリエステルの割合が5〜40重量
%であることを特徴とする請求項1に記載の熱硬化型生
分解性共重合体の製造方法。 - 【請求項3】前記脂肪族ポリエステルが重縮合系脂肪族
ポリエステルであることを特徴とする請求項1又は2に
記載の熱硬化型生分解性共重合体の製造方法。 - 【請求項4】前記イソシアナート化合物が下記一般式
(1)、 【化1】 (式中、R1は炭素数2〜12の二価の脂肪族基であ
る。)で示される脂肪族ジイソシアナート、或いは該脂
肪族ジイソシアナートをベースとするポリイソシアナー
トであることを特徴とする請求項1に記載の熱硬化型生
分解性共重合体の製造方法。
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JP4795572B2 (ja) * | 2001-07-09 | 2011-10-19 | 東洋紡績株式会社 | 生分解性オーバープリントニス組成物、および、生分解性複合体 |
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WO2011083584A1 (ja) * | 2010-01-08 | 2011-07-14 | 日本電気株式会社 | 三次元架橋ポリウレタン、その製造方法、及びこれを用いた成形体 |
-
1996
- 1996-07-22 JP JP19233696A patent/JP3355944B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH1036477A (ja) | 1998-02-10 |
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