JP3627017B2 - 機能性ポリブチレンサクシネート樹脂組成物 - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機能化されたポリブチレンサクシネート樹脂組成物に関し、さらに 詳しくは、付加価値の高い、着色、抗菌、抗酸化、クモリ止めおよび柔軟化の特性を有する高分子製品を与えるとともに、プラスチック成形時の成形温度の低下を可能とし、また、使用終了後は土や水中に埋設することにより生分解するポリブチレンサクシネート組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の化学製品は、経済性および高い性能と高い耐久性を追求して石油を基礎原料とする製造体系とそれらのフォームレーション技術が確立されてきたが、これらの石油化学製品の生体に対する安全性や地球環境の保全にとって有害な場合が多いなど、持続可能な社会への対応ができず、不適合性が明らかになってきている。本発明者らは、環境に対して負荷の小さい生分解性ポリエステルの開発を進めてきた。しかし、生分解性脂肪族ポリブチレンサクシネートは他の汎用プラスチックに比べて融点が低く、添加物の配合に難点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のかたよった物質文化の発展の弊害が顕在化し、大量生産・大量消費社会が行き詰まったことが実感される時代となり、生体や環境に対して安全な材料が求められることとなった。ポリエステルは一般に製膜しやすく、丈夫で硬く、使用可能の温度範囲が広い、電気絶縁性が高い、透明性であるなどの特徴をもつことが知られている。本発明者は環境および生体に対してやさしい材料の開発とともに、それらに機能・性能を付与した高付加価値の新材料の開発を鋭意研究した。すなわち、先に環境適合性のある基礎合成原料としてバイオマスや高分子廃棄物などを原料とした合成ガスを出発原料として合成可能な二塩基酸（コハク酸、アジピン酸など）と二価アルコール（１，４−ブタンジオール、エチレングリコールなど）から生分解性ポリエステルの合成を行った。ポリブチレンサクシネート樹脂はポリエステルとして、引張強度、引張伸びに優れるだけでなく、使用後には土中への埋設や水中への浸漬により生分解され、環境に対する負荷の小さい高分子材料であることが示されている。しかし、土中や水中での使用の場合には、生分解性の抑制も必要である。本発明は基礎原料である脂肪族ポリエステルに対して、生体および環境に安全な機能性バイオケミカルズを添加、配合することにより、脂肪族ポリエステル本来の機能を損なうことなく、新しい機能を付与できることが判明し、本発明を完成させるに至った。
【０００４】
【課題を解決する手段】
本発明者は、生分解性ポリブチレンサクシネート樹脂に新しい機能を付与するとともに、生分解機能を増強した機能性ポリブチレンサクシネート樹脂組成物を提供するものである。樹脂の着色加工の目的は、商品価値の向上を目的とする装飾効果、光線透過のコントロール、プラスチックの劣化防止などがある。脂肪族ポリエステルへのクルクミンの配合によっては橙黄色のフィルムが得られ、５００ｎｍ以下の光線をカットするので、農業用フィルムとして使用する場合に、紫外線をカットし、保温、保水、防虫効果がある。また、ソフォロリピッドの配合では、白色のフィルムが得られ、抗菌性をもつ包装材などとして有用であり、光や紫外線カットの効果がある。
【０００５】
二つの固体の界面が接触すると物体の誘電率に依存して電子の移動が起こり、誘電率の小さい方が負に帯電する。衣類、カーペットおよびプラスチック製品などの摩擦による雷撃による不快感だけでなく、薄い高分子フィルムはほこりや汚れの付着による品質の低下、ヒートシールの不良、食品類の無菌包装の妨害、印刷や塗装の位置ずれと接触不良、隔離困難、電子機器や電子部品の搬送・組立行程の不良による誤動作やメモリーの故障、さらに極端な場合には粉塵爆発や可燃性液体の引火・火災などの危険がある（堀田貴史、プラスチックエージ、１９９３年１１月号、Ｐ３４）。添加剤をプラスチック内部に練り込む場合、表面への移行（ブリード）による導電層の形成やポリエステル内に微細な連続層が形成されて電価の漏洩をおこすことも可能である（神尾克久、コンバーテック、１９９２年１１月号、Ｐ２４）。
本発明では添加剤を練り込んでもベースポリマーの基本的物性（力学物性）の減退を最小限に抑えながらベースポリマーへの付加的機能付与（着色、生分解促進・抑制、抗菌、抗酸化、耐電防止などの機能）を達成した。
高分子に対する抗菌性能の付与は近年特に重要な付加機能である。各種プラスチック成形品、水性塗料、塗装したコンクリート壁、プラスチック壁材料、食品包装材、農業用マルチフィルムの付加機能として抗菌力の付与が安全で生分解性のバイオサーファクタントの配合によって実現することができた。フィルムおよび機能性フィルム自体の空気酸化による性能劣化、包装材としての使用時にフィルムの材質による酸化劣化などを防ぐために、プラスチックフィルムに抗酸化性能をもたせることも重要である。
【０００６】
また、バイオサーファクタントは、それ自体、高分子に機能付与・性能向上に寄与するとともに、親水性のバイオケミカルズと油性のポリエステルとの配合時にバイオサーファクタントの界面活性によって両者をより低温で均質にブレンドすることができる。このためフィルムの品質向上（泡の混入防止・均質化）とともに、特長あるバイオケミカルズの複数配合による複合機能性フィルムの製造を可能にした。クチナシ黄色色素などのバイオケミカルズは高温で分解しやすいので、バイオサーファクタント（ソフォロリピッドなど）の共存下で成形温度が可及的低温まで低下できることも分かった。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる生分解性の脂肪族ポリエステルは、コハク酸と１，４−ブタンジオールから得られるポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を用いた。ＰＢＳは完全生分解性であることが知られている。
本発明においては、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）に、相溶性のある樹脂を１種もしくは２種以上配合することを妨げない。
本発明では、ポリマーをペレットにし、色素およびバイオサーファクタントから得られた一種またはこれらの混合物をブレンド全体の３重量％加えて、混合し、アセトンを加えて均一な溶液を得た後、風乾して得たペースト（固体状混合物）をフィルム用金型上にのせ、溶融圧縮成形する。色素の分散もよく、色調の鮮やかな着色シートが得られた。成形は押出成形、射出成形、ブロー成形などいずれの成形方法でも良い。
【０００８】
発明の実施の形態をまとめると、以下のとおりである。
（１） ポリブチレンサクシネート樹脂を主成分とし、これに天然色素クルクミン、ターメリック、クチナシ黄色色素からなる群れより選ばれる色素の一種または２種以上、および炭化水素資源化性微生物を生産するソフォロリピッド、ラムノリピッド、サーファクチンからなる群れのバイオサーファクタントから選ばれた一種または２種以上を配合することを特徴とする機能性ポリブチレンサクシネート組成物。
（２）上記１に記載した機能性生分解性ポリブチレンサクシネートを押出成形、射出成形、ブロー成形のいずれかひとつにより、成形した機能性分解性ポリブチレンサクシネート成形物。
（３）成形物が食品包装用シート又はフィルムである上記２に記載した機能性生分解性ポリブチレンサクシネート成形物。
（４）成形物が食品包装用シート又はフィルムである上記２に記載した機能性生分解性ポリブチレンサクシネート成形物。
（５）成形物が電子部品包装用シート又はフィルムである上記２に記載した機能性ポリブチレンサクシネート成形物。
（６）成形物が農業用フィルムである上記２に記載した機能性生分解性ポリブチレンサクシネート成形物。
【０００９】
（実施例１）
ポリブチレンサクシネート樹脂（数平均分子量３７，０００）３．０ｇとクルクミン（大和化成（株））の精製品９０ｍｇとを５０ｍＬ容のビーカーに入れ、アセトンを加えて均一な溶液を得た後、風乾して得たペースト（固体状混合物）をフィルム成形機の金型（フィルムサイズ：１００ｍｍ角、厚さ０．１５ｍｍ）の上にのせ、１３０℃に加熱して、５分間加圧すると内部まで均質に橙黄色に着色した。成形温度を樹脂単独の場合の１５０℃から１３０℃まで低下させることができた。得られたフィルムの引張試験の結果を表１に示した。
ＰＢＳ樹脂に対してクルクミン３％によって破断伸びはもとのＰＢＳ樹脂と変わらなかった。土中における生分解速度はクルクミン３％添加によって遅くなった（表２）。大腸菌による抗菌力はＰＢＳ樹脂自体と変わらなかった。ＰＢＳ単体のフィルムの帯電防止力は体積電気抵抗（２０℃、４０％ＲＨ）で１．８ｘ１０１０Ωであるが、クルクミンの添加によって変化しなかった。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
【表３】
【００１３】
（実施例２）
ポリブチレンサクシネート樹脂（実施例１と同じ）３．０ｇとソフォロリピッド９０ｍｇとを５０ｍＬ容のビーカーに入れ、実施例１と同様に処理して１３０℃でフィルムに成形すると全体に均質な白色から半透明なフィルムが得られた。ソフォロリピッドの添加により、表１〜表４に見られるように、ＰＢＳ樹脂と比べて破断伸びが増加し（表１）、可撓性が大きくなると共に、土中における生分解速度を著しく促進させて、３０日後の重量減少率は２５．６％に達し（表２）、目視観察によれば、全体に虫食い状にフィルムが浸食され、四辺は凸凹になった。さらに、ソフォロリピッド配合フィルムの大腸菌に対する抗菌力が著しく増強され、１６時間培養後の大腸菌の生菌数はゼロであった（表４）。
【００１４】
【表４】
【００１５】
（実施例３）
ポリブチレンサクシネート樹脂（実施例１と同じ）３．０ｇに対して、ソフォロリピッド０．９ｇと親水性の強いクチナシ黄色色素（理研ビタミン（株）製）０．３ｇとを５０ｍＬ容のビーカーに入れ、実施例１と同様に処理して、１３０℃でフィルムに成形すると全体に均質な半透明のフィルムが得られた。
【００１６】
（実施例５）
ポリブチレンサクシネート樹脂３．０ｇおよびクルクミン９０ｍｇとソフォロリピッド９０ｍｇを５０ｍＬ容のビーカーにｉｒｅ、実施例１と同様に処理すると内部まで均質に橙黄色に着色した。得られた複合フィルムはクルクミンの着色性能とソフォロリピッドの抗菌性と可撓性とを併せもつフィルムが得られた。フィルムの生分解促進効果は３０日後で１１％であった。
【００１７】
【本発明の効果】
本発明の機能性添加剤として天然色素クルクミンまたは、ターメリック、クチナシ黄色色素などの機能性バイオケミカルズ、および炭化水素資源化性微生物などの生産するバイオサーファクタント、ソフォロリピッド、ラムノリピッド、サーファクチン等のバイオサーファクタントから選ばれた一種または、これらの混合物を配合した生分解性ポリブチレンサクシネートは、美しい色彩を有し、機械的強度についても実用に絶えるものであり、着色、抗菌性、抗酸化性などの機能を有し、生体や環境に安全な機能性生分解ポリブチレンサクシネート組成物が得られた。
【発明の属する技術分野】
本発明は機能化されたポリブチレンサクシネート樹脂組成物に関し、さらに 詳しくは、付加価値の高い、着色、抗菌、抗酸化、クモリ止めおよび柔軟化の特性を有する高分子製品を与えるとともに、プラスチック成形時の成形温度の低下を可能とし、また、使用終了後は土や水中に埋設することにより生分解するポリブチレンサクシネート組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の化学製品は、経済性および高い性能と高い耐久性を追求して石油を基礎原料とする製造体系とそれらのフォームレーション技術が確立されてきたが、これらの石油化学製品の生体に対する安全性や地球環境の保全にとって有害な場合が多いなど、持続可能な社会への対応ができず、不適合性が明らかになってきている。本発明者らは、環境に対して負荷の小さい生分解性ポリエステルの開発を進めてきた。しかし、生分解性脂肪族ポリブチレンサクシネートは他の汎用プラスチックに比べて融点が低く、添加物の配合に難点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のかたよった物質文化の発展の弊害が顕在化し、大量生産・大量消費社会が行き詰まったことが実感される時代となり、生体や環境に対して安全な材料が求められることとなった。ポリエステルは一般に製膜しやすく、丈夫で硬く、使用可能の温度範囲が広い、電気絶縁性が高い、透明性であるなどの特徴をもつことが知られている。本発明者は環境および生体に対してやさしい材料の開発とともに、それらに機能・性能を付与した高付加価値の新材料の開発を鋭意研究した。すなわち、先に環境適合性のある基礎合成原料としてバイオマスや高分子廃棄物などを原料とした合成ガスを出発原料として合成可能な二塩基酸（コハク酸、アジピン酸など）と二価アルコール（１，４−ブタンジオール、エチレングリコールなど）から生分解性ポリエステルの合成を行った。ポリブチレンサクシネート樹脂はポリエステルとして、引張強度、引張伸びに優れるだけでなく、使用後には土中への埋設や水中への浸漬により生分解され、環境に対する負荷の小さい高分子材料であることが示されている。しかし、土中や水中での使用の場合には、生分解性の抑制も必要である。本発明は基礎原料である脂肪族ポリエステルに対して、生体および環境に安全な機能性バイオケミカルズを添加、配合することにより、脂肪族ポリエステル本来の機能を損なうことなく、新しい機能を付与できることが判明し、本発明を完成させるに至った。
【０００４】
【課題を解決する手段】
本発明者は、生分解性ポリブチレンサクシネート樹脂に新しい機能を付与するとともに、生分解機能を増強した機能性ポリブチレンサクシネート樹脂組成物を提供するものである。樹脂の着色加工の目的は、商品価値の向上を目的とする装飾効果、光線透過のコントロール、プラスチックの劣化防止などがある。脂肪族ポリエステルへのクルクミンの配合によっては橙黄色のフィルムが得られ、５００ｎｍ以下の光線をカットするので、農業用フィルムとして使用する場合に、紫外線をカットし、保温、保水、防虫効果がある。また、ソフォロリピッドの配合では、白色のフィルムが得られ、抗菌性をもつ包装材などとして有用であり、光や紫外線カットの効果がある。
【０００５】
二つの固体の界面が接触すると物体の誘電率に依存して電子の移動が起こり、誘電率の小さい方が負に帯電する。衣類、カーペットおよびプラスチック製品などの摩擦による雷撃による不快感だけでなく、薄い高分子フィルムはほこりや汚れの付着による品質の低下、ヒートシールの不良、食品類の無菌包装の妨害、印刷や塗装の位置ずれと接触不良、隔離困難、電子機器や電子部品の搬送・組立行程の不良による誤動作やメモリーの故障、さらに極端な場合には粉塵爆発や可燃性液体の引火・火災などの危険がある（堀田貴史、プラスチックエージ、１９９３年１１月号、Ｐ３４）。添加剤をプラスチック内部に練り込む場合、表面への移行（ブリード）による導電層の形成やポリエステル内に微細な連続層が形成されて電価の漏洩をおこすことも可能である（神尾克久、コンバーテック、１９９２年１１月号、Ｐ２４）。
本発明では添加剤を練り込んでもベースポリマーの基本的物性（力学物性）の減退を最小限に抑えながらベースポリマーへの付加的機能付与（着色、生分解促進・抑制、抗菌、抗酸化、耐電防止などの機能）を達成した。
高分子に対する抗菌性能の付与は近年特に重要な付加機能である。各種プラスチック成形品、水性塗料、塗装したコンクリート壁、プラスチック壁材料、食品包装材、農業用マルチフィルムの付加機能として抗菌力の付与が安全で生分解性のバイオサーファクタントの配合によって実現することができた。フィルムおよび機能性フィルム自体の空気酸化による性能劣化、包装材としての使用時にフィルムの材質による酸化劣化などを防ぐために、プラスチックフィルムに抗酸化性能をもたせることも重要である。
【０００６】
また、バイオサーファクタントは、それ自体、高分子に機能付与・性能向上に寄与するとともに、親水性のバイオケミカルズと油性のポリエステルとの配合時にバイオサーファクタントの界面活性によって両者をより低温で均質にブレンドすることができる。このためフィルムの品質向上（泡の混入防止・均質化）とともに、特長あるバイオケミカルズの複数配合による複合機能性フィルムの製造を可能にした。クチナシ黄色色素などのバイオケミカルズは高温で分解しやすいので、バイオサーファクタント（ソフォロリピッドなど）の共存下で成形温度が可及的低温まで低下できることも分かった。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる生分解性の脂肪族ポリエステルは、コハク酸と１，４−ブタンジオールから得られるポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を用いた。ＰＢＳは完全生分解性であることが知られている。
本発明においては、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）に、相溶性のある樹脂を１種もしくは２種以上配合することを妨げない。
本発明では、ポリマーをペレットにし、色素およびバイオサーファクタントから得られた一種またはこれらの混合物をブレンド全体の３重量％加えて、混合し、アセトンを加えて均一な溶液を得た後、風乾して得たペースト（固体状混合物）をフィルム用金型上にのせ、溶融圧縮成形する。色素の分散もよく、色調の鮮やかな着色シートが得られた。成形は押出成形、射出成形、ブロー成形などいずれの成形方法でも良い。
【０００８】
発明の実施の形態をまとめると、以下のとおりである。
（１） ポリブチレンサクシネート樹脂を主成分とし、これに天然色素クルクミン、ターメリック、クチナシ黄色色素からなる群れより選ばれる色素の一種または２種以上、および炭化水素資源化性微生物を生産するソフォロリピッド、ラムノリピッド、サーファクチンからなる群れのバイオサーファクタントから選ばれた一種または２種以上を配合することを特徴とする機能性ポリブチレンサクシネート組成物。
（２）上記１に記載した機能性生分解性ポリブチレンサクシネートを押出成形、射出成形、ブロー成形のいずれかひとつにより、成形した機能性分解性ポリブチレンサクシネート成形物。
（３）成形物が食品包装用シート又はフィルムである上記２に記載した機能性生分解性ポリブチレンサクシネート成形物。
（４）成形物が食品包装用シート又はフィルムである上記２に記載した機能性生分解性ポリブチレンサクシネート成形物。
（５）成形物が電子部品包装用シート又はフィルムである上記２に記載した機能性ポリブチレンサクシネート成形物。
（６）成形物が農業用フィルムである上記２に記載した機能性生分解性ポリブチレンサクシネート成形物。
【０００９】
（実施例１）
ポリブチレンサクシネート樹脂（数平均分子量３７，０００）３．０ｇとクルクミン（大和化成（株））の精製品９０ｍｇとを５０ｍＬ容のビーカーに入れ、アセトンを加えて均一な溶液を得た後、風乾して得たペースト（固体状混合物）をフィルム成形機の金型（フィルムサイズ：１００ｍｍ角、厚さ０．１５ｍｍ）の上にのせ、１３０℃に加熱して、５分間加圧すると内部まで均質に橙黄色に着色した。成形温度を樹脂単独の場合の１５０℃から１３０℃まで低下させることができた。得られたフィルムの引張試験の結果を表１に示した。
ＰＢＳ樹脂に対してクルクミン３％によって破断伸びはもとのＰＢＳ樹脂と変わらなかった。土中における生分解速度はクルクミン３％添加によって遅くなった（表２）。大腸菌による抗菌力はＰＢＳ樹脂自体と変わらなかった。ＰＢＳ単体のフィルムの帯電防止力は体積電気抵抗（２０℃、４０％ＲＨ）で１．８ｘ１０１０Ωであるが、クルクミンの添加によって変化しなかった。
【００１０】
【表１】
【表２】
【表３】
（実施例２）
ポリブチレンサクシネート樹脂（実施例１と同じ）３．０ｇとソフォロリピッド９０ｍｇとを５０ｍＬ容のビーカーに入れ、実施例１と同様に処理して１３０℃でフィルムに成形すると全体に均質な白色から半透明なフィルムが得られた。ソフォロリピッドの添加により、表１〜表４に見られるように、ＰＢＳ樹脂と比べて破断伸びが増加し（表１）、可撓性が大きくなると共に、土中における生分解速度を著しく促進させて、３０日後の重量減少率は２５．６％に達し（表２）、目視観察によれば、全体に虫食い状にフィルムが浸食され、四辺は凸凹になった。さらに、ソフォロリピッド配合フィルムの大腸菌に対する抗菌力が著しく増強され、１６時間培養後の大腸菌の生菌数はゼロであった（表４）。
【００１４】
【表４】
（実施例３）
ポリブチレンサクシネート樹脂（実施例１と同じ）３．０ｇに対して、ソフォロリピッド０．９ｇと親水性の強いクチナシ黄色色素（理研ビタミン（株）製）０．３ｇとを５０ｍＬ容のビーカーに入れ、実施例１と同様に処理して、１３０℃でフィルムに成形すると全体に均質な半透明のフィルムが得られた。
【００１６】
（実施例５）
ポリブチレンサクシネート樹脂３．０ｇおよびクルクミン９０ｍｇとソフォロリピッド９０ｍｇを５０ｍＬ容のビーカーにｉｒｅ、実施例１と同様に処理すると内部まで均質に橙黄色に着色した。得られた複合フィルムはクルクミンの着色性能とソフォロリピッドの抗菌性と可撓性とを併せもつフィルムが得られた。フィルムの生分解促進効果は３０日後で１１％であった。
【００１７】
【本発明の効果】
本発明の機能性添加剤として天然色素クルクミンまたは、ターメリック、クチナシ黄色色素などの機能性バイオケミカルズ、および炭化水素資源化性微生物などの生産するバイオサーファクタント、ソフォロリピッド、ラムノリピッド、サーファクチン等のバイオサーファクタントから選ばれた一種または、これらの混合物を配合した生分解性ポリブチレンサクシネートは、美しい色彩を有し、機械的強度についても実用に絶えるものであり、着色、抗菌性、抗酸化性などの機能を有し、生体や環境に安全な機能性生分解ポリブチレンサクシネート組成物が得られた。
Claims (5)
- ポリブチレンサクシネート樹脂を主成分とし、これに天然色素クルクミン、ターメリック、クチナシ黄色色素からなる群れより選ばれる色素の一種または２種以上、および炭化水素資源化性微生物を生産するソフォロリピッド、ラムノリピッド、サーファクチンからなる群れのバイオサーファクタントから選ばれた一種または２種以上を配合することを特徴とする機能性ポリブチレンサクシネート組成物。
- 請求項１に記載した機能性ポリブチレンサクシネート組成物を押出成形、射出成形、ブロー成形、圧縮成形のいずれかひとつにより、成形した機能性ポリブチレンサクシネート成形物。
- 成形物が食品包装用シート又はフィルムである請求項２に記載した機能性ポリブチレンサクシネート成形物。
- 成形物が電子部品包装用シート又はフィルムである請求項２に記載した機能性ポリブチレンサクシネート成形物。
- 成形物が農業用フィルムである請求項２に記載した機能性ポリブチレンサクシネート成形物。
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|---|---|---|---|
| JP2002058191A JP3627017B2 (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 機能性ポリブチレンサクシネート樹脂組成物 |
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| JP2002058191A JP3627017B2 (ja) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | 機能性ポリブチレンサクシネート樹脂組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=28668216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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2002
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