JP5011274B2 - 生分解性の脂肪−芳香族ポリエステル類 - Google Patents
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Description
それらは、特にアジピン酸の存在下に、LDPEおよびHDPEよりはるかに大きなエネルギー・コンテントを有している。
他方、植物由来のモノマーの使用は、大気中へのCO2の排出の減少および再生できない資源から誘導されるモノマーの使用の低減に貢献するだろう。
そのようなポリエステル類の内部粘度は約0.4〜約0.6であり、該ポリエステル類は粘着剤として有用である反面、その他の多くの適用には向いていない。
A)次の繰り返し単位:
1)多官能性の芳香族の酸50〜60モル%、
2)少なくとも90%がアゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸またはそれらの混合物から選択される天然由来の長鎖ジカルボン酸である脂肪族の酸40〜50モル%、
を含む酸成分;
B)少なくとも一つのジオール成分
を含む、生分解性の脂肪−芳香族コポリエステル(AAPE)に関する。
(CLCDA ・ yLCDA)/2 + CB ・ yB > 7.5
- CLCDA は、LCDAの炭素原子数であり、9、10または13であり得る;
- yLCDA は、LCDAの総モル数に対する各LCDAのモルフラクションである;
- CB は、各ジオール成分の炭素原子数である;
- yB は、ジオール成分(B)の総モル数に対する各ジオールのモルフラクションである。
- Standard ISO 14855 Amendment 1により、純粋なセルロースに関して、90日後に70%より高い生分解性;
- 1.2 g/cc 以下の密度;
- 40,000〜140,000の数平均分子量Mn;
- 0.8〜1.5の内部粘度
を有する。
本発明によるAAPEは、速やかに結晶化し得る。
好ましくは、本発明の生分解性ポリエステルは、上記の長鎖脂肪族ジカルボン酸(LCDA)および上記のジオール成分(B)が次の式による炭素原子数を有することを特徴とする。
本発明による生分解性ポリエステルにおける芳香族ジカルボン酸の含量は、ジカルボン酸の総モル含量に対して50モル%〜60モル%の間である。
特に好ましいのは、C2 - C10 タイプのジオール類である。特に、より好ましいのはC2 - C4ジオール類である。ブタンジオールが最も好ましい。
該ポリエステル類は、Mohr-Westphal重量計で測定して、1.20g/cm3以下の密度を有する。
生分解性のポリエステル類の分子量の増加は、過酸化物で処理した後のポリエステルについて粘度の値の増加を観察することにより、容易に分かる。
- 一方向性または二方向性いずれかのフィルム、および他のポリマー材料との多層フィルム;
- マルチングフィルムのような農業分野で使用するためのフィルム;
- 食品用、農業分野での梱包用、および残り物の包装用のクリングフィルム
- 食品の残り物の収集、刈り取られた草や庭のゴミを集めるためのような、有機物を集めるための袋およびライナー;
- 例えばミルク、ヨーグルト、肉、飲料などのための容器のような、食品のための熱成形された単層もしくは多層のパッケージ;
- 紙、プラスチック材料、アルミニウム、蒸着フィルムの層との多層ラミネート;
- 焼結により形成されるピースを製造するための発泡したもしくは発泡し得るビーズ;
- 発泡シート、熱成形された発泡シート、それらから得られる食品包装用の容器;
- 果物および野菜のための一般的な容器;
- 繊維、マイクロ繊維、PLA、PET、PTTなどのような硬質ポリマーからなるコアとの複合繊維、および本発明による材料で作られた外部シェル、複合繊維、(円形から多裂形の)種々の分野での繊維、フレーク状の繊維、衛生分野、衛生学分野、農業分野、土地改良、造園および衣服分野用の織物および不織布あるいは紡いで結合したもしくは熱で結合した織物。
本発明の他の目的によれば、本発明によるポリエステル類は、例えば澱粉、セルロース、キトサン、アルギネート、天然ゴムもしくは(例えばジュート、ケナフ、麻のような)天然繊維のような天然由来のポリマーとブレンドで用いることもできる。
ポリエステルと澱粉との混合物が特に好ましい。
水は、高沸点の可塑化剤と組み合わせて、または単独で、組成物を混合する前もしくは混合する間に、澱粉相の可塑化の間に、可塑化剤として用いることができ、押出の間に1以上の工程でガス抜きすることにより、必要とされるレベルまで除去することができる。
水および高沸点の可塑化剤は、澱粉相の粘度を変え、分散粒子の大きさを測定するのを助け、澱粉/ポリマーシステムの流動学的性質に影響を与える。相溶化剤も上記の混合物に加えることができる。
8より大きい親水性/親油性バランスの指数(HLB)を有し、ポリオールおよび4.5より低い解離定数pKを有するモノもしくはポリカルボン酸(ポリカルボン酸の場合は最初のカルボキシ基のpKに関する値)から得られるエステルのような添加剤、
ポリオールおよび炭素数が12より少なくて4.5(この値はポリカルボン酸の場合は最初のカルボキシ基のpKに関する)より大きいpK値を有するモノもしくはポリカルボン酸から得られ、5.5〜8の間のHLB値を有するエステル、
・ポリオールおよび12〜22の炭素原子を有する脂肪酸から得られ、5.5より低いHLB値を有するエステル。
上記の澱粉ブレンドは、2つの成分(一つは澱粉と相溶であるかまたは溶解することができ、もう一つはポリエステルと相溶であるかまたは溶解することができる)を有するポリマーの相溶化剤を含むこともできる
ジ-およびポリ-エポキシド、ジ-およびポリ-イソシアネート、イソシアヌレート、ポリカルボジイミド、および過酸化物のような添加剤を加えることもできる。それらは安定化剤および連鎖延長剤として作用し得る。
上記の方法はいずれも必要とされる微細構造を作るのに助けとなり得る。
澱粉/ポリエステルの比は、5/95重量%〜60/40重量%、より好ましくは10/90〜45/55重量%の範囲に含まれる。
液滴の形態にある澱粉の分散液から、2つの共に連続する相が共存し、そのブレンドが加工の際により高い水分含量を許容することで特徴づけられる分散液に移行することも可能である。
ジオールとして特に好ましいのは、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオールであり、ジ酸として特に好ましいのはアゼライン酸、セバシン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、ブラシル酸およびそれらの組合せである。
本発明によるポリエステル類の製造法は、当該技術分野で公知の方法に従って行なうことができる。特に、ポリエステルは重縮合反応で有利に得ることができる。
以下に示される実施例では、次の試験方法が採用された。
- MFRは、150℃および5kg、または190℃および2.16kgで、ASTM D 1238-89 standardにより描かれた条件で測定された。
−30℃から200℃まで20℃/分の第1スキャン
200℃から−30℃まで10℃/分の第2スキャン
−30℃から200℃まで20℃/分の第3スキャン
Mohr Westphal 法による密度の測定は、Sartorius Kit YDK 01を備えた化学天秤Sartorius AC 120S を用いて行なわれた。上記のキットは2つの小さなかごを備えている。キットが取り付けられると、エタノールがクリスタライザーに導入された。バランスは室温に維持された。
各試験は約2g(一つ以上のペレット)のポリマーで行なわれた。
密度dは、次の式に従って決定された。
D=(Wa/G)dfl
Wa:大気中でのサンプルの重量
Wfl:アルコール中でのサンプルの重量
G=Wa−Wfl
dfl=室温でのエタノールの密度(キットとともにSartorius 社から提供された表で読まれた値)
密度の値の実験誤差は、±2.5×10-3の範囲内であった。
- Mnは、溶出剤としてクロロホルムを用い、検量線のためにポリスチレン・スタンダード を用い、Agilent 1100 シリーズGPCシステムで測定された。
撹拌器、窒素気流の入口、コンデンサーおよび真空ポンプへの連結を備えた25lのスチール製の反応器に、
- 2890gのテレフタル酸(17.4モル)、
- 30000gのセバシン酸(14.8モル)、
- 3500gのブタンジオール(38.9モル)、
- 6.1gのブチルスズ酸
を充填した。
およそ3時間後、溶融物質を反応器から注ぎ、水浴中で冷却し、顆粒化した。後の操作の間に、生成物がいかに速く固化し始めて、容易に顆粒化し得るかを認めることができた。得られた物質は、内部粘度(クロロホルム中、25℃で測定、c=0.2g/dl)ηin=0.93(dl/g)、MFR(190℃;2.16kg)=20g/10分、Mn=52103、そして密度1.18g/cm3を有する。
H-NMR分析から芳香族単位のパーセンテージは53.5±0.5%であることが分かった。
実施例1の反応器に実施例1と同じ成分:
- 2890gのテレフタル酸(17.4モル)、
- 3000gのセバシン酸(14.8モル)、
- 3500gのブタンジオール(38.9モル)、
- 6.1gのブチルスズ酸
を充填した。
内部粘度(クロロホルム中、25℃で測定、c=0.2g/dl)ηin=1.03(dl/g)、MFR(190℃;2.16kg)=14.8g/10分、Mn=58097、そして密度1.18g/cm3を有する生成物を得るのに必要な時間、反応を行なった。
実施例1の反応器に、
- 2480gのテレフタル酸(14.9モル)、
- 3400gのセバシン酸(16.8モル)、
- 3430gのブタンジオール(38.1モル)、
- 6.1gのブチルスズ酸
を充填した。
およそ3時間後、内部粘度(クロロホルム中、25℃で測定、c=0.2g/dl)、ηin=1.00(dl/g)およびMFR(190℃;2.16kg)=13g/10分を有する生成物を得た。
H-NMR分析から芳香族単位のパーセンテージは47.0±0.5%であることが分かった。
実施例1の反応器に、
- 2770gのジメチルテレフタレート(14.3モル)、
- 3030gのジメチルアジペート(17.4モル)、
- 3710gのブタンジオール(41.2モル)、
- 0.7gのテトライソプロピルオルトチタネート(n−ブタノール中に溶解)
を充填した。
反応器の温度を200〜210℃まで上げた。理論量で少なくとも95%のメタノールを蒸発させた後、圧力を2mmHgより低い値まで徐々に下げ、温度を250〜260℃に上げた。
およそ4時間後、内部粘度(クロロホルム中、25℃で測定、c=0.2g/dl)ηin=0.92(dl/g)およびMFR(190℃;2.16kg)=20g/10分を有する生成物を得た。
H-NMR分析から芳香族単位のパーセンテージは47.0±0.5%であることが分かった。
- 3623.9gのジメチルテレフタレート(18.68モル)、
- 3582.5gのブタンジオール(39.81モル)、
- 2244.7gのアゼライン酸(11.94モル)
を用いて、実施例1の方法を繰り返した。
酸成分の総モルに対する芳香族成分のモル%は61モル%であった。
内部粘度(クロロホルム中、25℃で測定、c=0.2g/dl)ηin=0.95(dl/g)、密度1.21g/ccおよびMFR(190℃;2.16kg)=5.5g/10分を有する生成物を得た。
- 3476.48gのジメチルテレフタレート(17.92モル)、
- 3493.80gのブタンジオール(38.82モル)
- 2411gのセバシン酸(11.94モル)
を用いて、実施例1の方法を繰り返した。
酸成分の総モルに対する芳香族成分のモル%は、60モル%であった。
Mn=56613、Mw/Mn=2.0364、内部粘度(クロロホルム中、25℃で測定、c=0.2g/dl)ηin=0.97(dl/g)、密度1.20g/ccおよびMFR(190℃;2.16kg)=7.8g/10分を有する生成物を得た。
- 3187.4gのジメチルテレフタレート(16.43モル)、
- 3559.1gのブタンジオール(39.55モル)
- 2630.1gのアゼライン酸(14.00モル)
を用いて、実施例1の方法を繰り返した。
酸成分の総モルに対する芳香族成分のモル%は54モル%であった。
内部粘度(クロロホルム中、25℃で測定、c=0.2g/dl)ηin=1.04(dl/g)、密度1.2g/ccおよびMFR(190℃;2.16kg)=7.12g/10分を有する生成物を得た。
- 2865.4gのジメチルテレフタレート(14.77モル)、
- 3201.1gのブタンジオール(35.57モル)
- 3072gのブラシル酸(12.6モル)
を用いて、実施例1の方法を繰り返した。
酸成分の総モルに対する芳香族成分のモル%は54モル%であった。
内部粘度(クロロホルム中、25℃で測定、c=0.2g/dl)ηin=0.90(dl/g)、密度1.16g/ccを有する生成物を得た。
フィルム化して1週間後、そして23℃、相対湿度55%でコンディショニングした後に、ASTM D882-88 standards に従って、引張特性を測定した。
実施例で得られた物質の熱的性質を表1に示し、かかる物質から得られたフィルムの機械的性質を表2に示す。
表3の物質について、Standard ISO 14855 Amendment 1 に従って、制御されたコンポスティングにおいて、生分解性を試験した。
試験は、30ミクロンのフィルムが液体窒素中で2mmより小さいサイズに破砕されるまで、またはペレットが250μmより小さい直径を有する粒子に粉砕されるまで行なわれた。
ポジティブなコントロールとして、カラムクロマトグラフィ用の微結晶性のセルロースAvicel(登録商標)lot No. K29865731 202 を用いた。粉末粒子径:80%が20μm〜160μm;20%が20μmより小さい。
実施例6のポリマー28重量部を、Mnが180000、190℃;2.16kgでのMFRが3.5g/10分、ラクチドの残渣0.2%未満およびD含量が約6%のポリL-ラクチドポリマー58重量部、およびタルク14重量部とブレンドした。用いられた押出機は2軸スクリュー押出機Haake Rheocord 90 Rheomex TW-100であった。熱的プロフィルは120〜190℃の範囲であった。
破断応力 (MPa) 42
破断点伸び (%) 271
ヤング率 (MPa) 2103
破断エネルギー (Kj/m2) 1642
プロセッシングサイクルはポリプロピレンと比較でき、14秒であり、モールディングシステムは完全自動である。
芳香−脂肪族ポリエステルについて、この実施例に記載されたものとは異なるブレンド、具体的には実施例6のポリマーを、190℃でのMFR 3.4、2.16kg、テレフタル酸47モル%および密度1.23g/cm3のポリブチレンアジペートテレフタレートと置き換えて、成形部分は自動的に破壊され得なかった。
実施例5のポリマー70重量%と実施例8に記載されたのと同じPLA30重量%とを混合してブレンドを製造した。このブレンドは、2軸スクリュー押出機中、実施例8と同じ熱的プロフィルで製造された。ペレットを乾燥し、前記の実施例で報告したようにインフレートした。
- 破断点応力 (MPa) 25
- 破断点伸び (%)400
- ヤング率 (MPa) 590
- 破断エネルギー (Kj/m2) 3600
フィルムは良好な透明性を有していた。引裂強さは、インフレートの2つの方向で異なっており、顕著な配向を示す。
Claims (23)
- A)繰り返し単位:
1)芳香族の多官能性の酸を50〜60モル%;
2)少なくとも90%が、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸またはそれらの混合物から選択される天然由来の長鎖ジカルボン酸(LCDA)である、脂肪族の酸を40〜50モル%
含む酸成分;
B)少なくとも一つのジオール成分;
を含み、
上記の脂肪族長鎖ジカルボン酸(LCDA)および上記のジオール成分(B)は次の式による炭素原子数:
(CLCDA ・ yLCDA)/2 + CB ・ yB > 7.5
(ここで、
- CLCDA は、LCDAの炭素原子数であり、9,10または13であり得る;
- yLCDA は、LCDAの総モル数に対する各LCDAのモルフラクションである;
- CB は、各ジオール成分の炭素原子数である;
- yB は、ジオール成分(B)の総モル数に対する各ジオールのモルフラクションである)
を有し、
- Standard ISO 14855 Amendment 1により純粋なセルロースに関して、90日後に70%より高い生分解性;
- 1.2 g/cc 以下の密度;
- 40,000〜140,000の数平均分子量Mn;
- 0.8〜1.5の内部粘度
を有する、生分解性の脂肪/芳香族コポリエステル(AAPE)。 - 芳香族ジカルボン酸がフタル酸類からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の生分解性のポリエステル。
- 芳香族ジカルボン酸がテレフタル酸であることを特徴とする、請求項2に記載の生分解性のポリエステル。
- 多分散性インデックスMw/Mnが1.7〜2.6の間であることを特徴とする、請求項1に記載の生分解性のポリエステル。
- 多分散性インデックスMw/Mnが1.8〜2.5の間であることを特徴とする、請求項4に記載の生分解性のポリエステル。
- ジオールが、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、ジアンヒドロソルビトール、ジアンヒドロマンニトール、ジアンヒドロイジトール、シクロヘキサンジオールおよびシクロヘキサンメタンジオールからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の生分解性のポリエステル。
- ジオールが2〜10の炭素原子を有することを特徴とする、請求項6に記載の生分解性のポリエステル。
- ジオールが2〜4の炭素原子を有することを特徴とする、請求項7に記載の生分解性のポリエステル。
- 脂肪族長鎖ジカルボン酸(LCDA)およびジオール成分(B)が、次の式:
(CLCDA ・ yLCDA /2) + CB ・ yB > 8
による炭素原子数を有することを特徴とする、請求項1に記載の生分解性のポリエステル。 - 90日後の生分解性が80%より高いことを特徴とする、請求項1に記載の生分解性のポリエステル。
- 結晶化温度Tcが25℃より高いことを特徴とする、請求項1に記載の生分解性のポリエステル。
- 結晶化温度Tcが30℃より高いことを特徴とする、請求項11に記載の生分解性のポリエステル。
- 結晶化温度Tcが40℃より高いことを特徴とする、請求項12に記載の生分解性のポリエステル。
- 脂肪族の酸が、少なくとも一つのヒドロキシ酸を脂肪族酸の総モル含量に対して10モル%までの量で含むことを特徴とする、請求項1に記載の生分解性のポリエステル。
- 同じタイプのポリエステル類および天然由来もしくは合成由来の他の生分解性ポリマーとのブレンドの成分であることを特徴とする、請求項1〜14のいずれかに記載の生分解性のポリエステル。
- 反応性押出により得られる、請求項15に記載の生分解性のポリエステル。
- 合成由来のポリマーが、ポリ乳酸、ポリ-ε-カプロラクトン、ポリヒドロキシブチレート-バレレート、ポリヒドロキシブチレート-プロパノエート、ポリヒドロキシブチレート-ヘキサノエート、ポリヒドロキシブチレート-デカノエート、ポリヒドロキシブチレート-ドデカノエート、ポリヒドロキシブチレート-ヘキサデカノエート、ポリヒドロキシブチレート-オクタデカノエートのようなポリヒドロキシブチレート類、およびポリアルキレンサクシネート類からなる群から選択されることを特徴とする、請求項15に記載の生分解性ポリエステル類のブレンド。
- 天然由来のポリマーが、澱粉、セルロース、キトサン、アルギネートまたは天然ゴムから選択されることを特徴とする、請求項15に記載の生分解性ポリエステル類のブレンド。
- 澱粉またはセルロースが変性されていることを特徴とする、請求項18に記載の生分解性ポリエステル類のブレンド。
- 変性された澱粉またはセルロースが0.2〜2.5の間の置換度を有する澱粉もしくはセルロースエステル、ヒドロキシプロピル化された澱粉、および脂肪鎖で変性された澱粉であることを特徴とする、請求項19に記載の生分解性ポリエステル類のブレンド。
- 澱粉が分解もしくはゲル化された形態または充填剤の形態で存在することを特徴とする、請求項18に記載の生分解性ポリエステル類のブレンド。
- 合成由来のポリマーがポリ乳酸であり、天然由来のポリマーが澱粉である、請求項15に記載の生分解性ポリエステル類のブレンド。
- - 一方向性または二方向性フィルムいずれかのフィルム 、および他のポリマー材料との多層フィルム;
- マルチングフィルムとして農業分野で使用されるためのフィルム;
- 有機物を集めるための袋および包み;
- 例えば牛乳、ヨーグルト、肉、飲料のための容器のような、食品用の単層および多層のパッケージ;
- 押出コーティング技術により得られるコーティング;
- 紙、プラスチック材料、アルミニウム、蒸着フィルムの層との多層ラミネート;
- 焼結により形成されるピースを製造するための発泡したもしくは発泡し得るビーズ;
- 予備発泡した粒子で得られる発泡ブロックを含む、発泡もしくは半発泡製品;
- 発泡シート、熱成形されたシート、それらから得られる食品包装用の容器 ;
- 果物および野菜のための一般的な容器;
- ゲル化、分解および/または複合化澱粉、天然の澱粉、小麦粉、天然、植物もしくは無機物由来のその他の充填材との複合材料;
- 健康分野、衛生製品および衛生学分野のための繊維、織物および不織布
を製造するための、請求項1〜22のいずれかに記載のポリエステル類の使用。
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