JP5200937B2 - 樹脂組成物、粉砕物および樹脂組成物の廃棄方法 - Google Patents

Description

本発明は廃棄物の環境に与える負荷を低減することのできる樹脂組成物および、その廃棄方法に関する。

近年、多種多様の合成樹脂材料が開発、提供されており、各種産業分野における使用量は年々増加している。しかし、これらの合成樹脂はほとんどが石油を原料としているため、（１）枯渇資源が不足する、（２）生分解しないため廃棄時は焼却処理等が必要、（３）ライフサイクルを見た場合環境負荷が高い（炭酸ガス排出量が大きい）等、地球環境に与える負荷が大きい。

このため、地球環境に与える負荷を下げる目的で従来の合成樹脂に代わり、種々の生分解性プラスチックが注目されている。

これらの生分解性プラスチックは、廃棄時に土に埋めると微生物の働きにより分解する。しかしながら、微生物を利用して分解する場合、その分解処理にかなりの時間を要する。これは、地中の微生物が樹脂成形品の表面から分解するので、表面の分解が始まるのにかなりの時間を要するためである。さらに、土壌中に放置してもあるいは埋めても、高温高湿度下でかつ微生物が多く存在するという条件が揃わないと分解は促進しなかった。

これを解決するための手段として、たとえば特許文献１では熱可塑性樹脂に糖類、光触媒を加えた組成物とし、紫外線照射により、分解を促進する方法を提案している。しかし、この方法では、廃棄前に光触媒の働きで成形品の表面にチョーキングを引起こし、また、成形品の物性を低下させる可能性がある等、成形品の品質劣化が起こりやすいため、実用的ではなかった。
特開平９−３０９９５９号公報（特許請求の範囲）

本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、使用中には、チョーキング、物性低下（たとえば強度低下等）等の品質劣化を抑制でき、使用済み後廃棄した際には、土壌中等で急速に分解可能な樹脂組成物および、その樹脂組成物の廃棄方法を提供することを目的としている。本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。

本発明の一態様によれば、生分解性プラスチックと無機系化合物でコーティングされた光触媒とを含む樹脂組成物であって、当該生分解性プラスチックの１００重量部に対し当該光触媒が０．１〜２０重量部含まれる樹脂組成物が提供される。本発明態様により、粉砕処理前には品質劣化が抑制され、粉砕処理後には急速に分解できる樹脂組成物が得られる。

前記生分解性プラスチックがポリ乳酸であること、前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタンヒドロキシアパタイト、これらの改質物、これらの複合体およびこれらの混合物からなる群から選ばれたものであること、前記光触媒がチタンヒドロキシアパタイトであること、および、樹脂組成物に界面活性剤が０．１〜１０重量％含まれていること、が好ましい。

本発明の他の一態様によれば、上記樹脂組成物を粉砕処理してなる粉砕物が提供される。本発明態様により、粉砕処理前には品質劣化が抑制された樹脂組成物を急速に分解できるように変えることができる。粉砕処理前の樹脂組成物が成形品であること、前記粉砕処理後に、紫外線照射処理、撹拌処理または水噴霧処理のいずれかを含むこと、が好ましい。

本発明の更に他の一態様によれば、上記樹脂組成物を粉砕処理することを含む、樹脂組成物の廃棄方法が提供される。本発明態様により、粉砕処理前には品質劣化が抑制された樹脂組成物を急速に分解することができる。

粉砕処理前の樹脂組成物が成形品であることおよび、前記粉砕後に、紫外線照射処理、撹拌処理および水噴霧処理からなる群から選ばれた少なくともいずれか一つの処理を含むこと、が好ましい。

本発明により、粉砕処理前には品質劣化が抑制され、粉砕処理後には急速に分解できる樹脂組成物およびそのような樹脂組成物の廃棄方法が提供される。

本発明に係る光触媒の作用を説明するための模式図である。 本発明に係る樹脂組成物の製造の例を示す模式図である。 本発明に係る樹脂組成物の分解の様子を示す模式図である。

符号の説明

１ 樹脂組成物
２ 無機系化合物
３ 光触媒
４ 粉砕物
３１ 成形品
３２ 粉砕物

以下に、本発明の実施の形態を図、表、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、表、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。

本発明に係る樹脂組成物は、生分解性プラスチックと無機系化合物でコーティングされた光触媒とを含む樹脂組成物であって、この生分解性プラスチックの１００重量部に対しこの光触媒が０．１〜２０重量部含まれている。

本発明に係る樹脂組成物は、光触媒が無機系化合物でコーティングされているため、光触媒の作用によるチョーキングや物性低下（強度低下等）の品質劣化を抑制することができる。しかも、これを粉砕処理すれば、この無機系化合物を光触媒の表面から除去することにより、光触媒の作用を顕在化させ、樹脂組成物の分解を急速に起こさせることができる。そして、これに伴い、生分解性プラスチックの分解を急速に起こさせることができる。

本発明に係る生分解性プラスチックについては特に制限はなく、公知のものから適宜選択することができる。具体的には、生分解性を有する、多糖類、ペプチド、脂肪族ポリエステル、ポリアミノ酸、ポリビニルアルコール、ポリアミド、およびポリアルキレングリコール等、ならびに、これらの少なくともいずれか一つを含む共重合体等が挙げられる。特に、脂肪族ポリエステルは混合性や量産性に優れているため、実用的に好適な材料である。

脂肪族ポリエステルとしては、ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ）、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸とのランダム共重合体等のポリ乳酸、またはそれらの誘導体がより好適である。一般的なポリ乳酸は、融点が１６０〜１７０℃程度、ガラス転移温度が５８℃程度の生分解性に優れた結晶性ポリマーである。

これらの他、たとえば、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリヒドロキシ吉草酸、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリリンゴ酸、ポリグリコール酸、ポリコハク酸エステル、ポリシュウ酸エステル、微生物合成ポリエステル等も挙げることができる。

光触媒とは、それ自身は変化しないが、光を受けることで反応を促進する物質と定義することができる。言い換えれば、光によって励起される物質であって、この励起された物質が、隣接する他の物質の化学変化に対し触媒作用を有する物質である。この触媒作用を利用して、光触媒は、大気浄化（空気中のＮＯｘやＳＯｘ、ホルムアルデヒドなどの有害物質の除去）、脱臭（アセトアルデヒド、アンモニア、硫化水素などの悪臭の吸着、分解）、浄水（水中に融解した汚染物質であるテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンなどの揮発性有機塩素化合物の分解、除去）、抗菌（抗菌作用、殺菌作用によりクリーンな環境を実現）等、様々な目的のために検討および実用化が図られている。

本発明に係る光触媒は、このような意味での光触媒と考えることができる。ただし、本発明においては、その触媒作用は、生分解性プラスチックの分解の促進に利用される。そのメカニズムは明確ではないが、恐らく酸化分解を経由するのではないかと考えられる。

本発明に係る光触媒の種類については特に制限はなく、公知の光触媒から適宜選択することができる。具体的には、酸化チタン（特にアナターゼ型酸化チタン）、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタンヒドロキシアパタイト（カルシウムヒドロキシアパタイトの結晶を構成するカルシウムの一部をチタンで置換したもの）、これらの物質の改質物、複合体および混合物を例示することができる。前記光触媒が、チタンヒドロキシアパタイトであることが好ましい。

ここで、「改質物」とはこれらの物質の元素の一部を他の元素で置き換えた物質を意味し、複合体とは、これらの物質がたとえば複塩のように、単なる混合物ではなく何らかの相互作用を持って共存しているものを意味する。前者の例としては、（アナターゼ型）酸化チタン微粒子にナノスケールの金属超微粒子を担持させたものやチタンヒドロキシアパタイトのカルシウムが他の陽イオンでさらに置換されたものを、後者の例としては、酸化チタンの表面を不活性なシリカで被覆したマスクメロン型光触媒などを挙げることができる。

これらの光触媒の形状はどのようなものでもよいが、樹脂組成物中に混ぜ込むため、一般的には粉体状であることが好ましい。

本発明に係る生分解性プラスチックと光触媒の組み合わせは、任意に選択してよいが、具体的にいくつかの候補を選び、混練し、得られた混練物やこの混練物の粉砕物の劣化試験（たとえばチョーキングや機械的強度劣化の促進試験）等の結果の比較等を通じて容易に選択することができる。

本発明に係る樹脂組成物中の、生分解性プラスチックと無機系化合物でコーティングされた光触媒との割合としては、生分解性プラスチックの１００重量部に対し光触媒が０．１〜２０重量部含まれることが好ましい。この場合の「光触媒」はコーティングとしての無機系化合物を含まない量である。光触媒が０．１重量部未満では廃棄処理後の分解効果が小さく、２０重量部を超えると樹脂組成物の成形が困難になる等実用上の欠点が顕在化しやすくなる。

本発明に係る光触媒の表面をコーティングするのは無機系化合物である。有機物ではその有機物自体が光触媒の作用で劣化してしまい、その結果、粉砕処理前においても、樹脂組成物の分解が促進されてしまうおそれがある。

この無機系化合物としては、光触媒の触媒作用を抑制し、粉砕処理によって光触媒から剥がれるものであればどのようなものから選択してもよい。粉砕処理によって、コーティング剤が光触媒の表面から剥がれるかどうかは実験によって容易に見いだすことができる。

この無機系化合物は、公知の無機系コーティング剤から適宜選択することが可能である。無機系コーティング剤（溶液）の代表例として、ソルガード（日本ダクロシャムロック）、クヲーツダイン（ＫＡＤＯＷＡＫＩ）、ヒートレスガラス（ミヤキ）等のシリコーン系ハードコート材料を例示することができる。その他、シリコーン系以外に酸化アルミニウム系、酸化ジルコニウム系、酸化マグネシウム系などのコーティング剤が挙げられるが、光触媒の触媒作用を抑制し、粉砕処理によって容易に光触媒をコーティングする無機系化合物が剥がれる点で、シリコーン系ハードコート材料が好ましい。

これらの無機系化合物のコーティング方法やコーティング厚さ（または無機系化合物と光触媒との重量比）についても特に制限はなく、実情に応じて適宜選択すればよい。市販品を使用してもよい。無機系化合物と光触媒との重量比は、一般的には、１：１０〜１００：１０程度が好ましい。

本発明に係る樹脂組成物には、生分解性プラスチックと無機系化合物でコーティングされた光触媒とが必ず含まれるが、実用上の目的の許す範囲内でこれ以外の物質が含まれていてもよい。たとえば生分解性プラスチック以外のプラスチック、無機系化合物でコーティングされた光触媒以外の添加物（着色物質、機械的強度等を改善するためのフィラー等）を共存させてもよい。

このような添加物としては、樹脂組成物中の光触媒の分散性を向上させるために界面活性剤を添加させることが好ましい。樹脂組成物中の光触媒の分散性が低いと、光触媒の効率が低下し、成形性が不良になり、成形品の機械的性質（たとえば強度）が低下する等の不都合が生じやすい。

界面活性剤は、使用する光触媒やその無機系化合物（コーティング剤）の種類に応じて公知のものから適宜選択することができる。界面活性剤としてはアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤のいずれかを好ましく使用できる。使用量についても特に制限はないが、一般的には、樹脂組成物の全量に対し、界面活性剤が０．１〜１０重量％含まれることが好ましい。０．１重量％未満では分散効果が得難くなり、１０重量％を超えると成形品の強度低下等が発生し易くなる。

上記の各種物質を混ぜ合わせ本発明に係る樹脂組成物を得る方法については特に制限はなく、公知の方法から適宜選択することができる。一軸または二軸の混練装置（エクストルーダー等）が好ましい。上記の各種物質はドライブレンドしても、混練中にブレンドしても、これらを組み合わせてもよい。なお、ブレンドは光触媒上の無機系化合物によるコーティングをできるだけ破壊しないようなものであることが好ましいことはいうまでもないが、通常のドライブレンド装置や混練装置では、コーティングの破壊を心配する必要性は少ない。

本発明に係る樹脂組成物の形状には特に制限はなく、混練装置を使用して作製する場合にはペレット状であることが多いが、粉末状であってもよい。なお、一般的にいえば、生分解性プラスチックと無機系化合物でコーティングされた光触媒とを含む樹脂組成物であって、当該生分解性プラスチックの１００重量部に対し当該光触媒が０．１〜２０重量部含まれる樹脂組成物の要件を満たし、かつ、本発明に係る粉砕処理を行う前の樹脂組成物は、どのような形状のものであっても本発明に係る樹脂組成物と考えられる。したがって、これらのペレットや粉末を使用して成形したもの（たとえば射出成形した成形品）も本発明に係る樹脂組成物に含まれる。なお、本発明に係る成形品には、三次元形状の成形品の他シート状のものもストランド状または糸状のものも含まれる。具体的にはどのような用途のものであってもよい。コンピュータ等の電子機器筐体や家電製品、家具、玩具、食器などを例示することができる。

本発明に係る樹脂組成物は、粉砕処理することにより、樹脂組成物を急速に分解させることができる。これは、粉砕処理により樹脂組成物に与えられるエネルギーにより、光触媒をコーティングする無機系化合物が剥がれ、光触媒の作用が顕在化するためであろうと考えられる。光触媒自体がむき出しになり、光に直接照射されやすくなる点も有利に働いているかもしれない。

この様子を例示的に示すと図１のようになる。図１の（１）は本発明に係る樹脂組成物１中に無機系化合物２でコーティングされた光触媒３が分散された状態を示す。（２）はこの樹脂組成物１を粉砕処理した後の粉砕物４の様子を表している。この図では、光触媒３から無機系化合物が剥がれ落ち、光触媒３が外部に対しむき出しになっている。このような状態でたとえば太陽光をあてると、（３）に示すように、光触媒３の周りの樹脂組成物が急速に劣化分解し、これによって、樹脂組成物全体の分解を促進することができる。

本発明に係る粉砕処理に供する樹脂組成物の形状はどのようなものでもよい。すでに何らかの用途に使用された成形品を好ましく使用することができる。すなわち、成形品の廃棄の際に粉砕処理を行うことが好ましい。これにより、その成形品の使用中は品質劣化を抑制でき、廃棄後に生分解性プラスチックの速やかな分解を実現することができる。

本発明に係る粉砕処理の方法および粉砕に用いる装置については特に制限はなく、公知のものから適宜選択することができる。たとえば、クラッシャー、（圧縮粉砕）、カッター（切断粉砕）、ミル（磨り潰し）と呼ばれるものを使用することを例示することができる。粉砕物のサイズや形状についても特に制限はないが、一般的にはサイズが小さい方が有利である。一般的には、球換算直径が１ｃｍ以下のものが好ましく、５ｍｍ以下のものが更に好ましい。

本発明に係る粉砕物はその後急速に分解する。この後、粉砕物は地上においても地中に埋めてもよく、その際生分解のための微生物を添加したり、生分解を促進するための水分を噴霧等により補給したりしてもよいが、そのような処理の前にあるいはその代わりに、紫外線照射処理、撹拌処理および水噴霧処理からなる群から選ばれたいずれかの処理を含ませることが、本発明に係る樹脂組成物の急速な分解を実現する意味で好ましい。これらは組み合わせてもよい。加熱処理を組み合わせてもよい。更に、生分解のための微生物を共存させてもよい。

このようにすると、無機系化合物が剥がれ、光触媒の作用が顕在化した光触媒の効果を一層有効に利用することができる。なお、紫外線照射処理、撹拌処理および水噴霧処理に使用する技術については特に制限はなく、公知の技術から適宜選択することができる。撹拌処理の際には、粉砕物は乾燥した状態、水で濡れた状態、および水でスラリー化した状態のいずれの状態であってもよい。

以下、上記樹脂組成物の製造の例を図２に、粉砕の様子を図３に示す。図２において、無機系コーティング剤溶液中に光触媒を分散させ、無機系コーティング剤でコーティングされた光触媒を得る。これをコンパウンド作製用のエクストルーダに生分解性樹脂および界面活性剤と共に投入し、溶融混練した後、水冷してストランドとし、これをペレタイザーで処理してペレットを得る。次に本発明に係る粉砕処理では、たとえば上記ペレットを用いて射出成形した成形品３１を粉砕処理して、粉砕物３２を得る。この粉砕物は、図３の下部右側に示すようにそのまま太陽光で自然分解させてもよいが、下部左側に示すように、槽に入れ、水を加え、撹拌し、紫外線を照射して分解を促進してもよい。

次に本発明の実施例および比較例を詳述する。

［実施例１］
光触媒として酸化チタン５０重量部を、無機系コーティング剤溶液としてのシリコーン系ハードコート剤ソルガード（日本ダクロシャムロック）１００重量部中に分散させた。

上記分散液を９重量部、生分解性プラスチックとしてのポリ乳酸を９０重量部、およびアニオン界面活性剤（ｗ−３０４、旭化成社製）３重量部を配合し、混練押出機である二軸エクストルーダを用いて、２００℃で混練した。この組成物を射出成形機で成形し、８０×８０×１ｍｍの評価用成形品（板）を作製した。

［実施例２］
光触媒としてチタンアパタイト５０重量部を無機系コーティング剤溶液としてシリコーン系ハードコート剤クヲーツダイン（ＫＡＤＯＷＡＫＩ）１００重量部中に分散させた。上記分散液を９重量部、生分解性プラスチックとしてのポリ乳酸を９０重量部、アニオン界面活性剤（ｗ−３０４、旭化成社製）３重量部を配合し、混練押出機である二軸エクストルーダを用いて、２００℃で混練した。この組成物を射出成形機で成形し、８０×８０×１ｍｍの評価用成形品（板）を作製した。

［比較例１］
光触媒、無機系コーティング剤を使用しないこと以外は実施例１と同様の手法で、混練、成形を行った。

［比較例２］
無機系コーティング剤を使用しないこと以外は実施例１と同様の手法で、混練、成形を行った。

［実施例３］
界面活性剤を使用しないこと以外は実施例１と同様の手法で、混練、成形を行った。

（評価）
実施例、比較例の樹脂成形品を樹脂粉砕機で粉砕し、平均粒径が５ｍｍの粉砕物を得た後、土壌中に廃棄し、１、３、６か月毎の重量減少率を測定した。結果を表１に示す。表１における重量保持率は、土壌中に１，３，６ヶ月間埋設した前後のサンプルの乾燥重量変化（埋設前の値を１００％としたときの埋設後の重量の割合）を示したものである。チョーキングは目視で確認した。分散性は顕微鏡下目視で確認した。

実施例１、２は、通常使用下（３６ヶ月）では、チョーキング等の問題はなく、廃棄時には分解が促進された。実施例３も、通常使用下（３６ヶ月）ではチョーキング等の問題はなかった。ただし、光触媒粒子の分散性が不十分なため、備考の分散性についての記載に示すように、粉砕物が均一に分散していなかった。このためか、分解は、実施例１，２より劣っていた。

これに対し、比較例１では実施例に比べ廃棄後の分解が遅く容易には進行しないことが判った。比較例２では、廃棄時に分解が促進されたが、通常使用下（１ヶ月）でチョーキングが発生した。

［実施例４］

図３左下に示す攪拌装置を備えた容量６０Ｌのステンレス製容器に実施例１で使用したと同様の成形粉砕品５ｋｇを入れ紫外線を照射した（光量１０ｍＷ／ｃｍ^２）。１回／日、１００ｍＬの水を噴霧し、経過時間毎の乾燥重量変化を調べた。

その結果、重量保持率は１週間後７５％、２週間後５７％、３週間後３２％となり、土壌に廃棄した場合より分解が促進されることを確認した。

Claims (10)

1. 生分解性プラスチックとシリコーン系ハードコート材料でコーティングされた光触媒とを含む樹脂組成物であって、
   前記シリコーン系ハードコート材料と前記光触媒との重量比が、１：１０〜１００：１０の範囲にあり、
   当該生分解性プラスチックの１００重量部に対し当該光触媒が０．１〜２０重量部含まれる樹脂組成物。
2. 前記生分解性プラスチックがポリ乳酸である、請求項１に記載の樹脂組成物。
3. 前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタンヒドロキシアパタイト、これらの改質物、これらの複合体およびこれらの混合物からなる群から選ばれたものである、請求項１に記載の樹脂組成物。
4. 前記光触媒がチタンヒドロキシアパタイトである、請求項１に記載の樹脂組成物。
5. 界面活性剤を０．１〜１０重量％含む、請求項１に記載の樹脂組成物。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂組成物を粉砕処理してなる、粉砕物。
7. 前記粉砕処理後に、紫外線照射処理、撹拌処理または水噴霧処理のいずれかを含む、請求項６に記載の粉砕物。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂組成物を粉砕処理することを含む、樹脂組成物の廃棄方法。
9. 粉砕処理前の樹脂組成物が成形品である、請求項８に記載の廃棄方法。
10. 前記粉砕後に、紫外線照射処理、撹拌処理および水噴霧処理からなる群から選ばれた少なくともいずれか一つの処理を含む、請求項８または９に記載の廃棄方法。

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