JP5311828B2 - 生物分解性ポリエステル混合物 - Google Patents
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Description
i)成分i〜iiの全質量に対して5〜90質量%の、脂肪族および芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジヒドロキシ化合物とのベースにおける少なくとも1つのポリエステル;
ii)成分i〜iiの全質量に対して10〜95質量%の、ポリラクチド(PLA)、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカノエート(例えばPHBまたはPHB/V)および脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとからのポリエステルからなる群から選択された少なくとも1つのホモポリエステルまたはコポリエステル;
iii)成分i〜iiの全質量に対して0.1〜15質量%の、a)スチレン、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルをベースとするエポキシド基を含有するコポリマー、b)ビスフェノール−A−エポキシドまたはc)エポキシド基を含有する天然の油、脂肪酸エステルまたは脂肪酸アミド;および
vi)0〜15%の添加剤、例えば安定剤、核剤、潤滑剤および粘着防止剤、ワックス、可塑剤、界面活性剤、帯電防止剤、防曇剤または染料;および
v)0〜50%の無機または有機充填剤、例えば白亜、タルク、ケイ酸塩、カオリン、マイカ、ウォラストナイト、モンモリロナイトまたはセルロースを含有する繊維、例えば木綿、亜麻、麻、イラクサ繊維等
を包含する、生物分解性ポリエステル混合物に関する。
A)以下のものからなる酸成分
a1)30〜99モル%の、少なくとも1つの脂肪族ジカルボン酸または少なくとも1つの環式脂肪族ジカルボン酸またはそのエステルを形成する誘導体またはそれらの混合物
a2)1〜70モル%の、少なくとも1つの芳香族ジカルボン酸またはそのエステルを形成する誘導体またはそれらの混合物および
a3)0〜5モル%の、スルホネート基を含有する化合物、
B)少なくとも1つのC2〜C12−アルカンジオールおよび少なくとも1つのC5〜C10−シクロアルカンジオールから選択されたジオール成分またはそれらの混合物
および所望される場合、それに加えて以下から選択された1つ以上の成分
C)以下から選択された成分
c1)少なくとも1個のエーテル官能基を含有する、式I
のジヒドロキシ化合物
c2)少なくとも1つのヒドロキシカルボン酸または式IIaまたはIIb
c3)少なくとも1つのアミノ−C2〜C12−アルカノールまたは少なくとも1つのアミノ−C5〜C10−シクロアルカノールまたはそれらの混合物
c4)少なくとも1つのジアミノ−C1〜C8−アルカン
c5)一般式III
の少なくとも1つの2,2'−ビスオキサゾリン
c6)天然のアミノ酸、4〜6個のC原子を有するジカルボン酸と4〜10個のC原子を有するジアミンとの重縮合により得られるポリアミド、式IVaおよびIVb
および繰り返し単位V
またはc1)〜c6)からなる混合物
および
D)以下から選択された成分
d1)エステル形成可能な少なくとも3個の基を有する少なくとも1つの化合物、
d2)少なくとも1つのイソシアネート
d3)少なくとも1つのジビニルエーテル
またはd1)〜d3)からなる混合物
を含有するポリエステルである。
成分c6として、天然のアミノカルボン酸が使用されうる。これには、バリン、ロイシン、イソロイシン、トレオニン、メチオニン、フェニルアラニン、トリプトファン、リシン、アラニン、アルギニン、アスパルアミド酸(aspartamic acid)、システイン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、プロリン、セリン、チロシン、アスパラギンまたはグルタミンが含まれる。
酒石酸、クエン酸、リンゴ酸;
トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン;
ペンタエリトリトール;
ポリエーテルトリオール;
グリセリン;
トリメシン酸;
トリメリト酸、無水トリメリト酸;
ピロメリト酸、ピロメリト酸二無水物および
ヒドロキシイソフタル酸。
トルイレン−2,4−ジイソシアネート、トルイレン−2,6−ジイソシアネート、2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフチレン−1,5−ジイソシアネートまたはキシリレン−ジイソシアネートと理解される。
A、B、d1
A、B、d2
A、B、d1、d2
A、B、d3
A、B、c1
A、B、c1、d3
A、B、c3、c4
A、B、c3、c4、c5
A、B、d1、c3、c5
A、B、c3、d3
A、B、c3、d1
A、B、c1、c3、d3
A、B、c2
その中でも、A、B、d1またはA、B、d2またはA、B、d1、d2を基礎とする半芳香族ポリエステルがとりわけ有利である。他の有利な一実施態様によれば、半芳香族ポリエステルはA、B、c3、c4、c5またはA、B、d1、c3、c5を基礎とする。
有利には、スチレン、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルをベースとするエポキシド基を含有するコポリマーが使用される。一般に、化合物は2個以上のエポキシド基を分子中に有する。殊に適しているのは、オリゴマーまたはポリマーの、エポキシド化された化合物、例えばジ−またはポリカルボン酸のジ−またはポリグリシドエステルまたはジ−またはポリオールのジ−またはポリグリシドエーテル、またはスチレンとグリシジル(メタ)アクリレートとからのコポリマーであり、それらは例えばJohnson Polymer社から商標Joncryl(R)ADR4368で販売される。さらに他の有利な成分iiiは、少なくとも1つの炭素−炭素−二重結合または−三重結合および少なくとも1個のエポキシド基を分子中に含有する化合物である。殊に適しているのは、グリシジルアクリレートおよびグリシジルメタクリレートである。
成分i)、以下の縮合により製造されたポリエステルである:
アジピン酸/テレフタル酸および1,4−ブタンジオール(例えば、Ecoflex(R)FBX7011);
アジピン酸/テレフタル酸および1,3−プロパンジオール;
コハク酸/テレフタル酸および1,4−ブタンジオール;
コハク酸/テレフタル酸および1,3−プロパンジオール;
セバシン酸/テレフタル酸および1,4−ブタンジオール;
セバシン酸/テレフタル酸および1,3−プロパンジオール;
アゼライン酸/テレフタル酸および1,4−ブタンジオール;
ブラシル酸/テレフタル酸および1,4−ブタンジオール;および
成分iii):グリシジル−スチレン(メタ)アクリレートコポリマー(例えば、Johnson Polymer社のJoncryl(R)ADR4368)。
Ecoflex9.5〜89.5質量%、PLA89.5〜9.5質量%、分岐剤−バッチ0.5〜20質量%、添加剤0〜15質量%(例えば、パルミテート、ラウレート、ステアレート、PEG、シトレートおよび/またはグリセリン誘導体)および充填剤0〜50質量%(チョーク、タルク、カオリン、シリカ等)
Ecoflex29.5〜59.5質量%、PLA59.5〜29.5質量%、分岐剤−バッチ0.5〜20質量%、添加剤(例えば、パルミテート、ラウレート、ステアレート、PEG、シトレートおよび/またはグリセリン誘導体)0〜15質量%および充填剤(チョーク、タルク、カオリン、シリカ)0〜50質量%。
適用技術的な測定:
半芳香族ポリエステルの分子量Mnを以下のように測定した:
半芳香族ポリエステル15mgをヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)10ml中に溶解した。そのつどこの溶液の125μlを、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて分析した。測定を室温で実施した。溶出のためにHFIP+トリフルオロ酢酸カリウム塩0.05質量%を使用した。溶出速度は0.5ml/分であった。その際、以下のカラムの組み合わせを使用した(昭和電工社(日本)から製造された全てのカラム):Shodex(R)HFIP−800P(直径8mm、長さ5cm)、Shodex(R)HFIP−803(直径8mm、長さ30cm)、Shodex(R)HFIP−803(直径8mm、長さ30cm)。半芳香族ポリエステルを、RI検出器(示差屈折率検出器)を用いて検出した。校正は、Mn=505〜Mn=2740000の分子量を有する緊密に分布したポリメチルメタクリレート標準型により行った。この幅以外にある溶出範囲は補外法により測定した。
そのつどの試料10〜15mgを、窒素雰囲気下において20℃/分の加熱速度で−70℃から200℃に加熱した。試料の溶融温度として、その時に観察された溶融ピークのピーク温度が示された。参照としてそのつど空の試料るつぼを使用した。
生物分解性ポリエステル混合物および比較のために製造した混合物から、190℃でのプレス処理によりそのつど30μmの厚みを有するフィルムを製造した。これらのフィルムは、そのつど20cmのエッジの長さを有する方形片に切断した。これらのフィルム片の質量をそのつど測定しかつ"100質量%"と定義した。四週間の期間にわたりフィルム片を空調キャビネット(Klimaschrank)内において土壌が充填された槽に設置し、その際、土壌は、土壌の最大吸水性に対して約40%の、一日に一回検査された土壌水分を有していた。この四週間の間に、空調キャビネット内において一定の環境条件:30℃の温度、約50%の相対湿度およびHeraeus社の加速照射装置SUNTESTにより発生させた、765W/m2の照射光強度を有する300〜800nmの波長範囲におけるフィルムの照射を設定した。週間隔において、そのつど残留したフィルム片の質量を測定しかつ質量%に(試験最初に測定しかつ"100質量%"と定義した質量に対して)換算した。
成分i:
i−1:ポリエステルi−1の製造のために、ジメチルテレフタレート87.3kg、アジピン酸80.3kg、1,4−ブタンジオール117kgおよびグリセリン0.2kgをテトラブチルオルトチタネート(TBOT)0.028kgと一緒に混合し、その際、アルコール成分と酸成分とのモル比は1.30であった。反応混合物を180℃の温度に加熱しかつこの温度で6時間のあいだ反応させた。引き続き、温度を240℃に高めかつ過剰のジヒドロキシ化合物を真空下で3時間のあいだにわたって留去した。引き続き、240℃でヘキサメチレンジイソシアネート0.9kgを1時間以内にゆっくりと計量供給した。
ii−1:脂肪族ポリエステル、Cargill−Dow社のNatureworks(R)2000Dポリラクチド。
iii−1:Johnson Polymer社のJoncryl(R)ADR4368。
配合のための規定
帯域9によるガス抜きを有する、同方向回転式、自己清掃式の二軸押出機Berstorff ZE40において、Ecoflex、PLA、潤滑剤バッチおよび分岐剤バッチからなる混合物を以下の温度プロフィールにおいて運転に供した:
組成物:
参考例4)Ecoflex/PLA
NatureWorks(R)4042D 53%
Ecoflex(R)FBX7011 40%
エチレンビスステアリルアミド10%を有するPLAをベースとするEBS−マスターバッチ 5%
V−A:PLAをベースとする分岐剤バッチ 2%
例5)Ecoflex/PLA
NatureWorks(R)4042D 60%
Ecoflex(R)FBX7011 38%
エルクアミド10%を有するEcoflexバッチSL1 1%
V−B:Ecoflexをベースとする分岐剤バッチ 1%
例6)Ecoflex/PLA
NatureWorks(R)4042D 60%
Ecoflex(R)FBX7011 38%
エルクアミド10%を有するEcoflexバッチSL1 1%
V−C:Ecoflexをベースとする分岐剤バッチ 1%
これらの調製物をZE40において配合した。
参考例4: MVR=3.0ml/10分
例5: MVR=1.2ml/10分
例6: MVR=0.6ml/10分
参考例4および例5は、Ecoflex/PLA−配合物中において同じ濃度のJoncryl ADR4368を有する。意想外にも、例5は明らかに低いMVRを示す。それゆえにEcoflexがベースの分岐剤バッチは、PLAがベースの分岐剤バッチに対して利点を有する。
直径40mmを有する左回転式二軸混練機において、以下の成分:
・Ecoflex(R)FBX7011(BASF Aktiengesellschaft) 63.7%
・ポリヒドロキシブチレート(PHB Industrial S/A社のBiocycle(R)PHB94) 16.0%
・PLA(NatureWorks(R)4041D、Cargill Dow) 8.4%
・炭酸カルシウム(Hydrocarb OG) 6.0%
・二酸化チタン(Kronos2200、Bayer AG) 4.2%
・ポリエチレングリコール(Pluriol(R)1500、BASF Aktiengesellschaft) 0.4%
・潤滑剤(Edenol(R)D82、Cognis) 0.4%
・分岐剤(Johnson Polymer社のJoncryl(R)、ADR4368)[分岐剤は、10/90のJoncryl/Ecoflex混合比において配合しかつペレットの形において配合物中で使用する(4.0質量%)] 0.4%
・ステアリン酸亜鉛(亜鉛 PS) 0.5%
を含有する配合物を運転に供した。
測定温度:約160℃
回転数:150rpm
スループット:30kg/h
溝付フィード帯域(grooved feed zone)を有する40mmのスクリュー直径および直径150mmおよびギャップ幅0.8mmを有するノズルヘッドを有するインフレーションフィルム装置において、配合物を60μmの厚さを有するキャリアーバッグ(carrier bags)のためのインフレーションフィルムに加工した。
回転数:731rpm
スループット:27kg/h
圧力:135bar
引取り:5.4m/分 引取り速度
シリンダー温度:押出機において150/160/165℃
ヘッド温度:170/165/165℃
PHB成分の比較的低い粘度に基づき、シリンダー帯域が比較的低レベルであるにも関わらず中程度の気泡安定性しか達成されえない。それは10〜15℃の帯域温度の低減により明らかに改善される。
Claims (14)
- i)成分i〜iiの全質量に対して40〜60質量%の、脂肪族および芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジヒドロキシ化合物とをベースとする少なくとも1つのポリエステルおよび
ii)成分i〜iiの全質量に対して40〜60質量%のポリラクチド、および
iii)成分i〜iiの全質量に対して0.1〜15質量%の、スチレンとグリシジル(メタ)アクリレートとからのコポリマーおよび
iv)0〜15質量%の添加剤;および
v)0〜50質量%の無機または有機充填剤
を包含し、成分iが連続相または共連続相を形成する、
生物分解性ポリエステル混合物。 - 成分i)が:
A)以下から成る酸成分
a1)30〜99モル%の、少なくとも1つの脂肪族ジカルボン酸または少なくとも1つの環式脂肪族ジカルボン酸またはそのエステルを形成する誘導体またはそれらの混合物
a2)1〜70モル%の、少なくとも1つの芳香族ジカルボン酸またはそのエステルを形成する誘導体またはそれらの混合物および
a3)0〜5モル%の、スルホネート基を含有する化合物、
(その際、成分a1)〜a3)のモルパーセントは合計して100%である)
および
B)少なくとも1つのC2〜C12−アルカンジオールまたはC5〜C10−シクロアルカンジオールからなるジオール成分またはそれらの混合物
および
D)以下から選択された成分
d1)エステル形成可能な少なくとも3個の基を有する少なくとも1つの化合物、
d2)少なくとも1つのイソシアネート
d3)少なくとも1つのジビニルエーテル
またはd1)〜d3)からの混合物
から構成されている、請求項1記載の生物分解性ポリエステル混合物。 - 成分iにおいて:
脂肪族または環式脂肪族ジカルボン酸(成分a1))は、コハク酸、アジピン酸またはセバシン酸、そのエステルを形成する誘導体またはそれらの混合物であり:
芳香族ジカルボン酸(成分a2))は、テレフタル酸またはそのエステルを形成する誘導体であり、かつ
ジオール成分(成分B)は、1,4−ブタンジオールまたは1,3−プロパンジオールである、請求項2記載の生物分解性ポリエステル混合物。 - 成分iが連続相を形成する、請求項1記載の生物分解性ポリエステル混合物。
- 成分i〜iiの全質量に対して0.1〜10質量%の成分iiiを包含する、請求項1から4までのいずれか1項記載の生物分解性ポリエステル混合物。
- 成分i、iiおよびiiiを一工程において混合しかつ反応させることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の生物分解性ポリエステル混合物の製造法。
- 第一の工程において、5〜35質量%の成分iiiを65〜95質量%の成分iと110〜145℃の範囲の温度で混合し分岐剤バッチを作りかつ、第二の工程において、この分岐剤バッチに、成分iiおよび場合によりさらに他の成分iを混合しかつ成分i、iiおよびiiiからなる得られた混合物を150〜250℃の温度で反応させることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の生物分解性ポリエステル混合物の製造法。
- 付加的な工程(3)において、さらに他の成分ii)を添加することを特徴とする、請求項6または7記載の生物分解性ポリエステル混合物の製造法。
- 工程(1)〜(3)の1つにおいてかまたは全体の工程において、ポリマーまたはオリゴマーのセバシン酸−1,3−プロピオネートおよび/またはセバシン酸−1,4−ブタノエートを添加する、請求項6から8までのいずれか1項記載の生物分解性ポリエステル混合物の製造法。
- 請求項1におけるように定義された成分iii5〜35質量%および
請求項1から3までのいずれか1項に定義された成分i65〜95質量%
を含有する、分岐剤バッチ。 - 成分iii10〜20質量%および
成分i80〜90質量%
を含有する、請求項10記載の分岐剤バッチ。 - 成形部材、フィルムまたは繊維の製造のための、請求項1から5までのいずれか1項記載の生物分解性ポリエステル混合物の使用。
- 請求項1から5までのいずれか1項記載の生物分解性ポリエステル混合物を包含する、成形部材、フィルムまたは繊維。
- 請求項8記載の方法により製造された、成形部材、フィルムまたは繊維。
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